DE8033637U1 - Solarelektrisch angetriebener und gesteuerter waermeschutzrolladen - Google Patents

Description

ftff·

\Solarelektrisch angetriebener und gesteuerter Warmeschutzrolladen A. Goetzberger und A.' Winsel

Bei den Wärmeverlusten in Wohnhäusern spielen die Fenster eine große Rolle. Je nach Konstruktion der Fenster entweicht bis zu 40% der Wärme durch die Fenster. Die Fenster sind aber nicht nur eine Wärmesenke, sondern sie können auch zum Wärmegewinn beitragen. Bei Südfenstern wird im Winter bei Sonnenschein durch Einstrahlung die Wärmebilanz erheblich verbessert. (Näheres findet sich in /1/).

Um den wärmetechnischen Effekt der Fenster zu optimieren, wird heute vorgeschlagen, gut wärmeisolierende Rolläden oder Fensterläden vorzusehen, welche bei Tag geöffnet und bei Nacht geschlossen werden. Dann ergibt sich maximaler Strahlungsgewinn bei Tag und maximale Isolation bei Nacht, wo die Temperaturdifferenzen zwischen Wohnräumen und Außenwelt am größten sind. Bezüglich der nicht nach Süden gerichteten Fenster soll ähnlich vorgegangen werden, da hierbei zwar kein nennenswerter Strahlungs gewinn bei Tag erfolgt, aber ebenfalls die Verluste bei Nacht minimiert werden sollten.

Üblicherweise erfolgt das Öffnen und Schließen der Rolläden von Hand, was aber nicht nur eine Unannehmlichkeit für die Bewohner darstellt, sondern auch zu einem nicht optimalen Betrieb führt, da das Öffnen und Schließen der Rolläden auf diese Weise nicht immer rechtzeitig erfolgt, sondern oft sogar vergessen wird. Dieses Problem läßt sich durch elektrisch angetriebene Rolläden vermeiden, wobei jedoch bei Netzbetrieb erforderlich ist, daß jedes Fenster mit einem Netzanschluß versehen ist. Dies ist für einen Neubau aufwendig und für viele Altbauten überhaupt nicht zu realisieren.

Es ist nun ein Vorschlag bekannt, in einem Rollo den Elektroantrieb nebst auswechselbaren Primärbatterien oder Akkumulatoren im Drehkörper zu

integrieren und somit unabhängig vom Netzbetrieb zu machen. /2/ Diese Lösung ist nur für Rollos sehr leichter Bauart anwendbar und erfordert darüber hinaus periodisches Auswechseln der Primärbatterien oder Akkumulatoren zwecks Aufladung.

Erfindungsgemäß werden die obigen Probleme dadurch gelöst, daß der Elektroantrieb des Rolladens durch einen Akkumulator gespeist wird, der seinerseits photovoltaisch durch eine Solarzelle aufgeladen wird. Dabei kann die Solarzelle gleichzeitig die Steuerung der Öffnung oder Schließung des Rolladens als Dämmerungsschalter übernehmen. Folgende Abschätzung zeigt, daß die Energieversorgung auch bei ungünstiger Aufstellung gewährleistet ist:

Für den Energiebedarf zum Anheben oder Senken eines Rollos mit einer Masse von 1 kg über eine Strecke von 2 m werden etwa 2 kgm benötigt.

-2 Für zweimalige Betätigung pro Tag ergeben sich 4 kgm = 1. 09 χ 10 wh/d.

Sieht man eine Energiespeicherung für 10 Tage vor, um Schlechtwetterperioden im Winter oder wiederholte manuelle Betätigung zu überbrücken, dann erhält man eine notwendige Speicherkapazität für eine aufladbare N(Cd Batterie (Betriebsspannung 1.2 V) von rund 100 mAh. Eine Zelle vom Typ 501 RS (entspricht Mignonzelle) mit 500 mAh würde daher mehr als ausreichend sein und, da sie nie tiefentladen wird, eine Lebensdauer von ' -& 2000 - 5000 Zyklen haben, was annähernd einem 10-jährigen Betrieb entspricht.

Die Ladung erfolgt durch Solarzellen, wobei auch hier dargetan werden kanr daß das Energieangebot allen Anforderungen genügt:

Die niedrigste Energie einstrahlung tritt in den Wintermonaten Dezember

2 und Januar auf und beträgt für eine ebene Fläche 0,4 kWh/m d in Hamburg, dem ungünstigsten Ort der Bundesrepublik. Bei Anbringung an einer Nord-

2 fassade erniedrigt sich diese Energie auf 0,2 kWh/m d. Nimmt man aus

obiger Abschätzung einen Bedarf von 1. 09 χ 10" wh/d, dann erhält man bei

2 einem Solarzellenwirkungsgrad von 10% eine Solarzellenfläche von 6.8 cm

»ι cw·

Mit Reserve für Systemverluste wäre eine Solarzelle von 10 cm" auch für |

diesen ungünstigen Fall ausreichend. Bei dem unten beschriebenen Fluores- |

zenzkollektoren mit einem angenommenen Wirkungsgrad von 2% wären 1

2 1

34 cm nötig. Man sieht hieraus, daß es immer möglich sein wird, auf dem fj

Rolladengehäuse ausreichend Platz für die Energieversorgung zu finden. i

Diese günstige Situation erlaubt es, auch bei 10-fach geringerer Einstrahlung f

noch das System zu betreiben, d.h. man kann auch eine nach unten ge- $

richtete oder auf der Innenseite eines Fensters befindliche Fläche für den I

Strahlungsempfang vorsehen. Im. übrigen kann der Antriebmotor klein §

gehalten werden, da die Geschwindigkeit der Rolladenbewegung unerheblich I ist: Ein Motor kleiner Leistung mit einem Getriebe verbunden genügt für f

den Antrieb. Die Steuerung des Rolladens kann durch die Energieversorgung, § d.h. durch die Solarzellen geschehen, da diese die Eigenschaft eines Photo- \ elements besitzen. Eine entsprechende Schaltung mißt den von den Solar- ,j zellen abgegebenen Strom bzw. deren Spannung und aktiviert bei einem ein- Ϊ stellbaren Grenzwert die Schließung bzw. Öffnung des Rolladens. Diese Schall tung kann am besten mit der Ladeschaltung für die Akkuzelle kombiniert <$

werden. Für manche Fälle, in denen die Solarzellen so angebracht sind, daß |

fs sie durch den Rolladen bei Nacht verdeckt werden, oder an Orten, an denen |

die Diskrimination von Tag und Nacht erschwert ist, z.B. in der Nähe einer |<

Straßenbeleuchtung, kann die Steuerung auch über ein Quarzuhrwerk mit |

einprogrammierten Jahresdaten für Sonnenauf- bzw. Untergang erfolgen. \

Diese Art Zeitgeber sind für Armbanduhren entwickelt worden, daher sehr |

billig, und können leicht für den gegenwärtigen Zweck angepaßt werden. |

Sie haben eine Ganggenauigkeit von wenigen Minuten pro Jahr. I

Da die Möglichkeit bestehen .muß, den Rolladen auch manuell zu betätigen,"
z.B. wenn im Sommer die Funktion nicht gewünscht oder Sonnenschutz gewünscht wird, oder wenn bei Nacht gelüftet werden soll, ist eine Umschaltung vorzusehen, die zwischen automatischem und manuellem Betrieb
schaltet, wobei bei letzterem die Funktionen auf, ab und halt vorzusehen
sind.

Ill Il ···· till

Bei den Betriebsbedingungen des Rolladens ist es unvermeidbar, daß vor allem im Sommer viel mehr Energie produziert wird, als zum Betrieb benötigt wird. Daher ist eine Schaltung erforderlich, die die Überladung des Akkus verhindert. Dies kann z.B. durch Abschaltung der Ladung bei Erreichung einer kritischen Ladespannung geschehen.

Die obige Abschätzung des Energieverbrauchs im Verhältnis zum Angebot I läßt eine erhebliche Flexibilität in der Anbringung zu. Selbst an Nordfassaden

ρ steht noch genügend Energie zum Betrieb zur Verfügung. Je nach den Bell lichtungsverhältnissen kann auch an der Unterseite des Rolladenkastens noch

\f. genügend Energie empfangen werden. Somit hat man die Wahl zwischen ■

I ''"' außen angebrachten Rolläden, die wegen der Windbelastung entsprechend

S stabil gebaut sein müssen, oder Rolläden, die zwischen zwei Fensterscheiben

I oder im Innenraum montiert sind. Die letzteren können von leichterer Kon-

I struktion und daher auch billiger sein. Bei Außenrolläden ist auch ein neben

jjf der Fensterfläche montierter Rolladenkasten möglich,¹ wobei sich der Rolla-

i| ' den dann seitlich bewegt.

I Bei der Energieversorgung, die prinzipiell durch Solarzelle erfolgt, sind

jf '■ zwei Versionen möglich:

|; 1. Durch direkt beleuchtete Solarzellen, die an der Oberfläche des Rolladen

kastens angebracht sein können. Da eine Solarzellenfläche teuer ist, kann hier die Größe der Solarzellenfläche an die örtlichen Einstrahiungs bedingungen angepaßt werden.

2. Durch Fluoreszenzkollektoren. /3/

Der Fluoreszenzkollektor besteht im Prinzip aus einer mit fluoreszierenden Farbstoffen dotierten Plexiglasplatte, die mittels Totalreflexion das Licht konzentriert. An den Kanten werden auf dem größten Teil der Fläche Reflektoren angebracht und auf einem kleineren Teil Solarzellen, deren Fläche viel kleiner ist als die des Kollektors. Obwohl Fluoreszenz-

koUektorsysteme einen kleineren Wirkungsgrad haben als Solarzellen, eignen sie sich hervorragend für diesen Zweck, da der Kollektor einen Teil des Rolladengehäuses bilden kann und dadurch kaum zusätzlich Kosten auftreten. Da das Kollektormaterial im Vergleich zu Solarzellen sehr billig ist, kann man immer die ganze zur Verfügung stehende Fläche ausnutzen und somit auch an ungünstig beleuchteten Standorten noch genügend Energie einsammeln.

Die wesentlichen Vorteile des hier beschriebenen Rolladens sind die völlig automatische Funktion, die leichte Montierbarkeit und die Unabhängigkeit vom elektrischen Leitungsnetz. Der letzte Punkt ist von besonderer Bedeutung für die Nachrüstung von Altbauten, da in diesem Fall die nachträgliche Verlegung von Leitungen viel zu aufwendig wäre. Da die vorkommenden elektrischen Spannungen sehr niedrig sind, entfallen auch die bei Netzanschluß notwendigen aufwendigen Isolationsund Sicherheitsmaßnahmen.

Literatur

/1/ H. Hörster

Neue Wege zum Energie sparenden Wohnhaus Philips Fachbuchverlag 1980

/2/ OL 2836938

Anmelderund Erfinder Prof. A. Winsel (1978)

/3/ Deutsche Patentanmeldung P 262011 S.D. - 33 (1976) Erfinder A. Goetzberger und W. Greubel Anmelder FhG München

/4/ W. H. Weber, J. F. Lambe
Appl. Opt. .15, 22 99 (1976)

/5/ A. Goetzberger, W. Greubel
Appl. Phys. 14, 123 (1977)

Liste der Bezugszeichen

1 Rolladengehäuse

2 Solarzellen

3 Schalter

4 Einstellregler

5 Rolladenachse

6 Rolladenkörper

7 Rolladen

8 Fluoreszenzkollektorplatte

·! Il

· t*f ι

»!I If

Claims (6)

t M* * ■ |4 Ansprüche

1. Rolladen (7), bestehend aus in einem Gehäuse (1) angeordneten Rollokörper (6) mit elektrischem Antrieb und elektrischer Speicherbatterie innerhalb des Gehäuses, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Außenfläche des Rollogehäuses zumindest eine Solarzelle (2) angeordnet ist.

2. Rolladen (7) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außer den Solarzellen (2) ein Fluoreszenzkollektor (8) am Rolladengehäuse (1) angeordnet ist.

3. Rolladen (7) nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluoreszenzkollektorplatte (8) einen integralen Teil des Rolladengehäuses (1) bildet.

4. Rolladen (7) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Gehäuse (1) ein Einstellregler (4) für den Einsatzpunkt der Steuerung angebracht ist.

5. Rolladen (7) nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einem Quarzzeitgeber mit einprogrammierten

ff Zeiten der Sonnenauf- und -Untergangszeiten für den Lauf

des Jahres verbunden ist.

6. Rolladen (7) nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

κ daß dem Rolladengehäuse (1) ein Einstellregler (4) und ein

p manueller Schalter (3) zugeordnet sind.