Sonnenschutzelement zur Beschattung von Gebäudeteilen
Die Erfindung betrifft ein Sonnenschutzelement zur Beschattung von Gebäudeteilen, insbesondere Glasflächen und Beleuchtungselementen, gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verbesserungen an Gebäuden vorzuschlagen, die einerseits eine Beschattung von Gebäudeteilen ermöglichen, andererseits einen Beitrag zum Fortschritt in der Gebäudetechnik zu leisten und darüber hinaus zu einer verbesserten Energienutzung beizutragen. Schliesslich soll die Erfindung auch die Erfüllung hoher ästhetischer Aspekte in der Architektur und die Erzielung gestalterischer Effekte an Gebäuden ermöglichen.
Die Erfindung löst die gestellten Aufgaben durch Bereitstellen von Sonnenschutzelementen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.
Die erfindungsgemässen Sonnenschutzelemente eignen sich insbesondere zur Beschattung senkrechter Glasfassadenflächen und Beleuchtungsöf[iota]hungen, wie z.B. Lichtbänder und Fenster, sowie zur Beschattung geneigter oder waagrechter Glasflächen wie z.B. transparenten Dachelementen. Der Grundgedanke der Erfindung liegt darin, die Sonnenschutzelemente mit integrierten Photovoltaikmodulen zu versehen. Diese Photovoltaikmodule weisen Flächenform auf und sind daher gut geeignet, auch grössere Bereiche zu beschatten. Weiters kann die von den Photovoltaikmodulen erzeugte elektrische Energie für unterschiedliche Nutzungszwecke zur Verfügung gestellt werden und trägt dazu bei, den im Gebäude benötigten Strom aus einem Stromversorgungsnetz zu reduzieren.
Wenn Photovoltaikmodule in semitransparenter Bauweise verwendet werden, wird eine Beschattung erreicht, dabei aber Personen im Gebäudeinneren nicht die Sicht nach aussen genommen.
Ein weiterer wesentlicher Gedanke der Erfindung ist die Verfahrbarkeit des Sonnenschutzelementes, wodurch die Beschattung und die Stromerzeugung durch die Photovoltaikelemente jederzeit veränderbar sind. Leicht installierbar und betreibbar sind linear verfahrbare oder verschwenkbare Sonnenschutzelemente. Ein stabiles und leicht verfahrbares Sonnenschutzelement erhält man, wenn ein Tragrahmen vorgesehen ist, an dem das zumindest eine Photovoltaikmodul befestigt ist. Die Verfahrbarkeit des Sonnenschutzelementes kann zweckmässig realisiert werden, indem der Tragrahmen mittels Gleitelementen und/oder Rollen verfahrbar ausgestaltet ist. Gleichzeitig sind bevorzugt die Gleitelemente und/oder Rollen elektrisch leitend mit den Photovoltaikmodulen verbunden und dienen als Stromabnahmevorrichtungen.
Hochinteressante optische Effekte, die einen äusserst positiven Einfluss auf die Fassadengestaltung von Gebäuden haben können, erzielt man, wenn an den Sonnenschutzelemente Leuchteinheiten, vorzugsweise LED Leuchteinheiten, vorgesehen sind. Zur Verstärkung des optischen Effekts ist es bevorzugt wenn die Leuchteinheiten an der vom Gebäude abgewanden Seite des Sonnenschutzelementes angeordnet sind, um die Oberfläche der Photovoltaikmodule zu beleuchten.
In einer Fortbildung der Erfindung, die einen komfortablen und automatischen Betrieb des erfindungsgemässen Sonnenschutzelementes ermöglichen, ist eine Antriebseinheit zum Verfahren des Sonnenschutzelementes vorgesehen. Diese Antriebseinheit kann manuell mittels Schaltern bedient werden, es ist jedoch bevorzugt eine Steuereinheit zur Steuerung der Antriebseinheit vorgesehen, die sich bestens in die Gebäudetechnik integrieren lässt.
In einer ersten Variante ist die Steuereinheit zum manuellen und/oder automatischen, optional zeitgesteuerten Verfahren des Sonnenschutzelementes zwischen Beschattungspositionen und einer Parkposition ausgebildet.
In einer zweiten Variante erfasst Steuerung eine Regelgrösse, wie z.B. eine Raumtemperatur im Gebäude oder die auf das Gebäude strahlende Globalstrahlung, und regelt die Position des Sonnenschutzelementes gemäss den erfassten Werten der Regelgrösse.
In einer weiteren Fortbildung umfasst die Steuerung eine Fernsteuereinheit, die vorzugsweise als Mobiltelefoneinheit ausgebildet ist, so dass eine Fernsteuerung durch einen Benutzer oder eine zentrale Leitstelle ermöglicht wird.
Um die von den Photovoltaikmodulen gelieferte elektrische Energie an unterschiedlichste Verbraucher zu liefern oder in das allgemeine Stromversorgungsnetz einzuspeisen, ist in einer Ausbildungsform der Erfindung ein Wechselstromrichter zur Umwandlung des von den Photovoltaikmodulen gelieferten Gleichstroms in Wechselstrom vorgesehen. Alternativ oder ergänzend dazu, sei es, um das Sonnenschutzelement im "Inselsystem" zu betreiben, oder für Gleichstromverbraucher zu nutzen, ist ein Gleichstrom-Laderegler vorgesehen, der zur Spannungsanpassung des von den Photovoltaikmodulen gelieferten Gleichstroms während eines Ladevorgangs einer Energiespeichereinrichtung ausgebildet ist.
Damit optische Effekte, die erreicht werden, indem das Sonnenschutzelement mit Leuchteinheiten, vorzugsweise LED Leuchteinheiten, versehen ist, die z.B. die Oberfläche der Photovoltaikmodule beleuchten, für eine vorbestimmte Zeit sicher aufrecht erhalten werden können, ist es notwendig gewisse Massnahmen zu treffen, denn es darf nicht von einer gleichmässigen Lieferung elektrischer Energie durch die Photovoltaikelemente und somit von einem gleichmässigen Ladevorgang der elektrischen Energiespeicher ausgegangen werden. Insbesondere ist zu bedenken, dass die Photovoltaik-Zellen im Winter typischerweise über einen Tag nur 20% der elektrischen Energie an den elektrischen Energiespeicher senden können, den sie im Sommer an einem Sonnentag liefern können.
Weitere Schwankungen des Ladezustands des elektrischen Energiespeichers sind durch Wetteränderungen (Sonne, Wolken) über den Tagesverlauf bedingt.
Damit diese unvermeidlichen Schwankungen der Lieferung elektrischer Energie durch die Photovoltaikelemente bzw. des Ladezustands von daran angeschlossenen Energiespeichern nicht zu unerwünscht frühzeitigem Verlöschen der Leuchteinheiten an den Sonnenschutzelementen führen, ist ein in den Stromkreis zwischen den Leuchteinheiten und dem elektrischen Energiespeicher geschalteter Dimmer vorgesehen, der von einem Regler in Abhängigkeit vom Ladezustand des Energiespeichers regelbar ist.
Dadurch ist es möglich, die Betriebsparameter der Leuchteinheiten gezielt zu steuern und die gewünschten Werte wie beispielsweise Leuchtdauer, Mindesthelligkeit, Einschaltzeitpunkte etc. gemäss gewählten Vorgaben einzustellen.
Durch den Regler ist der Dimmer beispielsweise in Abhängigkeit von einer voreingestellten Soll-Leuchtdauer oder adaptiv in Abhängigkeit von einer Soll-Restleuchtdauer regelbar.
Gemäss einer vorteilhaften Weiterbildung kann ein mit dem Regler kommunizierender Ladezustandsmesser des elektrischen Energiespeichers vorgesehen sein, welcher durch seine Messwerte eine weitere in den Regelkreis einfliessende Einstellmöglichkeit für diverse Werte der Leuchteinheiten eröffnet. Der Regler kann weiters den oben beschriebenen Gleichstrom-Laderegler regeln. Dies ermöglicht die Kontrolle des Ladestroms des Energiespeichers, wodurch der Ladezustand des Energiespeichers sowie in Abhängigkeit davon der Betriebszustand der Leuchteinheiten unter variierenden Bedingungen auf konstanten, wählbaren Werten gehalten werden kann.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein Gebäude mit erfindungsgemässen Sonnenschutzelementen in isometrischer
Ansicht;
Fig. 2 einen Gebäudeausschnitt mit erfindungsgemässen Sonnenschutzelementen in
Vorderansicht;
Fig. 3 eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A von Fig. 2;
Fig. 4 eine Schnittdarstellung entlang der Linie C-C von Fig. 2;
Fig. 5 ein Detail B aus Fig. 3;
Fig. 6 ein Detail D aus Fig. 4;
Fig. 7 ein Detail E aus Fig. 4;
Fig. 8 eine schematisiertes elektrisches Schaltbild für ein erfindungsgemässes
Sonnenschutzelement.
Das erfindungsgemässe Sonnenschutzelement 1 wird zunächst anhand der Figuren 1 bis 7 beschrieben. Dieses Sonnenschutzelement 1 ist zur Beschattung eines Teils 11a eines Gebäudes 11, wie zum Beispiel einer Glasfassadenfläche vorgesehen. Es versteht sich, dass mit dem erfindungsgemässen Sonnenschutzelement auch Beleuchtungselemente an Gebäuden, wie z.B. Lichtbänder sowie allgemein Glasflächen (Fenster) mit beliebigem Neigungswinkel, sowie transparente Dachflächen, beschattet werden können. Die Sonnenschutzelemente 1 besitzen integrierte Photovoltaikmodule 3, die flächig an Tragrahmen 2 der Sonnenschutzelemente 1 angeordnet sind. Die von den Photovoltaikmodulen 3 aus Sonnenlicht umgewandelte elektrische Energie wird durch eine Slxomabnahmeeinrichtung 9 abgeführt und steht damit zu unterschiedlichen Nutzungszwecken zur Verfügung.
Die Gesamteinheit jedes Sonnenschutzelementes 1 umfasst jeweils einen Tragrahmen 2 (siehe Fig. 1) Photovoltaikmodule 3 (siehe Fig. 1 und Fig. 7), Verfahrschienen 8 und Beschattungsschienen 6, 7, wie in den Figuren 5 und 6 am besten zu sehen, eine Antriebseinheit 10 (siehe Fig. 5), eine Stromabnahmeeinheit 9 (siehe Fig. 5), sowie eine Steuerungseinheit 12 (siehe Fig. 8), die die Antriebseinheit 10 ansteuert. Die Tragrahmen 2 der Sonnenschutzelemente 1 umschliessen die semitransparenten Photovoltaikmodule 3 und sind an ihren Ober/Unterkanten mittels Rollen linear verfahrbar ausgeführt. Die Linearbewegung der Tragrahmen 2 erfolgt innerhalb der dafür vorgesehenen Verfahrschienen 8. Die Verfahrschienen 8 und Beschattungsschienen 6, 7 sind an einer Gebäudewand 11b montiert. Als motorische Antriebsquelle der Bewegung dient die Antriebseinheit 10.
Der zu beschattende Gebäudeteil 1 la kann mit einem oder mehreren Sonnenschutzelementen 1 teilweise oder vollständig beschattet werden. Wenn die Gesamtfläche des zu beschattenden Gebäudeteils 11a mit nur einem Sonnenschutzelement 1 vollständig beschattet werden soll, ist der Einsatz nur einer Verfahrschiene 8, welche dann aber auch als Beschattungsschiene dient, notwendig.
Mittels der Steuereinheit 12 kann an die Antriebseinheiten 10 der Befehl zur Linearbewegung der Tragrahmen 2 gegeben werden. Der jeweilige Tragrahmen 2 des Sonnenschutzelementes 1 verfährt danach bis zu einer gewünschten Beschattungsposition. Die Beschattungsposition kann direkt vor der zur beschattenden Fläche (Gebäudeteil 11a) liegen, wie in der isometrischen Ansicht von Fig. 1 am linken Bereich des Gebäudeteils 11a dargestellt. Wenn oder soweit der Gebäudeteil 11a nicht beschattet werden soll, befinden sich die Tragrahmen 2 aber in nicht einer nicht beschattenden "Parkposition", wo sie hinter einem Abdeckelement 11c verschwinden, wie in Fig. 1 rechts am Gebäude 11 dargestellt ist.
Wird die zu beschattende Fläche von mehreren Sonnenschutzelementen 1 beschattet, so kommen zumindest eine Beschattungsschiene 6, 7 und eine Verfahrschiene 8 zum Einsatz. Ausgehend von der nicht beschattenden "Parkposition" (siehe auch Schnittdarstellung A-A in Fig. 3 und Detail B in Fig. 5) werden die Tragrahmen 2 nacheinander in die Verfahrschiene 8 eingeführt. In der Verfahrschiene 8 bewegt sich jeder Tragrahmen 2 innerhalb der Verfahrschiene 8 bis zu seiner Endposition (=beschattenden Position) und führt dann eine Bewegung in die Beschattungsschiene 6, 7 aus, wie aus Fig. 6 ersichtlich, wo sich alle Tragrahmen sich in der Beschattungsschiene 6 befinden.
Zusätzlich zu den Photovoltaikmodulen 3 können die Tragrahmen 2 optional Leuchteinheiten 22 (bevorzugt LED Leuchteinheiten) aufnehmen. Diese befinden sich bevorzugt auf der Aussenseite (d.h. der vom Gebäude abgewandten Seite) der Tragrahmen 2 und beleuchten nach Bedarf die homogene Oberfläche der Photovoltaikmodule 3. Die Leuchteinheiten 22 sind im Schaltbild von Fig. 8 dargestellt. In der beschattenden Position erzeugten die in den Tragrahmen 2 integrierten Photovoltaikmodule 3 elektrische Energie in Form von Gleichstrom. Dieser Gleichstrom wird durch die Stromabnahmeeinrichtung 9 abgeleitet und steht für folgende Verwendungen zur Verfügung.
Einerseits wird der Gleichstrom in einem nicht dargestellten Wechselstromrichter in Wechselstrom umgewandelt, um dann entweder direkt einen Beitrag zur Deckung des elektrischen Energiebedarf des beschatteten Gebäudes 11 zu liefern oder um in das Energieversorgungsnetz eingespeist zu werden.
Andererseits wird der Gleichstrom in einem Gleichstrom-Inselsystem genutzt. Dabei wird, wie in Fig. 8, gezeigt, der Gleichstrom der einzelnen Photovoltaikmodule 3 (nur ein Modul dargestellt) gesammelt und kumuliert zu einem Laderegler geführt. Ein GleichstromLaderegler 26 übernimmt die Aufgabe der optimalen Spannungsanpassung während des Ladevorganges, und des Überlast- und Tiefentladeschutzes der nachgelagerten Energiespeichereinrichtung 24 (bevorzugt Bleigelakkumulatoren). Mit der gespeicherten Energie werden die Leuchteinheiten 22 (vorzugsweise LEDs) betrieben, wodurch ein energieautarker Betrieb gewährleistet werden kann.
Der Ladezustand des Energiespeichers 4 kann über einen Ladezustandsmesser 27 kontrolliert werden. Der Ladezustandsmesser 27 sowie der Laderegler 26 empfangen Steuersignale von bzw. liefern ihre Signale an einen Regler 28, der durch gezielte Auswertung der Signale und Ansteuerung eines Dimmers 29 in dem Stromkreis 23 eine teilweise auch adaptive Regelung verschiedener Parameter der Leuchteinheiten 22, wie die Leuchtdauer, die Restleuchtdauer oder die Helligkeit ermöglicht. Der Regler 28 ist dabei vorzugsweise in Form eines Mikroprozessors ausgeführt.
Durch die Regelung der verschiedenen Parameter ist es beispielsweise möglich, temperaturabhängige Kapazitätsschwankungen des Energiespeichers 24 abzufangen, unterschiedliche Ladezustände durch unterschiedlich starke Sonneneinstrahlung während des Tages auszugleichen und die mögliche Beleuchtungsdauer und Helligkeit der Leuchteinheiten 22 mittels des Dimmers 29 einzustellen. So ist es beispielsweise möglich, durch Einsatz einer Zeitschaltuhr 20, welche ebenfalls in dem Regler 28 integriert oder mit diesem verbunden vorgesehen sein kann, durch adaptive Regelung der Betriebsparameter eine zufriedenstellende Ausleuchtung über einen bestimmbaren Zeitraum zu erhalten, die Helligkeit in Abhängigkeit vom Ladezustand des Energiespeichers 24 auf einem konstanten Wert zu halten, die Leuchtdauer durch Dimmen der Leuchteinheiten 22 auf eine bestimmbare Mindesthelligkeit zu maximieren usw.
Weiterhin kann der Regler 28 mit einem Helligkeitssensor 21 verbunden sein, welcher beispielsweise als Fotodiode ausgestaltet ist und das Einschalten der Leuchteinheiten 22 unterhalb einer bestimmbaren Umgebungs-Helligkeitsschwelle bzw. das Ausschalten oberhalb eines Schwellwertes veranlasst.
Die Steuereinheit 12 zur Steuerung der Antriebseinheiten 10 der Sonnenschutzelemente 1 kann unterschiedliche Komplexitätsgrade aufweisen. In der einfachsten Ausprägung ist die Steuerungseinheit 12 an zentraler Stelle angebracht und erlaubt durch manuellen Steuerbefehl, z.B. durch Betätigen eines Tasters, die Befehlserteilung zur Bewegung der Tragrahmen 2. Optional ist die Programmierung der Bewegung zu definierten Zeitpunkten möglich (z.B. Schliessen um 09h00, Öffnen um 16h00).
In einem Betriebsmodus von mittlerer Komplexität umfasst die Steuereinheit einen Regelkreislaufes (anstatt des reinen Steuermodus der obigen Betriebsweise). Als Regelgrösse kann z.B. die Raumtemperatur unterschiedlicher Räume des Gebäudes dienen, indem die Steuereinheit 12 mit einem Temperatursensor 14 verbunden ist. Wird ein bestimmtes "Temperaturfenster" erreicht erfolgt automatisch die entsprechend programmierte Bewegung der Tragrahmen 2. Beispielsweise fahren die Tragrahmen 2 in ihre Beschattungsposition, wenn die Raumtemperatur 24[deg.]C erreicht oder übersteigt; und umgekehrt fahren die Tragrahmen 2 bei Raumtemperaturen kleiner gleich 19 [deg.]C in ihre Parkposition. Dadurch bleibt die passive Gebäudeerwärmung durch die Globalstrahlung trotz der Sonnenschutzelement e 1 voll erhalten.
Alternativ zu dieser "temperaturgeführten" Regelungsform ist es ebenfalls möglich eine "stromgeführte" Regelungsform zu implementieren. Als Regelgrösse dient hierbei die Globalstrahlung welche indirekt durch eine Photozelle 15 gemessen wird. Übersteigt die Spannung an der Photozelle 15 einen definierten Wert, so bedeutet dies, dass ein entsprechender Globalstrahlungswert erreicht wurde. Idealerweise ist dieser Globalstrahlungswert so gewählt dass die dabei erreichte Stromerzeugungsleistung der Photovoltaikmodule 3 das Verfahren der Tragrahmen 2 in die "Beschattungsposition" von der Energiebilanz her rechtfertigt.
Im Betriebsmodus der Steuereinheit 12 mit der höchsten Komplexitätsstufe ist zusätzlich eine Fernsteuereinheit 13, wie z.B. ein integriertes GSM-Modul vorgesehen. Der Benutzer oder eine zentrale Stelle kann dadurch die Steuereinheit 12 auch über Mobiltelefon/Festnetztelefon erreichen und so entweder die einmalige Bewegung der Tragrahmen 2 erzwingen oder sogar Änderungen an den zuvor beschriebenen denkbaren Regelgrössen vornehmen.
Es sei erwähnt, dass die Steuereinheit 12 mit dem Regler 28 zu einer Einheit integriert sein kann.
Sun protection element for shading parts of buildings
The invention relates to a sun protection element for shading building parts, in particular glass surfaces and lighting elements, according to the preamble of claim 1.
The present invention has for its object to propose improvements to buildings, on the one hand enable shading of building parts, on the other hand, to contribute to the progress in building technology and also contribute to improved energy use. Finally, the invention should also allow the fulfillment of high aesthetic aspects in architecture and the achievement of design effects on buildings.
The invention solves the objects set by providing sun protection elements with the characterizing features of claim 1. Further advantageous embodiments and modifications of the invention will become apparent from the dependent claims and the description.
The sun protection elements according to the invention are particularly suitable for shading vertical glass façade surfaces and lighting fixtures, such as, for example. Light strips and windows, as well as for shading inclined or horizontal glass surfaces such. transparent roof elements. The basic idea of the invention is to provide the sun protection elements with integrated photovoltaic modules. These photovoltaic modules have surface shape and are therefore well suited to shadow even larger areas. Furthermore, the electrical energy generated by the photovoltaic modules can be made available for different purposes of use and helps to reduce the power needed in the building from a power grid.
When photovoltaic modules are used in semitransparent construction, shading is achieved, but people inside the building are not taken out of sight.
Another essential idea of the invention is the mobility of the sun protection element, whereby the shading and the power generation by the photovoltaic elements can be changed at any time. Easy to install and operate are linearly movable or pivotable sun protection elements. A stable and easily movable sunshade element is obtained when a support frame is provided on which the at least one photovoltaic module is attached. The mobility of the sun protection element can be conveniently realized by the support frame is designed movable by means of sliding elements and / or rollers. At the same time, the sliding elements and / or rollers are preferably electrically conductively connected to the photovoltaic modules and serve as power take-off devices.
Highly interesting optical effects, which can have a very positive influence on the facade design of buildings, can be achieved if lighting units, preferably LED lighting units, are provided on the sun protection elements. To enhance the visual effect, it is preferable if the lighting units are arranged on the side of the sunshade element which is remote from the building, in order to illuminate the surface of the photovoltaic modules.
In a development of the invention, which allow a comfortable and automatic operation of the inventive sun protection element, a drive unit for moving the sun protection element is provided. This drive unit can be operated manually by means of switches, but it is preferably provided a control unit for controlling the drive unit, which can be optimally integrated into the building technology.
In a first variant, the control unit for manual and / or automatic, optionally time-controlled method of the sun protection element between shading positions and a parking position is formed.
In a second variant, control detects a controlled variable, e.g. a room temperature in the building or the global radiation radiating to the building, and regulates the position of the sun protection element according to the detected values of the controlled variable.
In a further embodiment, the controller comprises a remote control unit, which is preferably designed as a mobile telephone unit, so that a remote control by a user or a central control center is made possible.
In order to supply the electrical energy supplied by the photovoltaic modules to a wide variety of consumers or to feed them into the general power supply network, an embodiment of the invention provides an AC converter for converting the direct current supplied by the photovoltaic modules into alternating current. Alternatively or additionally, be it to operate the sun protection element in the "island system", or to use for DC consumers, a DC charge controller is provided, which is designed for voltage adjustment of the DC power supplied by the photovoltaic modules during a charging of an energy storage device.
In order that optical effects achieved by providing the sunshade element with light units, preferably LED light units, e.g. illuminate the surface of the photovoltaic modules can be safely maintained for a predetermined time, it is necessary to take certain measures, because it must not be assumed that a uniform supply of electrical energy through the photovoltaic elements and thus from a uniform charging of electrical energy storage. In particular, it should be remembered that photovoltaic cells in winter typically can only send over 20% of the electrical energy to the electrical energy store for one day, which they can deliver on a sunny day in summer.
Further fluctuations in the state of charge of the electrical energy storage are caused by weather changes (sun, clouds) over the course of the day.
In order that these unavoidable fluctuations in the supply of electrical energy through the photovoltaic elements or the state of charge of energy storage connected thereto do not lead to undesirably premature extinction of the light units on the sun protection elements, a switched into the circuit between the light units and the electrical energy storage dimmer is provided by a Regulator depending on the state of charge of the energy storage is adjustable.
This makes it possible to control the operating parameters of the lighting units targeted and set the desired values such as light duration, minimum brightness, switch-on, etc. according to selected specifications.
By means of the controller, the dimmer can be regulated, for example, as a function of a preset set lighting duration or adaptively as a function of a set residual lighting duration.
According to an advantageous refinement, a charge state meter of the electrical energy store communicating with the regulator can be provided, which by means of its measured values opens up a further setting possibility for various values of the lighting units that flows into the control loop. The controller can also control the DC charge controller described above. This makes it possible to control the charging current of the energy store, as a result of which the state of charge of the energy store and, depending thereon, the operating state of the lighting units can be maintained at constant, selectable values under varying conditions.
The invention will be described in more detail below by means of embodiments with reference to the accompanying drawings. In the drawings show:
Fig. 1 shows a building with inventive sun protection elements in isometric
View;
Fig. 2 shows a building cutout with inventive sun protection elements in
Front view;
Fig. 3 is a sectional view taken along the line A-A of Fig. 2;
Fig. 4 is a sectional view taken along the line C-C of Fig. 2;
5 shows a detail B from FIG. 3;
Fig. 6 shows a detail D of Fig. 4;
Fig. 7 shows a detail E of Fig. 4;
Fig. 8 is a schematic electrical diagram of an inventive
Sunshade element.
The sun protection element 1 according to the invention will first be described with reference to FIGS. 1 to 7. This sunshade element 1 is provided for shading a part 11a of a building 11, such as a glass façade surface. It is understood that with the inventive sunshade element also lighting elements on buildings, such. Continuous lighting and general glass surfaces (windows) with any inclination angle, as well as transparent roof surfaces, can be shaded. The sun protection elements 1 have integrated photovoltaic modules 3, which are arranged flat on support frame 2 of the sun protection elements 1. The converted from the photovoltaic modules 3 from sunlight electrical energy is dissipated by a Slxomabnahmeeinrichtung 9 and is thus available for different uses.
The total unit of each sunshade element 1 comprises in each case a support frame 2 (see FIG. 1) photovoltaic modules 3 (see FIGS. 1 and 7), movement rails 8 and shading rails 6, 7, as best seen in FIGS. 5 and 6 Drive unit 10 (see Fig. 5), a power take-off unit 9 (see Fig. 5), and a control unit 12 (see Fig. 8), which drives the drive unit 10. The support frame 2 of the sun protection elements 1 enclose the semitransparent photovoltaic modules 3 and are designed to be linearly movable at their upper / lower edges by means of rollers. The linear movement of the support frame 2 takes place within the movement rails 8 provided for this purpose. The movement rails 8 and the shading rails 6, 7 are mounted on a building wall 11b. As a motor drive source of the movement, the drive unit 10 is used.
The shaded building part 1 la can be partially or completely shaded with one or more sun protection elements 1. If the total area of the building part 11a to be shaded is to be completely shaded with only one sun protection element 1, the use of only one movement rail 8, which then also serves as a shading rail, is necessary.
By means of the control unit 12, the command for the linear movement of the support frame 2 can be given to the drive units 10. The respective support frame 2 of the sun protection element 1 then moves to a desired shading position. The shading position can lie directly in front of the shading surface (building part 11a), as shown in the isometric view of Fig. 1 on the left side of the building part 11a. If or as far as the building part 11a is not to be shaded, the support frame 2 but not in a non-shaded "parking position", where they disappear behind a cover 11c, as shown in Fig. 1 right on the building 11.
If the surface to be shaded is shaded by a plurality of sun protection elements 1, then at least one shading rail 6, 7 and a travel rail 8 are used. Starting from the non-shading "parking position" (see also sectional view A-A in Fig. 3 and detail B in Fig. 5), the support frame 2 are successively inserted into the travel rail 8. In the travel rail 8, each support frame 2 moves within the travel rail 8 to its end position (= shading position) and then performs a movement in the shading rail 6, 7, as shown in Fig. 6, where all the support frame is in the shading rail 6 are located.
In addition to the photovoltaic modules 3, the support frames 2 can optionally accommodate light units 22 (preferably LED light units). These are preferably located on the outside (i.e., the side facing away from the building) of the support frame 2 and illuminate as required the homogeneous surface of the photovoltaic modules 3. The light units 22 are shown in the diagram of Fig. 8. In the shaded position, the photovoltaic modules 3 integrated in the support frame 2 generated electrical energy in the form of direct current. This direct current is derived by the current collection device 9 and is available for the following uses.
On the one hand, the direct current is converted into alternating current in an unillustrated alternating current converter, in order to then either directly contribute to covering the electrical energy requirement of the shaded building 11 or to be fed into the energy supply network.
On the other hand, the DC current is used in a DC island system. In this case, as shown in FIG. 8, the direct current of the individual photovoltaic modules 3 (only one module shown) is collected and cumulatively guided to a charge controller. A DC charge controller 26 assumes the task of optimal voltage adjustment during the charging process, and the overload and Tiefentladeschutzes the downstream energy storage device 24 (preferably lead gel accumulators). With the stored energy, the light units 22 (preferably LEDs) are operated, whereby an energy-autonomous operation can be ensured.
The state of charge of the energy store 4 can be controlled via a charge state meter 27. The charge state meter 27 and the charge controller 26 receive control signals from or supply their signals to a controller 28, the targeted evaluation of the signals and control of a dimmer 29 in the circuit 23, a partially adaptive control of various parameters of the light units 22, such as the light duration, the remaining light duration or the brightness allows. The controller 28 is preferably designed in the form of a microprocessor.
By regulating the various parameters, it is possible, for example, to intercept temperature-dependent capacitance fluctuations of the energy store 24, to compensate for different states of charge through different levels of sunlight during the day and to adjust the possible illumination duration and brightness of the lighting units 22 by means of the dimmer 29. It is thus possible, for example, to obtain a satisfactory illumination over a determinable period of time by adaptively controlling the operating parameters by using a timer 20, which may also be integrated in the controller 28 or connected to it, the brightness as a function of the state of charge of the energy store 24 to maintain a constant value, to maximize the lighting duration by dimming the lighting units 22 to a minimum brightness determinable, etc.
Furthermore, the controller 28 may be connected to a brightness sensor 21, which is designed for example as a photodiode and causes the switching on of the light units 22 below a determinable ambient brightness threshold or switching off above a threshold value.
The control unit 12 for controlling the drive units 10 of the sun protection elements 1 may have different degrees of complexity. In the simplest form, the control unit 12 is mounted at a central location and allowed by manual control command, e.g. by pressing a button, the command to move the support frame 2. Optionally, the programming of the movement at defined times is possible (for example, closing at 09h00, opening at 16h00).
In a medium complexity mode of operation, the control unit includes a feedback loop (rather than the pure control mode of the above mode of operation). As a controlled variable, e.g. serve the room temperature of different rooms of the building by the control unit 12 is connected to a temperature sensor 14. When a certain "temperature window" is reached, the correspondingly programmed movement of the support frame 2 automatically takes place. For example, the support frames 2 move to their shading position when the room temperature reaches or exceeds 24 ° C; and conversely, the support frames 2 travel to their parking position at room temperatures less than or equal to 19 ° C. As a result, the passive heating of the building due to the global radiation remains fully intact despite the solar protection element e1.
As an alternative to this "temperature-controlled" control form, it is also possible to implement a "current-controlled" control scheme. In this case, the global radiation which is indirectly measured by a photocell 15 serves as a controlled variable. If the voltage across the photocell 15 exceeds a defined value, this means that a corresponding global radiation value has been achieved. Ideally, this global radiation value is selected such that the power generation performance of the photovoltaic modules 3 achieved in this way justifies the process of the support frame 2 in the "shading position" from the energy balance.
In the operating mode of the control unit 12 having the highest complexity level, there is additionally a remote control unit 13, e.g. an integrated GSM module provided. The user or a central office can thereby achieve the control unit 12 via mobile phone / landline phone and thus force either the one-time movement of the support frame 2 or make even changes to the previously described conceivable control variables.
It should be noted that the control unit 12 may be integrated with the controller 28 to form a unit.