DE102013009530A1 - Greenhouse Tracker - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Gewächshaus mit einer Vielzahl von Glasscheiben und mindestens zwei mittels Motoren (9, 9a) in ihrer Neigung verstellbaren Dachflächenfenstern (5, 5a), die sich in einem Winkel (α) zueinander, insbesondere gegenläufig zueinander öffnen lassen, vorgeschlagen. Ein Regel- und Steuergerät (11) steuert den Öffnungsvorgang in Abhängigkeit von der Innentemperatur (Tinnen) im Gewächshaus. Die Dachflächenfenster sind mit einem Photovoltaikgenerator (7, 7a) bestückt und dem Regel- und Steuergerät wird als weiterer Parameter neben der Innentemperatur ein Maß für die photovoltaisch erzeugte Leistung der Photovoltaikgeneratoren zugeführt. So wird die Möglichkeit geschaffen, die Summe der Sonnenenergieausbeute der beiden Dachflächenfenster bei der erforderlichen Belüftung zu maximieren.A greenhouse with a large number of panes of glass and at least two roof windows (5, 5a) which can be adjusted in inclination by means of motors (9, 9a) and which can be opened at an angle (α) to one another, in particular in opposite directions, is proposed. A regulating and control device (11) controls the opening process depending on the internal temperature (troughs) in the greenhouse. The roof windows are equipped with a photovoltaic generator (7, 7a) and the regulating and control device is fed as a further parameter in addition to the internal temperature, a measure of the photovoltaically generated power of the photovoltaic generators. This creates the possibility to maximize the sum of the solar energy yield of the two roof windows with the necessary ventilation.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gewächshaus mit einer Vielzahl von Glasscheiben und mindestens zwei mittels Motoren in ihrer Neigung verstellbaren Dachflächenfenstern, die sich in einem Winkel zueinander, insbesondere gegenläufig zueinander öffnen lassen, wobei ein Regel- und Steuergerät den Öffnungsvorgang in Abhängigkeit von der Innentemperatur im Gewächshaus steuert.The invention relates to a greenhouse with a plurality of glass panes and at least two adjustable by means of motors in their inclination roof windows, which can open at an angle to each other, in particular in opposite directions, wherein a control and control device opening operation in dependence on the internal temperature Greenhouse controls.

Gewächshäuser dieser Art sind sattsam bekannt und bedürfen keiner weiteren Erläuterung.Greenhouses of this kind are well known and require no further explanation.

Vorliegende Erfindung geht aus von der Überlegung, dass es wünschenswert ist, die ohnehin vorhandenen Stellmotoren zur Einstellung des Öffnungswinkels der Dachflächenfenster einer weiteren Funktion zuzuführen. Ausgehend von dieser Überlegung hat es sich vorliegende Erfindung zur Aufgabe gemacht, eine energieeffiziente Nutzung des Gewächshausdaches anzustreben.The present invention is based on the consideration that it is desirable to supply the already existing servo motors for adjusting the opening angle of the roof windows of a further function. Based on this consideration, the present invention has set itself the task of seeking energy-efficient use of the greenhouse roof.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Dachflächenfenster mit einem Photovoltaikgenerator bestückt sind und dass dem Regel- und Steuergerät als weiterer Parameter neben der Innentemperatur ein Maß für die photovoltaisch erzeugte Leistung der Photovoltiakgenertoren zugeführt wird, um die Summe der Sonnenenergieausbeute der beiden Dachflächenfenster bei der erforderlichen Belüftung zu maximieren. Als erforderliche Belüftung wird dabei eine Belüftung angesehen, die das Wohl der Pflanzen im Gewächshaus nicht gefährdet. Das heißt, dass sowohl eine Reduzierung oder Unterbrechung der Lüftung als auch eine Erhöhung der Lüftung, obwohl sie alleine von der Innentemperatur im Gewächshaus nicht geboten wären, vorgenommen werden können, um die Leistung zu maximieren, sofern die Pflanzen keinen Schaden nehmen.This object is achieved in that the roof windows are equipped with a photovoltaic generator and that the control and control device as a further parameter in addition to the internal temperature a measure of the photovoltaic power of Photovoltiakgenertoren is supplied to the sum of the solar energy yield of the two roof windows in the to maximize required ventilation. As required ventilation while a ventilation is considered that does not endanger the well-being of the plants in the greenhouse. That is, both reducing or stopping the ventilation and increasing the ventilation, although not required by the indoor temperature in the greenhouse alone, can be done to maximize performance, provided the plants are not damaged.

Im Ergebnis wird so eine Nachführung der Dachflächenfenster in Bezug zum Sonnenstand erreicht, der bei der erforderlichen Belüftung des Gewächshauses die Leistung der Photovoltaikmodule optimiert.As a result, a tracking of the roof windows is achieved with respect to the position of the sun, which optimizes the performance of the photovoltaic modules in the required ventilation of the greenhouse.

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren. Es zeigen:Further embodiments and advantages of the invention will become apparent from the description of an embodiment with reference to FIGS. Show it:

1 ein von Ost nach West ausgerichtetes Gewächshausdach nachts mit geschlossenen Dachflächenfenstern im Querschnitt; 1 an east-west oriented greenhouse roof at night with closed roof windows in cross-section;

2 das Gewächshausdach morgens bei Sonnenaufgang mit dem nach Westen weisenden Dachflächenfenster geöffnet; 2 the greenhouse roof opened in the morning at sunrise with the roof window facing west;

3 das Gewächshausdach gegen Mittag mit zwei geöffneten Dachflächenfenstern; und 3 the greenhouse roof around noon with two open roof windows; and

4 das Gewächshausdach am Abend bei untergehender Sonne mit dem nach Osten liegenden Dachflächenfenster geöffnet. 4 the greenhouse roof is opened in the evening with the sun setting with the roof window facing east.

In der 1 ist mit 1 ein Gewächshausdach bezeichnet, dass einen Dachfirst hat, der aus illustrativen Gründen in der Nord-Süd Achse verläuft. Entsprechend ist eine erste Dachfläche 3 gen Osten ausgerichtet, und eine zweite Dachfläche 3a gen Westen. Jede Dachfläche 3, 3a ist mit einem oder mehreren Dachflächenfenstern 5, 5a versehen, von denen aufgrund der Querschnittsdarstellung nur jeweils eines zu sehen ist. In dieser Anmeldung ist mit dem nach Westen weisenden Dachflächenfenster immer das Dachflächenfenster gemeint, welches in der nach Westen weisenden Dachfläche 3a liegt. Analog ist mit dem nach Osten weisenden Dachflächenfenster immer das Dachflächenfenster gemeint, welches in der nach Osten weisenden Dachfläche 3 liegt. Bei eine Überschreitung der Horizontalen bei einem Öffnungsvorgang, ändert sich dann die Ausrichtung des gen Osten weisenden Dachflächenfensters 3 von Ost nach West und die des gen Westen weisenden Dachflächenfensters 3a umgekehrt.In the 1 is with 1 a greenhouse roof that has a roof ridge that runs for illustrative purposes in the north-south axis. Accordingly, a first roof area 3 Oriented to the east, and a second roof area 3a west. Every roof surface 3 . 3a is with one or more skylights 5 . 5a provided, of which only one can be seen due to the cross-sectional view. In this application, the roof-facing window, which faces west, always means the skylight window, which is in the roof facing west 3a lies. Similarly, with the east facing roof window always meant the roof window, which in the east-facing roof surface 3 lies. If the horizontal is exceeded during an opening process, then the orientation of the east-facing roof window changes 3 from east to west and the west facing roof window 3a vice versa.

Jedes Dachflächenfenster 5, 5a trägt ein Photovoltaikmodul 7, 7a oder hat eine Glasscheibe, die selber als Photovoltaikmodul 7, 7a ausgeführt ist. Die elektrischen Anschlüsse der Photovoltaikmodule 7, 7a, sind, ggf. unter Einbindung weiterer sich auf dem Glasdach befindenden PV-Modulen, in Serie miteinander verschaltet und bilden in bekannter Weise einen sogenannten Strang. Der Strang wiederum ist in bekannter Weise an einen Wechselrichter (nicht gezeigt) angeschlossen, der den von den Photovoltaikmodulen 7, 7a generierten Gleichstrom in einen Wechselstrom wandelt. Der Wechselstrom kann beliebig verwendet werden, wie z. B. in ein Versorgungsnetz eingespeist werden oder eigenverbraucht werden, z. B. beim Betrieb von Ventilatoren, Bewässerungssystemen etc.Every roof window 5 . 5a carries a photovoltaic module 7 . 7a or has a glass pane, itself as a photovoltaic module 7 . 7a is executed. The electrical connections of the photovoltaic modules 7 . 7a are, if necessary, with the involvement of further located on the glass roof PV modules, connected in series with each other and form a so-called strand in a known manner. The strand in turn is connected in a known manner to an inverter (not shown), which is the one of the photovoltaic modules 7 . 7a generated direct current converts into an alternating current. The alternating current can be used as desired, such. B. be fed into a utility or self-consumed, z. B. in the operation of fans, irrigation systems, etc.

Jedes der beiden Dachflächenfenster 5, 5a ist an einen Stellmotor 9, 9a gekoppelt, der an eine Stromversorgung angeschlossen ist. Die Verstellung des Öffnungswinkels gegenüber dem feststehenden Teil der Dachflächen 3, 3a, und damit auch die Veränderung des Winkels α der Dachflächenfenster 5, 5a zueinander, wird von einem Regel- und Steuergerät 11 vorgenommen, das insbesondere vor Ort am Gewächshaus platziert ist. Als maßgebliches Kriterium für die Öffnungswinkel der Dachflächenfenster 5, 5a zur Dachfläche 3, 3a ist die gewünschte Temperatur Tinnen im Inneren des Gewächshauses anzusehen.Each of the two roof windows 5 . 5a is to a servomotor 9 . 9a coupled, which is connected to a power supply. The adjustment of the opening angle with respect to the fixed part of the roof surfaces 3 . 3a , and thus also the change in the angle α of the roof windows 5 . 5a to each other, is by a control and regulation device 11 made especially on site at the greenhouse. As the decisive criterion for the opening angle of the roof windows 5 . 5a to the roof area 3 . 3a is the desired temperature T inside inside the greenhouse.

Dem Regel- und Steuergerät 11 wird neben der Innentemperatur als weiteres Kriterium die Ausgangssignale S, Sa eines ersten und eines zweiten Strahlungssensors 13, 13a zugeführt. Die Strahlungssensoren 13, 13a befinden sich jeweils auf einer der Dachflächenfenster 5, 5a und messen die Intensität der auf die Dachflächenfenster 5, 5a auftreffenden Sonnenstrahlen. Diese ändert sich zum einen mit dem Sonnenstand und zum anderen mit dem Öffnungswinkel und wird für die östliche und westliche Dachfläche 3, 3a getrennt erfasst. Das Regel- und Steuergerät 11 ist so programmiert, dass als Hauptkriterium die Temperatur im Inneren des Gewächshauses im Vordergrund steht und als untergeordnetes Kriterium eine Optimierung der Summe der Intensitätswerte, die die Strahlungssensoren 13, 13a liefern, vorgenommen wird.The control and control unit 11 In addition to the internal temperature as a further criterion, the output signals S, Sa of a first and a second radiation sensor 13 . 13a fed. The radiation sensors 13 . 13a are each located on one of the skylights 5 . 5a and measure the intensity of the roof windows 5 . 5a incident sunbeams. This changes on the one hand with the position of the sun and on the other with the opening angle and is used for the eastern and western roof area 3 . 3a recorded separately. The control and regulating device 11 is programmed so that the main criterion is the temperature inside the greenhouse and as a subordinate criterion an optimization of the sum of the intensity values that the radiation sensors 13 . 13a deliver, is made.

Im Folgenden wird eine erfindungsgemäße Vorgehensweise beim Gebrauch der Vorrichtung beschrieben. Es wird in der 1 von einer Situation nachts ausgegangen, bei der das Gewächshausdach 1 geschlossen ist, um die tagsüber aufgenommene Wärme im Inneren zu halten. Der Winkel α, den die beiden Dachflächenfenster 5, 5a außerhalb des Gewächshausdaches 1 zueinander bilden hat seinen maximalen Wert. Jedes der beiden Dachflächenfenster 5, 5a kann nur noch geöffnet werden und diesen Winkel α verringern.The following describes a procedure according to the invention when using the device. It will be in the 1 from a situation at night, at which the greenhouse roof 1 is closed to keep the heat absorbed during the day inside. The angle α, the two roof windows 5 . 5a outside the greenhouse roof 1 forming each other has its maximum value. Each of the two roof windows 5 . 5a can only be opened and reduce this angle α.

In der 2 ist gezeigt, dass dieser Öffnungsvorgang, wenn er denn aufgrund des Kriteriums „die Innentemperatur im Gewächshaus ist zu hoch” eingeleitet wird, zunächst mit dem Öffnen des nach Westen ausgerichteten Dachflächenfensters 5a vorgenommen wird. Das hat zur Folge, dass sich das Dachflächenfenster 5a steiler gegen Osten stellt, wo die Sonne aufgeht, und mehr Sonnenenergie in elektrischen Strom umwandeln kann. Durch ein Öffnen des ostwärts ausgerichteten Dachflächenfensters 5 würde die Einstrahlung unerwünschter Weise verringert werden.In the 2 it is shown that this opening process, if it is because of the criterion "the internal temperature in the greenhouse is too high" is initiated, first with the opening of the west-facing roof window 5a is made. As a result, the roof window 5a steeper to the east, where the sun rises, and convert more solar energy into electricity. By opening the east-facing roof window 5 the irradiation would be undesirably reduced.

Im weiteren Verlauf des Tages wird mit den beiden Öffnungsvorgängen der beiden Dachflächenfenster 5, 5a derart jongliert, dass, unter Einhaltung der Belüftungserfordernisse, immer eine optimale Ausrichtung zur Sonne erfolgt. Optimal ist die Ausrichtung dann, wenn unter der gewünschten Belüftungsleistung die Summe der von den Strahlendetektoren 13, 13a gelieferten Werte maximal ist. Dazu wird z. B. erst das westliche Dachflächenfenster geöffnet, bis entweder sein mechanisch maximal erreichbarer Öffnungswinkel erreicht ist oder bis eine weitere Öffnung die Energieausbeute schmälert. Zwischendurch kann durch die Einleitung der Öffnung des östlich ausgerichteten Dachflächenfensters 5 (oder ggf. durch eine weitere Öffnung, wenn es bereits teilweise geöffnet ist) getestet werden, ob es aus energetischer Sicht nicht geeigneter ist, mit dem Öffnen dieses Dachflächenfensters fortzufahren, um für eine erhöhte Belüftung zu sorgen, als durch ein weiteres Öffnen des westlichen Dachflächenfensters 5a.In the further course of the day will be with the two opening operations of the two roof windows 5 . 5a so juggled that, while complying with the ventilation requirements, always an optimal alignment with the sun takes place. Optimal alignment is then, if below the desired ventilation performance, the sum of the radiation detectors 13 . 13a maximum values delivered. This is z. B. only opened the western roof window until either its mechanically maximum achievable opening angle is reached or until a further opening reduces the energy yield. In between, by opening the opening of the east-facing roof window 5 (or possibly through another opening, if it is already partially open), to test whether, from an energetic point of view, it is not more appropriate to proceed with opening this roof window to provide increased ventilation than by further opening the western one roof window 5a ,

In der Mittagszeit, wenn die Sonne am Zenit steht, sind beide Dachflächenfenster 5, 5a gleich weit geöffnet, idealerweise waagerecht gestellt, wenn es die Belüftungserfordernisse zulassen.At lunchtime, when the sun is at its zenith, both roof windows are visible 5 . 5a equidistant, ideally horizontal, if the ventilation requirements permit.

In den Nachmittagsstunden wird zunächst das nach Westen orientierte Dachflächenfenster 5a geschlossen, damit noch bei tief stehender Sonne möglichst viel Strahlung auf das geöffnete nach Osten weisende Dachflächenfenster 5 fällt und gleichzeitig der Auftreffwinkel der niedriger auf das westlich ausgerichtete Dachflächenfenster 5a auftreffenden Sonnenstrahlen günstiger ist, d. h. steiler in Bezug zur Dachfensteroberfläche ist. In den Abendstunden wird der Schließvorgang des gen Osten weisenden Dachflächenfensters 5 erst dann eingeleitet, wenn das gen Westen weisende Dachflächenfenster 5a bereits geschlossen ist.In the afternoon, the west-facing roof window will be visible 5a closed, so that even when the sun is low as much as possible radiation on the open east facing roof window 5 falls and at the same time the impact angle of the lower to the west-facing roof window 5a incident sun rays is cheaper, ie is steeper in relation to the roof window surface. In the evenings, the closing process of the east facing roof window 5 only then initiated when the west facing roof windows 5a already closed.

Anstelle oder zusätzlich zu den Strahlungssensoren 13, 13a kann der Öffnungs- und Schließungsvorgang als Funktion in dem Regel- und Steuergerät 11 abgespeichert sein. Da die Position des Gewächshausdaches 1 mit seiner geographischen Ausrichtung fix ist und die Wanderung der Sonne zu jedem Tag des Jahres bekannt ist, können die Öffnungswinkel der beiden Dachflächenfenster 5, 5a unabhängig von der aktuell vorliegenden Sonneneinstrahlung vorbestimmt werden, damit die Energieausbeute maximal ist.Instead of or in addition to the radiation sensors 13 . 13a For example, the opening and closing operation may be a function in the control unit 11 be stored. Because the position of the greenhouse roof 1 With its geographical orientation fixed and the migration of the sun is known every day of the year, the opening angle of the two roof windows can 5 . 5a be predetermined regardless of the current solar radiation, so that the energy yield is maximum.

Beschrieben ist ein Gewächshausdach mit einem in die Nord-Süd Achse ausgerichtetem Dachfirst. Alle Ausführungen sind auch für hierzu himmelsrichtungsverdrehte Firstausrichtungen gültig, wobei dann lediglich die aufgrund der Ausrichtung des Gewächshauses per se geringere Leistung generiert werden kann.Described is a greenhouse roof with a roof ridge aligned in the north-south axis. All versions are also valid for this rimmed direction ridge orientations, in which case only the power per se due to the orientation of the greenhouse per se can be generated.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
GewächshausdachGreenhouse roof
3, 3a3, 3a
erste bzw. zweite Dachflächefirst or second roof area
5, 5a5, 5a
erstes bzw. zweites Dachflächenfensterfirst or second roof window
7, 7a7, 7a
Photovoltaikmodulphotovoltaic module
9, 9a9, 9a
Stellmotorservomotor
1111
Regel- und SteuergerätControl and regulating device
13, 13a13, 13a
Strahlungssensorradiation sensor
Tinnen T inside
Innentemperatur GewächshausIndoor temperature greenhouse
S, SaS, Sa
Signaleingangsignal input

Claims (3)

Gewächshaus mit einer Vielzahl von Glasscheiben und mindestens zwei mittels Motoren (9, 9a) in ihrer Neigung verstellbaren Dachflächenfenstern (5, 5a), die sich in einem Winkel (α) zueinander, insbesondere gegenläufig zueinander öffnen lassen, wobei ein Regel- und Steuergerät (11) den Öffnungsvorgang in Abhängigkeit von der Innentemperatur (Tinnen) im Gewächshaus steuert, dadurch gekennzeichnet, dass die Dachflächenfenster mit einem Photovoltaikgenerator (7, 7a) bestückt sind und dass dem Regel- und Steuergerät als weiterer Parameter neben der Innentemperatur ein Maß für die photovoltaisch erzeugte Leistung der Photovoltaikgeneratoren zugeführt wird, um die Summe der Sonnenenergieausbeute der beiden Dachflächenfenster bei der erforderlichen Belüftung zu maximieren.Greenhouse with a large number of glass panes and at least two by means of motors ( 9 . 9a ) in their inclination adjustable roof windows ( 5 . 5a ), which can be opened at an angle (α) to one another, in particular in opposite directions, with a control and regulating device ( 11 ) controls the opening process as a function of the internal temperature (T inside ) in the greenhouse, characterized in that the roof window with a photovoltaic generator ( 7 . 7a ) and that the controller and control unit as a further parameter in addition to the internal temperature, a measure of the photovoltaic power of the photovoltaic generators is supplied in order to maximize the sum of the solar energy yield of the two roof windows with the required ventilation. Gewächshaus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Maß für die photovoltaisch erzeugte Leistung der Auftreffwinkel der Sonnenstrahlen auf den Photovoltaikgenerator ist.Greenhouse according to claim 1, characterized in that the measure of the photovoltaically generated power is the angle of incidence of the sun's rays on the photovoltaic generator. Gewächshaus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Maß für die photovoltaisch erzeugte Leistung die momentane Leistung der jeweiligen Photovoltaikgeneratoren ist.Greenhouse according to claim 1, characterized in that the measure of the photovoltaically generated power is the instantaneous power of the respective photovoltaic generators.
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