DE102018111163A1

DE102018111163A1 - Türanordnung

Info

Publication number: DE102018111163A1
Application number: DE102018111163.0A
Authority: DE
Inventors: Martin Lenze; Michael Niggemann
Original assignee: Enerthing GmbH
Current assignee: Enerthing GmbH
Priority date: 2018-05-09
Filing date: 2018-05-09
Publication date: 2019-11-14

Abstract

Es wird eine Türanordnung beansprucht, die aus einem feststehenden Rahmen und einem zwischen einer Offen- und einer Schließstellung beweglichen Türelement besteht, mit einem des Türelement in dessen Schließstellung gegenüber dem Rahmen blockierenden Riegel sowie einem elektrischen Antrieb für den Riegel oder einer elektrisch schaltbaren Kupplung zwischen dem Riegel und einer/einem handbetätigbaren Türklinke oder Schließknauf, wobei die elektrische Energieversorgung des Antriebs Bestandteil der Türanordnung ist und ein photovoltaisches Flächenelement umfasst, welches an dem Türelement angeordnet ist Durch die Integration eines photovoltaischen Flächenelements in eine Türanordnung, beispielsweise in das Schließsystem, den Beschlag oder das Türblatt kann für die Elektronik einschließlich des Türschlosses in der Tür ein energetisch autarker Betrieb oder, wenn die Anordnung eine Primärbatterie enthält, eine Laufzeitverlängerung dieser Primärbatterie erreicht werden. Die Energie in Form von Licht, kann im Falle von Innentüren über die vorhandene künstliche Beleuchtung, oder auch über Tageslicht über Fenster erfolgen. Schließsysteme in Außentüren können über direktes und diffus gestreutes Sonnenlicht über integrierte Photovoltaik mit Energie betrieben werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Türanordnung bestehend aus einem feststehenden Rahmen und einem zwischen einer Offen- und einer Schließstellung beweglichen Türelement.
Elektronische Schließsystem werden derzeit entweder mittels Batterien, über einen elektrischen Festnetzanschluss oder mit einem elektromagnetischen Dynamo im Türgriff elektrisch betrieben.
Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Typen von elektromechanischen Schließsystemen, die in eine Tür integriert sind, bekannt. In einer Variante sind die elektronischen Komponenten und die elektromagnetische Verriegelung in den Türknauf integriert. Dabei erfolgt die Kopplung des Drehknaufs mit dem mechanischen Schließsystem auf elektromechanische weise. Der eigentliche Verriegelungsvorgang erfolgt rein manuell. In anderen Systemen wird auch der eigentliche Verriegelungsvorgang, also die Bewegung der sogenannten Falle, oder der Verriegelungszapfen durch Elektromagnete oder Motoren durchgeführt. Diese Systeme benötigen im Vergleich zu den Teil-manuellen Systemen mehr Energie für den Schließvorgang. In anderen Systemen ist das elektromechanische System in den Beschlag integriert.
Neben der Schließfunktion werden weitere Funktionen, wie digitale Informations-Displays oder Alarmsysteme- und Sicherheitssysteme in die Tür integriert und benötigen entsprechend Energie.
Die Versorgung der Schließsysteme und Komponenten mit elektrischer Energie über Batterien führt zu einer Limitierung der maximalen Laufzeit von mehreren Monaten bis zu einigen Jahren. Der Batteriewechsel führt insbesondere in Objekten wie öffentlichen Gebäuden und Hotels zu hohen Wartungskosten. Aufgrund der unterschiedlichen Nutzung von Schließsystemen ist eine unterschiedliche Lebensdauer zu erwarten. Die Versorgung der elektrischen Schließsystem mit Energie vom Stromnetz führt zu einem höheren Installationsaufwand. In diesen Fällen muss ein Versorgungskabel zum Türrahmen gelegt werden. Die Energieübertragung auf das Schließsystem in der Tür muss durch ein separates, robustes Kabel, oder alternativ über elektrische Kontakt erfolgen. Beide Lösungen sind wartungsanfällig.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Türanordnung zur Verfügung zu stellen, die mit einem elektrischen Schließ- und Öffnungsmechanismus versehen ist, wobei die Stromversorgung des elektrischen Schließsystems ohne Primärbatterien oder mit einer deutlich verlängerten Laufzeit als auch unabhängig vom Stromnetz erfolgt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demgemäß Türanordnung bestehend aus einem feststehenden Rahmen und einem zwischen einer Offen- und einer Schließstellung beweglichen Türelement, mit einem das Türelement in dessen Schließstellung gegenüber dem Rahmen blockierenden Riegel sowie einem elektrischen Antrieb für den Riegel oder einer elektrisch schaltbaren Kupplung zwischen dem Riegel und einer/einem handbetätigbaren Türklinke oder Schließknauf, wobei die elektrische Energieversorgung des Antriebs Bestandteil der Türanordnung ist und ein photovoltaisches Flächenelement umfasst, welches an dem Türelement angeordnet ist.
Durch die Integration eines photovoltaischen Flächenelements in eine Türanordnung, beispielsweise in das Schließsystem, den Beschlag oder das Türblatt kann für die Elektronik einschließlich des Türschlosses in der Tür ein energetisch autarker Betrieb oder, wenn die Anordnung eine Primärbatterie enthält, eine Laufzeitverlängerung dieser Primärbatterie erreicht werden. Die Energie in Form von Licht, kann im Falle von Innentüren über die vorhandene künstliche Beleuchtung, oder auch über Tageslicht über Fenster erfolgen. Schließsysteme in Außentüren können über direktes und diffus gestreutes Sonnenlicht über integrierte Photovoltaik mit Energie betrieben werden.
Der Betrieb eines elektrischen Schließsystems erfolgt in der Regel über einen elektrischen Antrieb (Aktuator) für den Riegel oder für eine elektrisch schaltbare Kupplung zwischen dem Riegel und einer handbetätigbaren Türklinke oder einem Schließknauf, wobei die elektrische Energieversorgung über das photovoltaische Flächenelement erfolgt. Als weitere Komponenten können in dem Türelement ein Mikroprozessor, beispielsweise zur Identifizierung des elektronischen Schlüssels sowie, Aktivierung des Schießvorganges sowie der Regelung der Schließfreigabe sowie ein oder mehrere Sensoren, die die Signale einer externen Programmierung empfangen können (Funkschnittstelle) angeordnet sein.
Die notwendigen Voraussetzungen für eine Energieversorgung von Schließsystemen in Türen kann besonders effektiv mit flexibler Photovoltaikfolie mit hoher Konversionseffizienz bei Kunstlicht und geringen Beleuchtungsstärken von wenigen hundert Lux erfolgen.
Das photovoltaische Flächenelement kann in beliebige Teile oder Bereiche einer Türanordnung integriert werden. Die Auswahl des Bereichs, in welchem das Flächenelement angeordnet wird, hängt von vielerlei Faktoren ab, beispielsweise vom Energiebedarf des Schließsystems sowie die Menge Energie, welche über Licht eingestrahlt wird, die die Türanordnung erreicht. Diese wir durch Beleuchtungsdauer und Lichtintensität (Lux Wert) sowie das Spektrum der Lichtquelle bestimmt. Auf der Verbraucherseite hängt die benötigte Menge an elektrischer Energie unter anderem vom Energieverbrauch pro Schließzyklus, dem Ruheenergieverbrauch und der Anzahl der Schließvorgänge pro Zeitintervall ab.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das photovoltaische Energieversorgungssystem in den Beschlag integriert. Dieser ist beesonders geeignet für die Integration eines Photovoltaischen Energieversorgungssystems bestehend aus Photovoltaikmodul, Ladeschaltung und Speichermedium (und ggf. zusätzlichem Funkmodul inkl. Sensorik), da sich an dieser Stelle in der Regel auch die Schließ- und Zugangselektronik befindet ist. Die Fläche, die im Beschlag für das Flächenelement zur Verfügung steht ist relativ klein, sodass, bei Schließsystemen mit höherem Energiebedarf auch andere Bereiche des Türelements genutzt werden können. In einer weiteren Ausführungsform ist Photovoltaikmodul in den Türknauf integriert. Diese Ausführungsform ist insbesondere dann von Vorteil, wenn auch das elektronische Schließsystem in den Türknauf integriert ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Photovoltaikmodul im Türblatt angeordnet. Sofern das Türblatt ein Sichtfenster aufweist, wird das Photovoltaikmodul innerhalb dieses Sichtfensters angeordnet.
Für Glastüren, oder Türen mit einem transparenten Element (Fenster) ist die Transparenz oder Teiltransparenz ein wesentliches Designkriterium. Bei semitransparenter Ausführung des in das transparente Element oder die Glastür integrierten Photovoltaikmoduls kann eine Durchsicht gewahrt bleiben. In einer weiteren Ausführungsform des Photovoltaikmoduls kann durch Auswahl transparenter Elektroden eine Teiltransparenz erreicht werden. Abhängig von der Dicke und entsprechend der Absorption der photoaktiven Schicht kann die Transparenz in einem weiten Bereich, im visuellen Wellenlängenbereich eingestellt werden.
In Kombination mit einer Glastür oder einem transparenten Türelement führt dies zu dem weiteren Vorteil, dass von beiden Seiten Licht absorbiert und somit im Falle von beidseitiger, oder zeitlich variierender wechselseitiger Lichteinstrahlung, mehr Energie als in einer einseitigen Ausführung generiert werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird als photovoltaisches Flächenelement ein bifaziales Photovoltaikmodul verwendet. Das bifaziale Photovoltaikmodul kann transparent oder intransparent sein. Intransparente bifaziale Photovoltaikmodule zeichnen sich durch eine hohe Absorption der photoaktiven Schicht aus, sodass nahezu keine Transmission im sichtbaren Spektralbereich und somit keine oder eine geringe Durchsicht möglich ist. In dieser Ausführungsform ist es möglich, durch die Absorption von Licht von beiden Einstrahlungsseiten und somit die Energiegewinnung zu optimieren.
Das Photovoltaikmodul kann beispielsweise auf einer oder auf beiden Seiten des Türblattes, oder, zwischen zwei Glasscheiben angeordnet werden.
Sofern es sich wegen des hohen Energiebedarfs des Schließsystems als erforderlich erweisen sollte, können die photovoltaischen Flächenelemente auch in mehrere dieser genannten Bereiche angeordnet werden.
Das photovoltaische Flächenelement kann aus den für den Fachmann bekannten Flächenelementen ausgewählt werden, wobei die besonderen Anforderungen der jeweiligen Türanordnung berücksichtigt werden sollten. Beispiele für geeignete Flächenelemente sind flexible Dünnfilm-Photovoltaikmodule, Photovoltaikmodule mit Glas als Substrat, wie Module mit Substraten aus gehärtetem oder ungehärtetem Dünnglas mit einer Dicke zwischen 0,2 und 3 mm, oder auch Metallsubstrate. So kann in bestimmten Fällen bei der Integration eines photovoltaischen Flächenelements in eine Tür hohe Anforderungen an die mechanische Robustheit gestellt werden. So können z.B. durch das Schlagen der Tür hohe Beschleunigungskräfte auftreten. In Anwendungen, in denen die mechanische Robustheit wichtig ist, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn als Flächenelement eine Photovoltaikfolie eingesetzt wird. Diese zeichnet sich durch mechanische Robustheit aus und lässt sich ohne weiteres in ein Türelement integrieren.
Das kann in Abhängigkeit von der geforderten Leistung der Tür Anordnung ausgewählt werden. Üblicherweise wird in Schliesssystemen eine Energie zwischen 0,5 und 10 mWh pro Tag benötigt. Aufgrund der Anforderungen an eine hohe Energiekonversionseffizienz bei Beleuchtung mit Kunstlicht und bei geringen Lichtintensitäten haben sich Dünnfilm-Photovoltaikmodule, insbesondere solche auf Basis von amorphem Silizium oder auch auf der Basis organischer Halbleiter und Organo-Perowskit Halbleiter als geeignet herausgestellt.
Die erfindungsgemäße Türanordnung liegt überlicherweise im Innenraum von Gebäuden, sodass es sich bei der Lichtquelle zumeist um LED- oder Fluoreszenzlicht handelt. Wenn durch Fenster oder transparente Türen Tageslicht eindringt, hat dieses oftmals einen hohen Diffuslichtanteil. Typische Beleuchtungsstärken in Innenräumen variieren zwischen wenigen zehn bis einigen tausend lux. Als Lichtquelle dient entweder Kunstlicht, oder natürliches Licht oder eine Kombination aus beiden. Die Beleuchtungsstärken sind im Vergleich zur direkten solaren Bestrahlung (von einigen Hundert bis 1000 W/m²) 100 bis 1000-mal geringer.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Photovoltaiksysteme sind unterschiedlichgeeignet für Kunstlicht- und Schwachlichtanwendungen. Die Höhe der Konversionseffizienz von Lichtenergie in elektrische Energie einer Photovoltaikzelle ist abhängig von der Lage der Valenz- und Leitungsbänder (Energieniveaus) des verwendeten Halbleiters und dem Spektrum der Lichtquelle. Photovoltaikzellen basierend auf Monochristallinem- oder Polychristallinem Silizium wie sie primär für solare Anwendungen eingesetzt werden, zeigen bei den niedrigen Beleuchtungsintensitäten von 100 bis 1000 lux sehr geringe Konversionseffizienzen, sodass Leistungen von weniger als 5 µW cm^-2 bei 200 lux (LED oder Fluoreszenzbeleuchtung) erreicht werden. Insbesondere die ohnehin schon geringe offene Klemmenspannung der meisten Zelltypen von etwa 600 mV bei solarer Bestrahlung (1000 W/m²) nimmt bei den geringen Lichtintensitäten aufgrund steigender Rekombinationsverluste weiter deutlich ab. Beispiele für geeignete Photovoltaiksysteme sind amorphes Silizium (a-Si), Galliumarsenid (GaAs), organische Halbleiter auf Basis von Donor-Akzeptorsystemen, Organo-Perowskitsolarzellen,
Für Kunstlicht- und Schwachlichtanwendungen wird insbesondere amorphes Silizium (a-Si) eingesetzt, zumeist auf Glas-Substraten als Trägermaterial oder auch auf Kunststoffsubstraten. Typische Flächenbezogene Leistungen von a-Si Modulen betragen 4 bis 5 µW cm^-2 bei 200 lux (LED oder Fluoreszenzbeleuchtung). Typische Modulgrößen liegen zwischen wenigen Quadratzentimetern bis zu einigen zehn Quadratzentimetern.
Bei Schwachlicht kann auch Galliumarsenid (GaAs) eingesetzt werden, mit welchem Leistungen von 15 µW cm² bei 200 Ix erreicht werden können. Wegen der komplexen Vakuum- und Lift-off Prozessschritte bei der Verarbeitung von GaAs ist diese Technologie jedoch sehr kostenintensiv. Aufgrund des Kostenvorteils sind auch bei Schwachlicht Module aus a-Si bevorzugt. In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden sog.
Farbstoffsolarzellen für Schwachlichtanwendungen eingesetzt, die bei 200 lux eine flächenbezogene Leistung von ca. 15 µW cm² erreichen können.
Ein weiteres geeignetes System für Kunstlichtanwendungen ist die Photovoltaik auf Basis von organischen Halbleitern. Das Donor-Akzeptorsystem wird aus einem Gemisch aus mindestens zwei Materialien mit unterschiedlichen Energieniveaus gebildet. Durch Auswahl der Energieniveaus HOMO (Highest occupied moelcular orbital) und LUMO (lowest unoccupied molecular orbital) ist eine Anpassung des Materialsystems an die Lichtquelle und somit eine Erhöhung der Energieausbeute, möglich. Die Schichtsysteme für die organische Photovoltaik können sowohl durch vakuumbasierte Verfahren als auch durch Aufbringen aus Lösung auf einem Trägersubstrat abgeschieden werden. Dabei bietet die lösungsmittelbasierte Herstellung einen klaren Kostenvorteil bei einer großvolumigen Produktion. Für mögliche Schwachlichtanwendungen wurden im Bereich der organischen Photovoltaik bisher primär für solare Anwendungen konzipierte Halbleitermaterialien und Zelleaufbauten verwendet. In eigenen Experimenten konnten wir bisher flächenbezogene Leistungen von maximal 8.5 µW cm^-2 bei 200 lux mit Fulleren-basierten Donor-Akzeptor Systemen erzielen.
Sogenannte Organo-Perowskitsolarzellen können ebenfalls in Anwendungen unter Kunst- und Schwachlichtbeleuchtung eingesetzt werden. Chen et al. Adv. Funct. Mater. 2015, 25, 7064-7070 konnten bei Beleuchtungsstärken von 100 Ix bereits Leistungen von mehr als 6 µW cm² erreichen.
Ein wichtiges Kriterium für die Eignung von Photovoltaikmodulen für geringe Lichtintensitäten ist die Größe des Flächenbezogenen Parallelwiderstandes. Es wurde gezeigt, dass ein Parallelwiderstand von mehr als 85 KOhmcm² erforderlich ist, um bei Beleuchtungsstärken von 1000 Ix hohe Konversionseffizienzen zu erzielen. Im Gegensatz dazu ist für Solare Anwendungen mit Beleuchtungsstärken von bis zu 1000 W/cm² ein Parallelwiderstand von 1 KOhmcm² hinreichend. (Steim et al. Solar Energy Materials and Solar Cells, v.95, no.12, 2011 Dec, p.3256(6) (ISSN: 0927-0248)).
In einer möglichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das photovoltaische Flächenelement in den Beschlag oder in ein Teilelement des Beschlags integriert. Diese Elemente, insbesondere von elektronischen Beschlägen, sind in Form von Spritzgusselementen ausgeführt. Für eine Kosteneffiziente Integration in den Herstellungsprozess hatte sich als geeignet erwiesen, dass Photovoltaikmodul schon während des Spritzgußprozesses in das Element einzuarbeiten. Diese Ausführungsform sind insbesondere flexible Photovoltaikmodule auf der Basis von Polyestersubstraten geeignet.
Diese können in einem Spritzgussprozess durch einlegen des Photovoltaikmoduls direkt in das Spritzgußwerkzeug in den Beschlag oder die Blende des Beschlages integriert werden. In den Teilbereichen in denen das Photovoltaikmodul eingelegt ist, wird transparentes Spritzgußmaterial ausgewählt.
Elektronische Schließsysteme beruhen auf der Funkkommunikation mit dem Schlüssel und auch mit dem Sender für die Fernwartung. In der weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das photovoltaische Flächenelement in Kombination mit einem Funksensor, welcher den Antrieb des Riegels oder die Freigabe des Türknaufs oder der Klinke steuert, verwendet wird. In dieser Kombination hatte sich als besonders bevorzugt erwiesen, wenn das photovoltaische Flächenelement in Form einer Folie eingesetzt wird. Es wurde festgestellt, dass im Gegensatz zu Photovoltaikmodulen auf der Basis von Metallsubstraten die Abschirmung der Antenne des Funkmoduls deutlich geringer ist und eine Funkübertragung durch die Photovoltaikfolie hindurch möglich ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden über das photovoltaische Flächenelement auch weitere elektrische oder elektronische Systeme, die auf oder innerhalb des Türelements angeordnet sind, mit Strom versorgt. Bei derartigen weiteren Verbrauchern handelt es sich beispielsweise um elektronische Displays auf der Tür. Um diese weiteren Verbraucher mit Strom versorgen zu können, weist die Türanordnung zwischen dem photovoltaischen Flächenelement und dem weiteren Verbraucher geeignete Verbindungen auf, beispielsweise elektrisch leitfähige Kontaktstreifen.
Für den energieautarken Betrieb oder die Laufzeitverlängerung von elektronischen Schließsystemen ist es erforderlich, zusätzlich zum photovoltaischen Flächenelement einen wieder aufladbaren Speicher und ggf. auch ein Primärspeicher für einen Basisbetrieb vorzusehen. In einer solchen Ausgestaltung kann die Steuerung über ein Batteriemanagementsystem erfolgen. Geeignete Lademanagementsysteme sind aus dem Stand der Technik bekannt. Diese Lademanagementsysteme können die elektrische Spannung des Photovoltaikmoduls über die Spannung des Speichers erhöhen, sodass ein Stromfluß in den Speicher und entsprechen ein Ladevorgang stattfindet. Die entsprechende Einheit wird als Boost-Konverter bezeichnet. Für den Fall, dass bei besonders starker Beleuchtung die elektrische Spannung den Grenzwert des Speichers übersteigt, wird ein sogenannter Buck-Konverter eingesetzt. Diese begrenzt die elektrische Spannung. Da sowohl Buck- als auch Boost Konverter einen Eigenverbrauch haben, ist es anzustreben, dass Photovoltaikmodul so zu dimensionieren, dass die elektrische Spannung in den typischen Anwendungssituationen nicht aktiv geregelt werden muss. Weitere Elemente der Ladeschaltung sind Spannungswandler die nach dem Speicher die geeignete Spannung für den Verbraucher bereitstellen. Um sicherzustellen, dass für den Schließvorgang ausreichend hohe Ströme von mehreren 10mA geliefert werden, ist es erforderlich, geeignete Speichertypen Besonders geeignet sind die Speichertypen sogenannte Goldcaps oder Supercaps sowie Lithium Eisen Phosphat Akkumulatoren Diese Energieversorgungseinheit kann aus einer separaten Platine mit Energy Harvesting Schaltung und Sekundärspeicher in die Kappe des Knaufs der Schließvorrichtung integriert werden und wird vorzugsweise über mechanische Druckkontakte oder über Kabel mit der Hauptplatine verbunden.
Neben dem elektrischen Schliesssytem kann das Türelement der vorliegenden Erfindung noch weitere Geräte und Anwendungen, die Strom für ihren Betrieb benötigen, aufweisen. Bespiele für derartige Geräte und Anwendungen sind elektronische Displays, wie sie z.B. für Raumbuchungssysteme verwendet werden, Kamerasysteme für die Zutrittskontrolle sowie Sensorsysteme für die Messung von Vibration, Temperatur, Luftfeuchte, Kohlendioxid, Infrarotstrahlung und Reflexion, Beleuchtungsstärke usw. Sensorsysteme einschließlich Funkmodul können ebenfalls über das photovoltaische Flächenelement mit Energie (Strom) versorgt werden.
Beispiele für mögliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den beigefügten Figuren dargestellt. Es zeigen

1 eine Türanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem photovoltaischen Flächenelement,
2 eine weitere Türanordnung, in welcher das Türblatt ein Sichtfenster aufweist,
3 einen Ausschnitt aus einer Türanordnung mit dem Türgriff,
4 alternative Ausgestaltung nach 3
5 eine Türanordnung mit mehreren photovoltaischen Flächenelementen
6 einen möglichen Aufbau eines organischen photovoltaischen Flächenelements
7 photovoltaisches Element mit Ladeelektronik, Speicher, Sensoren und Funkmodul, sowie zusätzlicher integrierter Leitungen für den Anschluß weiterer Kleingeräte
8 Türelement mit photovoltaischem Flächenelement und stromverbrauchenden Komponenten.

In 1 ist eine erfindungsgemäße Türanordnung 1 dargestellt, die einen feststehenden Rahmen 2 und ein bewegliches Türelement 3 aufweist. Das bewegliche Türelement 3 zeigt in dieser Ausgestaltung ein Türblatt, in welches ein photovoltaisches Flächenelement 4 eingearbeitet ist. Das photovoltaische Flächenelement erstreckt sich als Streifen von der oberen Kante bis zur unteren Kante des Türblatts und weist eine Breite auf, die etwa der Breite des Beschlags 5 des Türschlosses entspricht. Die Integration der Photovoltaikfolie in das Türblatt hat den Vorteil, dass eine größere Fläche genutzt werden kann und somit mehr Energie zur Verfügung steht. In der in 5 dargestellten Ausführungsform weist das Türblatt 3 mehrere Flächenelemente 4 auf.
In der in 2 dargestellten Türanordnung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung weist das bewegliche Türelement 3 ein Glaselement 6 auf. Ein wesentliches Element von Türen mit einer Glasscheibe oder Glastüren ist, dass diese transparent sind. In der hier dargestellten Ausführungsform ist das photovoltaische Flächenelement 4 als semitransparentes Photovoltaikmodul ausgestaltet.
Die 3 und 4 zeigen Ausgestaltungen, in denen das photovoltaische Flächenelement in den Drehknauf 7 oder in den Beschlag 5 integriert ist.
Elektronische Schließsysteme sind oftmals direkt in den Drehknauf 7 integriert. Die Fläche für die Integration eines photovoltaischen Moduls ist in der in 3 dargestellten Ausgestaltung auf die Mantelfläche und die Kappe des Knaufs 7 begrenzt, während in 4 die Fläche des Beschlags 5 genutzt wird.
Üblicherweise liegt der Energiebedarf für den Betrieb eines Schließsystems zwischen 0.5 und 10 mWh pro Tag. Die nutzbare Fläche eines Beschlages (3-4cm breit, 5 bis 10 cm lang) beträgt etwa 15 bis 40 cm². Beispielsweise beträgt die erforderliche Leistung eines Photovoltaikmoduls bei 0.5 mWh, 8-stündiger Beleuchtung und einer verfügbaren Fläche von 15cm² ca. 4.2 uW/cm².
Der Durchmesser beträgt ca. 3 cm und die Länge des Zylinders ca. 4 cm. Daraus ergibt sich eine nutzbare Mantelfläche von ca. 37 cm².
Der Energieverbrauch elektronischer Schließsysteme für einen Schließvorgang liegt üblicherweise zwischen 0.015 und 0,025 mWh. Hinzu kommt Ruheenergieverbrauch pro Tag, der in einem ähnlichen Bereich liegt. Ein erfindungsgemäß verwendetes flexibles Photovoltaikmodul generiert bei 200 Ix Beleuchtung mit Kunstlicht 5 uW/cm². Bei einer Beleuchtungsdauer von 8 Stunden an ist die Energie bei Photovoltaikfläche von 30cm² für mehr als 70 Schließzyklen ausreichend. Selbst bei weniger effizienten Schließsystemen und ggf. ungünstigeren Beleuchtungsbedingungen wird durch Integration einer Photovoltaikfolie in das Schließsystem ein signifikanter Energiebeitrag geleistet und entweder ein vollständig autarker Betrieb, oder eine signifikante Laufzeitverlängerung erreicht werden kann.
Um eine höhere Ausgangsspannung, als die Einzelzelle zu erreichen, können Dünnschicht-Photovoltaikmodule durch eine Strukturierung der Schichten elektrisch seriell miteinander verschaltet werden. Eine möglichst gleichmäßige Beleuchtung der einzelnen Zellelemente ist von Vorteil, da der Gesamtstrom des Moduls durch den geringsten Strom eines Zellelementes beeinflusst wird. Eine gleichmäßige Beleuchtung der Mantelfläche des Türknaufs ist nicht in allen Fällen gegeben. Voraussichtlich ist aufgrund der unterschiedlichen Reflexionen des Lichtes an Türrahmen, Fußboden und Decke eine Variation der Lichtintensität auf der Mantelfläche zu erwarten. Eine starke Schwankung auf der Längsachse des Türknaufes ist weniger zu erwarten. Aus der erwarteten Variation der Beleuchtungsintensität und deren Einfluss auf den Modulwirkungsgrad ergibt sich eine bevorzugte Einbauorientierung des Photovoltaikmoduls. In dieser bevorzugten Orientierung erfolgt die Verschaltung der Einzelzellen zu einem Modul auf dem Umfang des Zylinders. Entsprechend sind die Einzelzellen in Ringform um den Zylinder ausgeführt. Die Länge des Moduls wird so gewählt, dass Anfang und Ende sich Überlappen, bzw. aneinanderstoßen.
Um das photovoltaische Flächenelement vor Beschädigungen zu schützen, kann es von einem Transparenten Zylinder aus Glas, oder Kunststoff abgedeckt werden.
Ein bevorzugter Aufbau eines organischen Photovoltaik-Moduls 4 für die Energieversorgung von erfindungsgemäßen Schließsystemen ist in 6 dargestellt. Das Modul 4 weist ein Substrat 8 aus einem flexiblen Polyethylenterephthalat (PET) auf, welches mit einer transparenten Mehrfachschichtelektrode 9 beschichtet ist. Die Elektrode 9 besteht aus einem Metalloxid/Metall Schichtaufbau, was eine hohe mechanische Flexibilität gewährleistet. Als Injektionsschicht 10 für Elektronen werden beispielsweise Zinkoxid Nanopartikel verwendet. Typische organische Halbleitermaterialien sind P3HT (Poly-3-Hexylthiphen) und ([6,6]-Phenyl-C₆₁ Buttersäuremethylester)- C₆₀-PCBM als Akzeptor 11. Typische Löcherkontaktschichten 12 sind Poly(3,4-ethylenedioxythiophen):Polystyrolsulfonat (PEDOT:PSS). Als transparente leitfähige Elektrode 13 dient eine Beschichtung aus Silbernanodrähten. Der Lichteinfall 14 erfolgt von beiden Seiten.
In den 7 und 8 sind weitere mögliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Durch die Integration zusätzlicher stromführender Leitungen in das Photovoltaikmodul kann die gespeicherte Energie den Kleingeräten zur Verfügung gestellt werden. Diese können somit entlang des Photvoltaikmoduls angeordnet werden. Die in dargestellte Anordnung besteht aus einem Photovoltaikmodul 4 sowie einem Gehäuse 15 in welchem die elektronischen Komponenten für das Ladeelektronik (Energy harvesting circuit) 16, das Funkmodul einschließlich Sensor 17 sowie ein Energiespeicher 18 enthalten sind. Der Anschluß des Photovoltaikmoduls an die Ladeelektronik erfolgt über die Stromführenden Leitungen 19 und 20. Die gespeicherte Energie kann nach Spannungsanpassung durch das Ladeelektronik weiteren Kleingeräten zur Verfügung gestellt werden. Diese Kleingeräte können durch weitere stromführende Leitungen 8, die in das Photovoltaikmodul integriert sind, versorgt werden.
7 zeigt eine bewegliches Türelement 3, dass weitere elektronische Geräte 22, 23 aufweist, die über das Photovoltaikmodul 4 mit Strom versorgt werden. Beispiele für elektronische Geräte sind Kameras, elektronische Displays, Sensorsysteme, Leuchtmittel, usw. In dieser Anordnung ist das Ladeelektronik 16 in einem separaten Gehäuse integriert. In einer weiteren Ausgestaltung kann die Ladeelektronik 16 auch in einem der elektronischen Geräte integriert werden. Die Komponenten 22, 23 können eine Kamera, ein Sensormodul oder auch ein elektronisches Display sein. Als elektronische Displays sind beispielsweise sogenannte e-Paper-Displays geeignet. Das elektronische Schloß wird über zusätzlichen Leitungen (hier nicht dargestellt) des Energieversorgungssystems mit Strom versorgt.
Bezugszeichenliste

1: Türanordnung
2: Rahmen
3: bewegliches Türelement
4: photovoltaisches Flächenelement
5: Beschlag
6: Glasscheibe
7: Drehknauf
8: Substrat
9: Mehrfachschichtelektrode
10: Injektionsschicht
11: Akzeptor
12: Löcherkontaktschichten
13: transparente Elektrode
14: Lichteinfall
15: Gehäuse
16: Ladeelektronik
17: Funkmodul mit Sensor
18: Energiespeicher
19, 20: Leitungen
21: Leitungen zu Kleingeräten 22, 23
22, 23: Kleingeräte

Claims

Türanordnung bestehend aus einem feststehenden Rahmen und einem zwischen einer Offen- und einer Schließstellung beweglichen Türelement, mit einem des Türelement in dessen Schließstellung gegenüber dem Rahmen blockierenden Riegel sowie einem elektrischen Antrieb für den Riegel oder einer elektrisch schaltbaren Kupplung zwischen dem Riegel und einer/einem handbetätigbaren Türklinke oder Schließknauf, wobei die elektrische Energieversorgung des Antriebs Bestandteil der Türanordnung ist und ein photovoltaisches Flächenelement umfasst, welches an dem Türelement angeordnet ist.
Türanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Bestandteil des Türelements ein Türblatt ist, und dass das photovoltaische Flächenelement die Fläche des Türblatts zumindest zum Teil bedeckt.
Türanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Türblatt zumindest teilweise lichtdurchlässig ist und dass photovoltaische Flächenelement semitransparent ist.
Türanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Bestandteile des Türelements der Beschlag und Knauf sind, und dass das photovoltaische Flächenelement in den Beschlag und/oder Knauf integriert ist.
Türanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das photovoltaische Flächenelement ausgewählt ist aus flexiblen Dünnfilm-Photovoltaikmodulen oder Photovoltaikmodulen mit Glas als Trägermaterial.
Türanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das photovoltaische Flächenelement Halbleiter auf Basis von amorphem Silizium, organischer Halbleiter oder Perowskit-Halbleiter aufweist.
Türanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das der Antrieb für den Riegel mittels eines Funksensors betrieben wird.
Türanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass diese elektronische Geräte aufweist, die über das photovoltaische Flächenelement mit Energie versorgt werden.
Photovoltaisches Energieversorgungssystem umfassend ein photovoltaisches Flächenelement, Ladeelektronik, elektrischer Energiespeicher mit Anschlüssen zur elektrischen Energieversorgung von elektrischen Schließsystemen.
Photovoltaisches Energieversorgungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Funkmodul und Sensoren aufweist.