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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Front- und einer Heckscheibe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Die
DE 102 47 856 A1 offenbart bereits auf ein Karosserieteil aufgebrachte Dünnschicht-Solarzellen. Das Karosserieteil kann beispielsweise ein Dach, ein Kofferraumdeckel, ein Kotflügel, eine Tür oder ein Stoßfänger sein.
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Die
DE 198 52 184 A1 beschreibt eine Front- oder Heckscheibe für Kraftfahrzeuge, die einstückig einen Sichtbereich und einen daran anschließenden Dachbereich bildet, wobei der Dachbereich mit Solarzellen versehen ist.
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Aus der
DE 10 2010 004 831 A1 ist ein Fahrzeug mit einer Verbundsicherheitsglasscheibe bekannt, die mit einem transparenten Solarmodul oder einer transparenten Solarfolie versehen ist. Die Verbundsicherheitsglasscheibe kann die Front- oder Heckscheibe oder eine Seitenscheibe des Fahrzeugs bilden.
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In der
DE 10 2006 016 015 A1 wird eine Scheibe im Heckbereich eines Kraftfahrzeugs offenbart, die wenigstens in einem Teilbereich ein teiltransparentes Solarmodul aufweist. Insbesondere kann beispielsweise das obere Drittel der Scheibe mit dem Solarmodul bedeckt sein.
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Aus der
US 4,153,813 B ist eine Solarzelle bekannt, die unter einem lichtdurchlässigen Element angeordnet ist, das eine aufgeraute Oberfläche aufweist, die in einem flachen Winkel auf die Oberfläche auftreffende Sonnenstrahlen zur Solarzelle hin umlenkt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kraftfahrzeug mit einer möglichst effektiven Anordnung von Solarmodulen zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird mit einem Kraftfahrzeug mit einer Front- und einer Heckscheibe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß weist ein Kraftfahrzeug eine Front- und eine Heckscheibe auf, an denen vollflächig jeweils zumindest ein Solarmodul angeordnet ist. Dabei ist das zumindest eine an der Frontscheibe angeordnete Solarmodul zumindest im direkten Sichtbereich des Fahrers transparent, während an der Heckscheibe das zumindest eine Solarmodul teiltransparent ist. Ein transparentes Solarmodul im Sinne dieser Erfindung weist eine Lichtdurchlässigkeit von mindestens 80% auf. Der direkte Sichtbereich der Frontscheibe weist also eine Lichtdurchlässigkeit von mindestens 80%, besser noch von mindestens 95% auf. Die Durchsicht durch die Frontscheibe ist somit für den Fahrer so gut wie nicht beeinträchtigt, sodass das Kraftfahrzeug sicher vom Fahrer gesteuert werden kann.
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Transparente Solarmodule bestehen üblicherweise aus sogenannten Dünnschicht-Solarmodulen. Solche Dünnschicht-Solarmodule werden meist durch Abscheiden aus der Gasphase direkt auf ein Trägermaterial aufgebracht. Als Trägermaterial kann in diesem Fall eine Glasscheibe der Frontscheibe dienen, die als Verbundsicherheitsglasscheibe aus zumindest zwei Glasscheiben besteht, die miteinander verbunden sind. Solche aufgedampften Dünnschicht-Solarmodule weisen eine hohe Lebensdauer auf und zeigen langfristig stabile Wirkungsgrade, die aber deutlich unter dem Wirkungsgrad kristalliner, nicht transparenter Silizium-Solarzellen liegen. Dabei ist der Wirkungsgrad umso geringer, desto dünner die Solarschicht ist, und desto transparenter diese damit ist.
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Die Heckscheibe weist zumindest ein teiltransparentes Solarmodul auf. Damit weist die Heckscheibe eine leichte Abdunkelung auf, wie sie von üblichen Sonnenschutzverglasungen her bekannt ist. Teiltransparente Solarmodule im Sinne dieser Erfindung weisen eine Lichtdurchlässigkeit zwischen 50% und 80% auf. Damit weist das zumindest eine teiltransparente Solarmodul an der Heckscheibe eine höhere Stromausbeute auf als das zumindest eine transparente Solarmodul an der Frontscheibe im direkten Sichtbereich.
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Die Kombination aus einem transparenten Solarmodul an der Frontscheibe im direkten Sichtbereich und einem teiltransparenten Solarmodul an der Heckscheibe ermöglicht eine maximale Stromausbeute bei gleichzeitiger Erfüllung der Anforderungen an die Durchsicht einer Frontscheibe. Insbesondere bei modernen elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen oder elektrischen Plug-in-Hybrid-Kraftfahrzeugen gibt es im Moment zahlreiche Bestrebungen, die elektrische Reichweite zu erhöhen und den ökologischen Fußabdruck so gering wie möglich zu halten. Dazu zählt auch, möglichst viel regenerativen Strom zum Fahren zu verwenden. Die Anordnung transparenter Solarmodule im direkten Sichtbereich der Frontscheibe und teiltransparenter Solarmodule an der Heckscheibe dienen als zusätzliche, regenerative Stromquelle und erhöhen somit die elektrische Reichweite des Kraftfahrzeugs.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zusätzlich an den hinteren Seitenscheiben vollflächig jeweils zumindest ein Solarmodul angeordnet, das teiltransparent ist. Idealerweise ist an den vorderen Seitenscheiben vollflächig jeweils mindestens ein transparentes Solarmodul angeordnet. Diese zusätzlichen Solarmodule erhöhen die mit dem Fahrzeug erzielbare Stromausbeute aus Solarmodulen. Hierbei sind analog zur Frontscheibe an den vorderen Seitenscheiben transparente Solarmodule vorgesehen, die die Durchsicht praktisch nicht einschränken, während an den hinteren Seitenscheiben teiltransparente Solarmodule verwendet werden können, deren Wirkungsgrad höher als bei den transparenten Solarmodulen ist.
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Bevorzugt sind die an den direkten Sichtbereich der Frontscheibe angrenzenden Bereiche mit zumindest einem teil- oder nicht transparenten Solarmodul bedeckt. Der umlaufende Rand der Frontscheibe der meisten heutigen Fahrzeuge weist einen schwarzen Aufdruck auf, damit die darunterliegende Kleberaupe nicht sichtbar ist, mit der die Frontscheibe umlaufend mit der Karosserie des Kraftfahrzeugs verklebt ist. Anstelle dieses sogenannten Schwarzdrucks kann beispielsweise dieser Randbereich mit einem nicht transparenten Solarmodul bedeckt werden.
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Günstigerweise ist zusätzlich ein Glasschiebedach oder ein Glaspanoramadach des Kraftfahrzeugs vollflächig mit teiltransparenten Solarmodulen mit einer Lichtdurchlässigkeit von weniger als 60% bedeckt. Bei einem Glasschiebedach oder einem Glaspanoramadach reicht es aus, wenn das Dach eine solche Lichtdurchlässigkeit aufweist, die das Raumgefühl der Passagiere bzw. die gefühlte Offenheit nicht beeinträchtigt. Hierfür sind erfahrungsgemäß Lichtdurchlässigkeiten zwischen 30% und 60% ausreichend.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sind ein Dach, eine Frontklappe, ein Kofferraumdeckel, ein Kotflügel, ein Körper einer Seitentür und/oder ein Stoßfänger des Kraftfahrzeugs mit Solarmodulen bedeckt. Diese zusätzlichen Solarmodule erhöhen die Stromausbeute, die noch weiter gesteigert werden kann, wenn hierfür nicht transparente Solarmodule verwendet werden.
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Zumindest eine der Fahrzeugkomponenten, an denen zumindest ein Solarmodul angeordnet ist, weist eine solche Ausrichtung auf, dass das Licht beziehungsweise die Sonnenstrahlen nur in einem relativ flachen Winkel auftreffen. Bei in einem flachen Winkel auftreffenden Licht besteht die Gefahr, dass ein Teil des Lichts an der Oberfläche reflektiert wird. Auch ist der Wirkungsgrad der Solarmodule umso höher, je lotrechter das Licht auf die Solarmodule auftrifft. Vorteilhafterweise ist vor den Solarmodulen auf der Fahrzeugaußenseite zumindest eine transparente Prismenstruktur angeordnet, die in einem flachen Winkel einfallendes Licht so umlenkt, dass es in einem größeren Winkel auf die Solarmodule auftrifft.
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Bei starker Sonneneinstrahlung erhitzt sich der Innenraum eines geparkten Kraftfahrzeugs in hohem Maße. Die anschließende Kühlung des Innenraums beim Fahrtbeginn auf eine als angenehm empfundene Temperatur benötigt viel Energie. Um bereits die Aufheizung des Innenraums zu reduzieren, weisen die Solarmodule günstigerweise eine geringe Wärmeleitung und/oder eine hohe Wärmereflektion auf.
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Wärmeleitung - auch Wärmediffusion oder Konduktion genannt - ist ein Mechanismus zum Transport von thermischer Energie. Wärme fließt dabei - gemäß dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik - immer nur in Richtung geringerer Temperatur. Durch den Einsatz entsprechend isolierender Solarmodule wird die Wärmeleitung gering gehalten.
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Ein potentiell weiterer Energieverlust erfolgt bei der Wandlung der hohen Batteriespannung in einem DC/DC-Spannungswandler auf die benötigte niedrigere Spannung für das Klimaaggregat. Zur Vermeidung dieses Energieverlusts ist günstigerweise zumindest ein Solarmodul elektrisch direkt mit der Klimaanlage verbunden, sodass keine Spannungswandlung erforderlich ist.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, anhand dessen die Erfindung im Folgenden näher beschrieben wird. Die einzelnen Figuren zeigen in schematischer Darstellungsweise:
- 1 zwei verschiedene Perspektiven eines erfindungsgemäßen Personenkraftfahrzeugs,
- 2 eine Seitenansicht eines alternativen Personenkraftfahrzeugs,
- 3 einen schematischen Schnitt durch einen unteren Abschnitt einer Seitentür eines Personenkraftfahrzeugs mit einem Solarmodul und einer davor angeordneten Prismenstruktur und
- 4 eine vergrößerte Detailansicht der in 3 gezeigten Prismenstruktur.
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In 1 ist ein Personenkraftfahrzeug 2 mit einem Fließheck in zwei verschiedenen Ansichten gezeigt. Das Personenkraftfahrzeug 2 weist eine Frontscheibe 4 und vordere Seitenscheiben 6 auf, die jeweils vollflächig mit transparenten Solarmodulen bedeckt sind. Diese transparenten Solarmodule weisen eine Lichtdurchlässigkeit von mehr als 80% auf, sodass sie die Sicht des Fahrers nicht beeinträchtigen. Die Heckscheibe 8 und die hinteren Seitenscheiben 10 sind jeweils vollflächig mit teiltransparenten Solarmodulen mit einer Lichtdurchlässigkeit von ca. 60% bedeckt. Dies entspricht einer Abdunkelung der Heckscheibe 8 und der hinteren Seitenscheiben 10, wie sie in etwa bereits von Sonnenschutzverglasungen her bekannt ist. Dabei sind die vorderen Seitenscheiben 6 Bestandteil der vorderen Seitentüren und die hinteren Seitenscheiben 10 Bestandteil der hinteren Seitentüren des Personenkraftfahrzeugs 2. Zusätzlich sind auf dem Fahrzeugdach 12 und auf der Frontklappe 14 nicht transparente Solarmodule aufgebracht.
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Alle Solarmodule zusammen erzeugen bei Lichteinfall Strom, der zum Aufladen der Fahrzeugbatterie verwendet werden kann. Zudem weisen die Solarmodule eine direkte elektrische Verbindung zu einem elektrischen Klimaaggregat auf, das zur Kühlung des Fahrzeuginnenraums dient. Durch diese direkte Koppelung der Solarmodule mit dem Klimaaggregat ist keine DC/DC-Spannungswandlung zwischen der Fahrzeugbatterie und dem Klimaaggregat erforderlich, solange der von den Solarmodulen zur Verfügung gestellte Strom ausreicht.
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Die erfindungsgemäße Kombination der Anordnung von transparenten, teiltransparenten und nicht transparenten Solarmodulen ermöglicht eine maximale Stromausbeute, ohne die Sicht für den Fahrer nennenswert einzuschränken.
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In der 2 ist eine alternative Anordnung von Solarmodulen an einem Sport Utility Vehicle (SUV) gezeigt. Dabei sind in der 2 alle Bauelemente, die einem Bauelement aus der 1 entsprechen, mit der gleichen Bezugszahl und einem zusätzlichen Apostroph versehen worden. Auch das in 2 gezeigte Personenkraftfahrzeug weist eine Heckscheibe 8' und hintere Seitenscheiben 10' auf, die vollflächig mit teiltransparenten Solarmodulen mit einer Lichtdurchlässigkeit von ca. 60% bedeckt sind. Das Fahrzeugdach 12' und die Frontklappe 14' sind analog zu dem in 1 gezeigten Personenkraftfahrzeug 1 mit nicht transparenten Solarmodulen bedeckt. Allerdings ist die Frontscheibe 4' etwas anders gestaltet: Im direkten Sichtbereich des Fahrers ist die Frontscheibe 4' mit zumindest einem transparenten Solarmodul mit einer Lichtdurchlässigkeit von 80% oder mehr bedeckt. Die Randbereiche 4R' der Frontscheibe 4' dagegen sind mit teiltransparenten Solarmodulen bedeckt.
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Auf diese Weise weist der für die Sicherheit wichtige direkte Sichtbereich des Fahrers eine möglichst hohe Lichtdurchlässigkeit auf, während die Randbereiche 4R', die den Sichtbereich des Fahrers sowieso nicht beeinträchtigen, aufgrund der dort angeordneten teiltransparenten Solarmodule eine etwas geringere Lichtdurchlässigkeit und damit einen höheren Wirkungsgrad als das zumindest eine transparente Solarmodul im direkten Sichtbereich des Fahrers aufweisen. Durch diese Einteilung der Frontscheibe 4' in unterschiedliche Bereiche ist eine weitere Maximierung der Stromausbeute möglich.
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Solarmodule an Seitenscheiben 6, 10, 10' einer Seitentür des Personenkraftfahrzeugs 2 haben den Nachteil, dass Lichtstrahlen L meistens nur in einem relativ flachen Winkel auf diese Solarmodule auftreffen. Dadurch besteht die Gefahr, dass zumindest ein Teil der Lichtstrahlen L an der Oberfläche des Solarmoduls reflektiert statt absorbiert werden. Zur Lösung dieser Problematik kann - wie in 3 und 4 gezeigt - eine Prismenstruktur 20 vor dem auf der Fahrzeugaußenseite des Fahrzeugbauteils 16 des Personenkraftfahrzeugs angeordneten Solarmoduls 18 angebracht sein.
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Die Prismenstruktur 20 weist eine Reihe von annähernd horizontal verlaufenden zahnförmigen Kanten auf, die jeweils eine obere Zahnflanke 20a und eine untere Zahnflanke 20b aufweisen. Die obere Zahnflanke 20a ist dabei so ausgerichtet, dass möglichst viele einfallende Lichtstrahlen L durch sie hindurch in die Prismenstruktur 20 eintreten und auf die untere Zahnflanke 20b auftreffen. Diese wiederum ist so ausgerichtet, dass die durch die obere Zahnflanke 20a eingetretenen Lichtstrahlen L in einem relativ flachen Winkel auf die untere Zahnflanke 20b auftreffen, sodass sie zum Solarmodul 18 hin reflektiert werden und in einem möglichst lotrechten Winkel auf dieses auftreffen. Eine solche Prismenstruktur 20 ermöglicht es also, einen Großteil der in einem flachen Winkel zum Solarmodul 18 auftreffenden Lichtstrahlen L so abzulenken, dass es kaum zu unerwünschten Reflektionen kommt und die Lichtstrahlen bestmöglichst vom Solarmodul 18 aufgenommen werden können. Dies erhöht die Stromausbeute des Solarmoduls 18.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Personenkraftfahrzeug
- 4, 4'
- Frontscheibe
- 4R'
- Randbereich
- 6
- vordere Seitenscheibe
- 8, 8'
- Heckscheibe
- 10, 10'
- hintere Seitenscheibe
- 12, 12'
- Fahrzeugdach
- 14, 14'
- Frontklappe
- 16
- Fahrzeugbauteil
- 18
- Solarmodul
- 20
- Prismenstruktur
- 20a
- obere Zahnflanke
- 20b
- untere Zahnflanke
- L
- Lichtstrahlen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10247856 A1 [0002]
- DE 19852184 A1 [0003]
- DE 102010004831 A1 [0004]
- DE 102006016015 A1 [0005]
- US 4153813 [0006]
