DE19512564A1 - Solarzellenanordnung - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine aus mehreren Solarzellen be­ stehende Solarzellenanordnung zur Erfassung der Beleuchtungs­ stärke und/oder zur Stromversorgung eines elektrischen Geräts.

Die Verwendung von Solarzellen zur Stromversorgung eines Rolladenantriebs ist beispielsweise aus der DE 32 14 235 C3 bekannt. Darüber hinaus wird in der DE 33 04 962 C2 ein Rolladenantrieb beschrieben, bei dem eine als Helligkeits­ sensor eingesetzte Solarzelle zur helligkeitsabhängigen Steuerung des Rolladenantriebs verwendet wird. Allerdings ist dort noch eine zusätzliche Zeitsteuerung mittels einer Schaltuhr vorgesehen, und der Helligkeitssensor dient lediglich zu zusätzlichen Beeinflussung der Steuerung.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Solarzellenanordnung mit den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat gegenüber dem angegebenen Stand der Technik den Vorteil, daß die Solar­ zellenanordnung gleichzeitig drei Funktionen erfüllen kann, indem sie zur Stromversorgung, zur Helligkeits­ steuerung und zur sonnenstandsabhängigen Steuerung ver­ wendet wird. Die letztere Funktion führt dazu, daß auf eine Schaltuhr auch vollständig verzichtet werden kann, da durch die Erfassung des Sonnenstandes, der tageszeit­ abhängig ist, eine zeitabhängige Steuerung direkt möglich ist. Dabei entfallen automatisch die mit Schaltuhren in Verbindung stehenden Probleme, wie Zeitumstellung und Gangungenauigkeit. Beispielsweise bei einer Rolladen­ antriebssteuerung oder einer sonstigen Steuerung für eine Verdunkelungsvorrichtung können verschiedene Rolläden bzw. Verdunkelungsvorrichtungen an unterschiedlichen Hausseiten durch eine einzige Solarzellenanordnung versorgt und zeit­ abhängig auch in unterschiedlicher Weise gesteuert werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Solarzellenanordnung möglich.

Die Abschirmelemente sind zweckmäßigerweise als aus der Ebene der Solarzellenanordnung hochstehende Abschirm­ wandungen oder -stege ausgebildet, wobei nicht zuletzt die Höhe dieser Abschirmelemente die sonnenstandsabhängige Verteilung der Sonneneinstrahlung auf die einzelnen Solar­ zellen bestimmt.

In einer bevorzugten Ausführung sind die Abschirmelemente zwischen den einzelnen Solarzellen angeordnet und er­ strecken sich vorzugsweise sternförmig von einem Mittel­ punkt nach außen hin. Dabei haben sich vier rechteck­ förmige Solarzellen als günstigste Anordnung herausge­ stellt.

Die Ebene der Solarzellenanordnung kann horizontal oder vertikal ausgerichtet sein, wobei selbstverständlich in Abhängigkeit dieser Ausrichtung die Zuordnung der erfaßten Signale zum Sonnenstand hergestellt werden muß.

Zur Auswertung eignet sich eine Recheneinheit zur Be­ stimmung des Sonnenstandes in Abhängigkeit der Signale der einzelnen Solarzellen. Dabei ist zweckmäßigerweise eine Signalkombinationen als Funktion der Sonnenstände gespeicherte Speichereinrichtung vorgesehen, wobei die Signalkombinationen vorzugsweise als Kennfelder gespei­ chert sein können.

Zur Stromversorgung wird der elektrische Strom von allen Solarzellen einer Stromversorgungseinrichtung zugeführt.

Als Verbindungselement zu einem sonnenstandsabhängig zu steuernden elektrischen Gerät eignet sich eine Schalt­ einheit, die die Funktionen des elektrischen Geräts in Ab­ hängigkeit des Sonnenstandes und der Beleuchtungsstärke steuert. In einer bevorzugten Anwendung ist das solar­ gesteuerte elektrische Gerät als Steuergerät für die Bewegungen einer Verdunkelungsvorrichtung ausgebildet.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer aus vier recht­ eckigen Solarzellen bestehenden Solarzellen­ anordnung, die von der Sonne bei einem ersten Sonnenstand angestrahlt wird,

Fig. 2 dieselbe Solarzellenanordnung bei einer An­ strahlung durch die Sonne bei einem zweiten Sonnen stand und

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer mit der Solarzellenanordnung verbundenen Auswerte­ einrichtung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die in den Fig. 1 und 2 als Ausführungsbeispiel darge­ stellte Solarzellenanordnung 10 besteht aus vier recht­ eckigen Solarzellen 11-14, die quadrantenartig anein­ ander anstoßend in einer Ebene angeordnet sind. Zwischen den einzelnen Solarzellen 11-14 erheben sich senkrecht aus der Ebene hochstehende Abschirmwandungen 15, die fensterkreuzartig ausgebildet sind, das heißt, vier Wand­ elemente der Abschirmwandungen 15 erstrecken sich von einem Mittelpunkt aus sternförmig nach außen.

In Fig. 1 ist die Bestrahlung bei einem bestimmten ersten Sonnenstand dargestellt. Bei diesem Sonnenstand ist die Solarzelle 12 ganz beleuchtet, während die Sollarzellen 11 und 14 jeweils etwa zur Hälfte bestrahlt sind, da die Abschirmwandungen 15 einen entsprechenden Schatten werfen. Die Solarzelle 13 ist nur zu einem sehr kleinen Teil be­ strahlt, beispielsweise 2% ihrer Fläche, da sie von zwei Wandelementen abgeschirmt wird. Die von der Sonne be­ strahlten Flächen sind jeweils schraffiert dargestellt.

In Fig. 2 erfolgt die Bestrahlung der Solarzellenanordnung 10 bei einem anderen Sonnenstand. Bei diesem Sonnenstand sind die Solarzellen 12 und 14 ganz bestrahlt, während die Solarzellen 11 und 13 jeweils zu etwa einem Viertel be­ strahlt sind.

Die Beschreibung dieser beiden Sonnenstände zeigt, daß sich bei jedem Sonnenstand das Verhältnis der Sonnen­ einstrahlung auf die einzelnen Solarzellen ändert. Dadurch kann jedem Verhältnis der Sonneneinstrahlung bzw. jedem Verhältnis von dadurch erzeugten elektrischen Strömen in den Solarzellen 11-14 ein bestimmter Sonnenstand zuge­ ordnet werden.

In Fig. 3 ist schematisch eine Auswerteschaltung für die in der Solarzellenanordnung 10 erzeugten Ströme darge­ stellt. Die in den vier Solarzellen 11-14 erzeugten Ströme werden einem Analog-/Digital-Wandler 16 zugeführt, der diese Ströme in entsprechende Zahlenwerte umwandelt.

Gleichzeitig wird die Summe der Ströme bzw. Spannungen einer nicht dargestellten Stromversorgungseinrichtung zu­ geführt, die zur Stromversorgung eines nicht dargestellten elektrischen Geräts dient und beispielsweise einen Lade­ strom bzw. eine Ladespannung für eine Versorgungsbatterie zur Verfügung stellt.

Die von der jeweiligen Sonneneinstrahlung auf die einzel­ nen Solarzellen 11-14 abhängigen Zahlenwerte werden dann einer Recheneinheit 17 zugeführt, die beispielsweise als Mikrocomputer ausgebildet sein kann. Die den jeweiligen Zahlenwertkombinationen zugeordneten Sonnenstände sind entweder als Kennfelder gespeichert oder werden anhand eines Algorithmus berechnet. Zum Einspeichern der Kenn­ felder können beispielsweise sequentiell Zahlenwert­ kombinationen eingespeichert und jeweils gemessenen Sonnenständen zugeordnet werden, die ebenfalls als Zahlen­ werte eingespeichert werden.

Das Ausgangssignal der Recheneinheit 17 ist ein sonnen­ standsabhängiges Signal, das einer Schalteinheit 18 zuge­ führt wird. Diese Schalteinheit 18 besitzt eine Bedie­ nungstastatur 19 oder sonstige Einstellelemente, durch die ein ausgangsseitiges Schaltsignal S in Abhängigkeit von gewünschten Sonnenstandsbereichen erzeugt werden kann. Selbstverständlich können auch mehrere Schaltausgänge zur Steuerung von verschiedenen elektrischen Geräten vorge­ sehen sein, wobei unterschiedliche Steuerfunktionen vor­ gebbar sind. Beispielsweise können an diese Schalteinheit 18 eine oder mehrere Rolladenantriebssteuerungen ange­ schlossen werden, um die Rolläden oder sonstige Verdunke­ lungsvorrichtungen in Abhängigkeit von vorgebbaren Sonnen­ ständen zu steuern. Die Solarzellenanordnung 10 kann dann beispielsweise innen auf einer Fensterbank eines Fensters in horizontal er Anordnung oder außen vertikal an der Außenwand montiert werden. Da durch die beschriebene Anordnung nicht nur das Verhältnis der Sonneneinstrahlung auf die verschiedenen Solarzellen 11-14 erfaßt werden kann, sondern auch der absolute Wert der gesamten Sonnen­ einstrahlung, können zusätzliche Funktionen in Abhängig­ keit der gesamten Sonneneinstrahlung realisiert werden. Beispielsweise kann durch die Schalteinheit 18 ein be­ stimmtes Schaltsignal zwischen zwei vorgebbaren Sonnen­ ständen erzeugt werden, jedoch nur dann, wenn die gesamte Sonneneinstrahlung über einem vorgebbaren Wert liegt. Hierdurch kann beispielsweise um die Mittagszeit ein Roll­ laden geschlossen werden, jedoch nur dann, wenn eine starke Sonneneinstrahlung vorliegt.

Die Anzahl und Anordnung der Solarzellen 11-14 sowie die der Abschirmwandungen 15 ist selbstverständlich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So­ wohl die Zahl der Solarzellen als auch deren Gestalt kann variieren. Beispielsweise können dreieckförmige Solar­ zellen zwischen sternförmig angeordneten Abschirmwandungen 15 bei gleicher Länge der Wandelemente angeordnet sein. Weiterhin ist es möglich, die Abschirmwandungen zusätzlich oder alternativ auch entlang der Außenkontur der gesamten Solarzellenanordnung anzuordnen. Dabei können einzelne Wandelemente auch unterbrochen sein oder sich nur teil­ weise entlang einer Grenzlinie zwischen zwei Solarzellen oder nur teilweise entlang des Außenumfangs der gesamten Solarzellenanordnung erstrecken. Anstelle von Abschirm­ wandungen können auch andere Abschirmelemente, wie Ab­ schirmstege, Abschirmsäulen od. dgl., treten. Wesentlich dabei ist lediglich, daß in Abhängigkeit des jeweiligen Sonnenstandes die einzelnen Solarzellen in unterschied­ licher Weise bestrahlt werden.

Claims (11)

1. Aus mehreren Solarzellen bestehende Solarzellen­ anordnung zur Erfassung der Beleuchtungsstärke und/oder zur Stromversorgung eines elektrischen Geräts, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonnenlicht je nach Sonnenstand in unterschiedlicher Weise gegenüber den einzelnen Solarzellen (11-14) abschirmende Abschirmelemente (15) vorgesehen sind und daß die in den einzelnen Solarzellen (11-14) durch die Sonneneinstrahlung erzeugten unterschiedlichen Signale einer Auswerteeinrichtung (16, 17) zur Erfassung des Sonnenstandes zuführbar sind.

2. Solarzellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Abschirmelemente (15) als aus der Ebene der Solarzellenanordnung (10) hochstehende Abschirm­ wandungen oder -stege ausgebildet sind.

3. Solarzellenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Abschirmelemente (15) zwischen den einzelnen Solarzellen (11-14) angeordnet sind.

4. Solarzellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Abschirm­ elemente (15) sternförmig von einem Mittelpunkt nach außen hin erstrecken.

5. Solarzellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vier rechteck­ förmige Solarzellen (11-14) vorgesehen sind.

6. Solarzellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene der Solarzellenanordnung (10) horizontal oder vertikal ausge­ richtet ist.

7. Solarzellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Recheneinheit (17) zur Bestimmung des Sonnenstandes in Abhängigkeit der Signale der Solarzellen (11-14) vorgesehen ist.

8. Solarzellenanordnung nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Signalkombinationen als Funktion der Sonnenstände gespeicherte Speichereinrichtung vorge­ sehen ist.

9. Solarzellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Ströme aus allen Solarzellen (11-14) einer Stromver­ sorgungseinrichtung zuführbar sind.

10. Solarzellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schalteinheit (18) zur Steuerung von Funktionen wenigstens eines elek­ trischen Geräts in Abhängigkeit des Sonnenstandes oder der Beleuchtungsstärke vorgesehen ist.

11. Solarzellenanordnung nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das solargesteuerte elektrische Gerät als Steuergerät für die Bewegungen einer Verdunkelungs­ vorrichtung ausgebildet ist.