DE19907332C9

DE19907332C9 - Fahrzeugdach mit mehreren Solarzelleneinheiten

Info

Publication number: DE19907332C9
Application number: DE1999107332
Authority: DE
Inventors: Thomas 82131 Stockdorf Ganz
Original assignee: Webasto Karosseriesysteme GmbH
Current assignee: Webasto Karosseriesysteme GmbH
Filing date: 1999-02-20
Anticipated expiration: 2019-02-21

Abstract

Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeugdach mit mehreren auf der Dachoberseite (10) in unterschiedlichen Winkeln zur Sonneneinstrahlungsrichtung angeordneten Solarzelleneinheiten (16, 22, 24), die in Parallelschaltung mindestens einen Verbraucher (28, 32) und/oder einen Stromspeicher (26) mit Strom versorgen. Ein zweiter Aspekt betrifft ein Fahrzeugdach mit mehreren Solarzelleneinheiten, die in Parallelschaltung mindestens einen Verbraucher (28, 32) und/oder einen Stromspeicher (26) mit Strom versorgen, sowie mit mindestens einem verstellbaren Element (14, 20), wobei mindestens eine der Solarzelleneinheiten (16, 22) auf dem verstellbaren Element vorgesehen ist und mindestens eine der Solarzelleneinheiten (24) dachfest angebracht ist. Ein dritter Aspekt betrifft ein Fahrzeugdach mit mehreren Solarzelleneinheiten, die in Parallelschaltung mindestens einen Verbraucher (28, 32) und/oder einen Stromspeicher (26) mit Strom versorgen, sowie mehreren verstellbaren Elementen (14, 20), wobei mindestens eine der Solarzelleneinheiten (16) auf einem der verstellbaren Elemente (14) vorgesehen ist, während mindestens eine der anderen Solarzelleneinheiten (22) auf einem anderen der verstellbaren Elemente (20) vorgesehen ist. Gemäß einem vierten Aspekt ist das Fahrzeugdach mit mehreren Solarzelleneinheiten versehen, wobei jede Solarzelleneinheit jeweils separat einem Verbraucher (28, 32) oder einem Stromspeicher (26) zugeordnet ist.

Description

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem Fahrzeugdach mit mehreren Solarzelleneinheiten, welche mindestens einen Verbraucher und/oder einen Stromspeicher mit Strom versorgen.

Aus DE 30 07 003 Al ist ein Fahrzeugdach bekannt, bei welchem unter einer transparenten gekrümmten Scheibe eine Solarzellen einheit dachfest angebracht ist, wobei im Bereich der Front- und Heckscheibe sowie im Bereich der Türholme weitere Solarzelleneinheiten vorgesehen sind, deren Neigungswinkel sich von dem Neigungswinkel der dachseitig angebrachten Solarzelleneinheit unterscheiden. Alle Solarzelleneinheiten sind parallel geschaltet, um eine Stromquelle für das Wiederaufladen der Fahrzeugbatterie zu bilden.

Aus DE 195 27 740 Cl ist ein Fahrzeugdach bekannt, welches einen verstellbaren Deckel umfaßt, der eine Dachöffnung wahlweise verschließt oder freigibt. Auf der Dekkeloberseite sind eine erste und eine zweite Solarzelleneinheit angeordnet, die elektrisch parallel geschaltet sind, um das Fahrzeuggebläse und/oder die Fahrzeugbatterie mit Strom zu versorgen. Die erste Solarzelleneinheit umfaßt mehrere in Reihe geschaltete kristalline Solarzellen im zentralen Bereich des Deckels, während die zweite Solarzelleneinheit mehrere in Reihe geschaltete amorphe Solarzellen umfaßt, welche im Randbereich des Deckels angeordnet sind. Die Parallelschaltung bewirkt, daß aufgrund der unterschiedlichen Leerlaufspannungen von amorphen und kristallinen Solarzellen eine Anpassung der Kennlinie der Gesamtanordnung an die Kennlinie des Verbrauchers erzielt wird, so daß auf einen entsprechenden DC/DC-Wandler verzichtet werden kann.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeugdach mit mehreren Solarzelleneinheiten zu schaffen, die mindestens einen Verbraucher und/oder einen Stromspeicher mit Strom versorgen, wobei auch bei geometrisch bedingter unterschiedlicher Sonneneinstrahlung auf die einzelnen Solarzelleneinheiten eine möglichst große Effizienz des Gesamtsystems bei einfachem Systemaufbau gewährleistet sein soll.

Diese Aufgabe wird durch Fahrzeugdächer gelöst, wie sie jeweils in den Ansprüchen 1, 3, 7 und 10 definiert sind.

Bei der Lösung gemäß Anspruch 1 ist vorteilhaft, daß trotz unterschiedlicher räumlicher Ausrichtung der einzelnen Solarzelleneinheiten, wie dies beispielsweise durch eine in einer oder zwei Raumrichtungen stark gekrümmten Dachform erforderlich sein kann, ein starker Gesamtleistungseinbruch verhindert werden kann, der bei Reihenschaltung der Solarzelleneinheiten auftreten würde, wenn die Sonneneinstrahlungsleistung auf den einzelnen Solarzelleneinheiten stark unterschiedlich ist.

Vorzugsweise sind die Solarzelleneinheiten dieser Lösung dachfest angebracht.

Bei der Lösung gemäß Anspruch 3 ist vorteilhaft, daß ein starker Leistungseinbruch des Gesamtsystems vermieden wird, wie er bei Reihenschaltung der Solarzelleneinheiten auftreten würde, wenn sich die Sonneneinstrahlung auf eine der auf dem verstellbaren Element vorgesehenen Solarzelleneinheiten durch die Verstellung desselben bezüglich der Sonneneinstrahlung auf die dachfeste(n) Solarzelleneinheit(en) stark ändern würde, z. B. indem die betreffende Solarzelle durch die Verstellung verkippt oder verdeckt wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung dieser Lösung ist das verstellbare Element ein Deckel, der eine Dachöffnung in einer festen Dachhaut verschließt oder wahlweise mindestens zum Teil freigibt, wobei der Deckel vorzugsweise ausschwenkbar und in Dachlängsrichtung verschiebbar ist.

Bei einer alternativen bevorzugten Ausgestaltung ist das verstellbare Element ein ausschwenkbarer Windabweiser.

Bei der Lösung gemäß Anspruch 7 ist vorteilhaft, daß ein Leistungseinbruch vermieden wird, wie er bei Reihenschaltung der Solarzelleneinheiten auftreten könnte, wenn sich durch das Verstellen eines oder mehrerer verstellbarer Elemente die Sonneneinstrahlungsleistung auf die einzelnen Solarzelleneinheiten für verschiedene Solarzelleneinheiten stark unterschiedlich ändert.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung dieser Lösung ist eines der verstellbaren Elemente ein Deckel, der eine Dachöffnung in einer festen Dachhaut verschließt oder wahlweise mindestens zum Teil freigibt, und eines der verstellbaren Elemente ist ein ausschwenkbarer Windabweiser, wobei der Deckel vorzugsweise ausschwenkbar und in Dachlängsrichtung verschiebbar ist.

Bei der Lösung gemäß Anspruch 10 ist vorteilhaft, daß im Falle einer Verringerung der Sonneneinstrahlungsleistung auf eine Solarzelleneinheit nur die Stromversorgung des entsprechenden Verbrauchers bzw. Stromspeichers betroffen ist, während die übrigen Verbraucher bzw. Stromspeicher nicht betroffen sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Solarzelleneinheiten auf der Dachoberseite in unterschiedlichen Winkeln zur Sonneneinstrahlungsrichtung angeordnet.

Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist mindestens eine der Solarzelleneinheiten auf dem verstellbaren Element vorgesehen, und mindestens eine der Solarzelleneinheiten ist dachfest angebracht.

Gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltung ist mindestens eine der Solarzelleneinheiten auf einem der verstellbaren Elemente vorgesehen, während mindestens eine der anderen Solarzelleneinheiten auf einem anderen der verstellbaren Elemente vorgesehen ist.

Bei allen Lösungen bestehen die Solarzelleneinheiten vorzugsweise jeweils aus mehreren in Reihe geschalteten Solarzellen, wobei ein bzw. der Verbraucher das Fahrzeuggebläse ist und ein bzw. der Energiespeicher die Fahrzeugbatterie ist.

Im folgenden sind mehrere Ausführungsformen der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Aufsicht auf ein Fahrzeugdach in einer ersten Ausführungform;

Fig. 2 den Schnitt entlang der Linie Π-Π in Fig. 1;

Fig. 3 eine Seitenansicht eines Fahrzeugdaches in einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 4 schematisch eine Verschaltungsmöglichkeit der Solarzelleneinheiten der beiden Ausführungsformen von Fig. 1 bis 3; und

Fig. 5 eine alternative Verschaltung der Solarzelleneinheiten der beiden Ausführungsformen von Fig. 1 bis 3.

In Fig. 1 und 2 ist eine erste Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher in einer festen Dachhaut 10 eine Dachöffnung 12 ausgebildet ist, welche von einem ausstellbaren und nach hinten unter die feste Dachhaut 10 verschiebbaren Deckel 14 verschlossen bzw. wahlweise ganz oder zum Teil freigegeben werden kann (sogenanntes Schiebehebedach). Es ist dabei die Stellung dargestellt, in welcher der Deckel 14 die Dachöffnung 12 vollständig freigibt. Der Deckel 14 ist in seinem hinteren Randbereich mit einer Solarzelleneinheit 16 versehen, welche eine Reihenschaltung von mehreren Solarzellen 18 umfaßt. Vor der Dachöffnung 12 ist eine ausstellbare Windabweiserlamelle 20 vorgesehen, welche eine Solarzelleneinheit 22 trägt, die ebenfalls aus mehreren in Reihe geschalteten Solarzellen 18 besteht. Hinter der Dachöffnung 12 ist eine dritte aus mehreren in

Reihe geschalteten Solarzellen 18 aufgebaute Solarzelleneinheit 24 vorgesehen, welche dachfest angebracht ist. Gemäß Fig. 4 sind die drei Solarzelleneinheiten 16, 22 und 24 elektrisch parallel geschaltet, um Strom für das Nachladen der Fahrzeugbatterie 26 bzw. für den Betrieb eines Lüftermotors 28 zu liefern, wobei ein Schalter 30 vorgesehen ist, um den von den Solarzelleneinheiten 16, 22, 24 erzeugten Strom wahlweise oder gemäß eines bestimmten Steuerungsprogramms dem Lüftermotor 28 bzw. der Fahrzeugbatterie 26 zuzuführen.

Beim Ausstellen der Windabweiserlamelle 20 oder des Deckels 14 ändert sich die Sonneneinstrahlung aufgrund des veränderten Einstrahlungswinkels für die Solarzelleneinheiten 22 bzw. 16 bezüglich der dachfesten Solarzelleneinheit 24. Die Parallelschaltung der Solarzelleneinheiten 16, 22, 24 verhindert, daß sich die elektrische Gesamtleistung des Systems sehr stark in Abhängigkeit von der Einstrahlungsänderung auf eine einzelne Solarzelleneinheit ändert, wie dies bei einer elektrischen Reihenschaltung der Fall wäre. Dies zeigt sich besonders deutlich in dem Fall, wenn, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, der Deckel 14 unter die feste Dachhaut 10 zurückgeschoben wird, wodurch die Solarzelleneinheit 16 vollständig verdeckt wird, so daß deren Leistung auf nahe Null absinkt. Bei einer Reihenschaltung würde dies einen sehr starken Leistungseinbruch nach sich ziehen, während die Gesamtleistung bei einer Parallelschaltung gemäß Fig. 4 wesentlich schwächer absinkt. Bei der in Fig. 1 und 2 dargestellten Anordnung der Solarzelleneinheiten sorgt folglich die Parallelschaltung gemäß Fig. 4 dafür, daß auch bei einer durch die Verstellung der Windabweiserlamelle 20 oder des Deckels 14 verursachten starken Änderung der Einstrahlungsleistung auf eine einzelne Solarzelleneinheit die Gesamtleistung des Systems nicht übermäßig schwankt.

Es versteht sich, daß das oben beschriebene Prinzip auch in Fällen verwendet werden kann, wenn nur zwei Solarzelleneinheiten vorgesehen sind, wobei dann jeweils eine der Solarzelleneinheiten 16, 22 bzw. 24 weggelassen werden kann.

In Fig. 3 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher die feste Dachhaut 10 keine bewegliehen Elemente und keine Dachöffnungen aufweist, jedoch zumindest in Fahrzeuglängsrichtung stark nach oben gekrümmt ist. Im vorderen, mittleren und hinteren Bereich der Dachhaut 10 ist jeweils eine Solarzelleneinheit 16, 22 bzw. 24 vorgesehen, wobei die Solarzelleneinheiten in unterschiedlichen Winkeln zur Sonneneinstrahlungsrichtung angeordnet sind. Auch bei dieser Ausführungsform sind die Solarzelleneinheiten 16, 22 und 24 gemäß Fig. 4 elektrisch parallel geschaltet. Die Parallelschaltung bewirkt, daß die aus der unterschiedlichen Ausrichtung der einzelnen Solar-Zelleneinheiten resultierende unterschiedliche Leistung der Solarzelleneinheiten zu keinem übermäßig starken Absinken der Gesamtleistung des Systems führt.

Falls auch in Dachquerrichtung eine erhebliche Krümmung besteht, kann es sinnvoll sein, die einzelnen Solarzelleneinheiten in zwei oder mehr Untereinheiten aufzuteilen, die dann wiederum jeweils statt in Serienschaltung in Parallelschaltung miteinander verbunden sind, um die unterschiedlichen Sonneneinstrahlungswinkel zu kompensieren.

In Fig. 5 ist eine alternative Verschaltung der Solarzelleneinheiten 16, 22 bzw. 24 dargestellt. Im Unterschied zu der Verschaltung gemäß Fig. 4 sind dabei die Solarzelleneinheiten nicht parallel zueinander geschaltet, sondern sind elektrisch voneinander getrennt, wobei sie jeweils separat einem Verbraucher bzw. Stromspeicher zugeordnet sind. Dabei ist die Solarzelleneinheit 16 der Fahrzeugbatterie 26 zugeordnet, während die Solarzelleneinheit 22 dem Lüftermotor 28 und die Solarzelleneinheit 24 einem weiteren Verbrauchermotor 32 zugeordnet ist. Auch in diesem Fall ist die Gesamtleistungsbilanz besser als im Fall einer elektrischen Reihenschaltung der Solarzelleneinheiten, da bei relativ schwächerer Sonneneinstrahlungsleistung auf eine Solarzelleneinheit nur der dieser Solarzelleneinheit zugeordnete Verbraucher bzw. Stromspeicher von dem Leistungsabfall betroffen ist, nicht jedoch die den anderen Solarzelleneinheiten zugeordneten Verbraucher bzw. Stromspeicher. Die Zuordnung zwischen Solarzelleneinheiten und Verbraucher bzw. Stromspeicher sollte dabei funktionsmäßig erfolgen, d. h. die Solarzelleneinheit, die im Durchschnittsbetrieb die höchste Sonneneinstrahlungsleistung aufweist, sollte den wichtigsten Verbraucher bzw. Stromspeicher versorgen.

Es versteht sich, daß bei allen Ausführungsformen bei Bedarf zwischen die Solarzelleneinheiten und die Verbraucher bzw. Stromspeicher ein oder mehrere Anpasswandler (DCfDC-Wandler) geschaltet werden.

Claims

Patentansprüche

1. Fahrzeugdach mit mehreren auf der Dachoberseite (10) in unterschiedlichen Winkeln zur Sonneneinstrahlungsrichtung angeordneten Solarzelleneinheiten (16, 22 und 24), die in Parallelschaltung mindestens einen Verbrauchermotor (28 bzw. 32) und/oder einen Stromspeicher (Batterie 26) mit Strom versorgen.

2. Fahrzeugdach nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzelleneinheiten (16, 22 und 24) dachfest angebracht sind.

3. Fahrzeugdach mit mehreren Solarzelleneinheiten (16, 22 und 24), die in Parallelschaltung mindestens einen Verbraucher und/oder einen Stromspeicher mit Strom versorgen, sowie mit mindestens einem verstellbaren Element (Deckel 14 bzw. Windabweiserlamelle 20), wobei mindestens eine der Solarzelleneinheiten (16 bzw. 22) auf dem verstellbaren Element vorgesehen ist und mindestens eine der Solarzellen einheiten (24) dachfest angebracht ist.

4. Fahrzeugdach nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das verstellbare Element ein Deckel (14) ist, der eine Dachöffnung (12) in einer festen Dachhaut (10) verschließt oder wahlweise mindestens zum Teil freigibt.

5. Fahrzeugdach nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (14) ausschwenkbar und in Dachlängsrichtung verschiebbar ist.

6. Fahrzeugdach nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das verstellbare Element eine ausschwenkbare Windabweiserlamelle (20) ist.

7. Fahrzeugdach mit mehreren Solarzelleneinheiten (16, 22 und 24), die in Parallelschaltung mindestens einen Verbraucher und/oder einen Stromspeicher mit Strom versorgen, sowie mehreren verstellbaren Elementen, wobei mindestens eine der Solarzelleneinheiten (16) auf einem der verstellbaren Elemente (Deckel 14) vorgesehen ist, während mindestens eine der anderen Solarzelleneinheiten (22) auf einem anderen der verstellbaren Elemente (Windabweiserlamelle 20) vorgesehen ist.

8. Fahrzeugdach nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eines der verstellbaren Elemente ein Deckel (14) ist, der eine Dachöffnung (12) in einer festen Dachhaut (10) verschließt oder wahlweise mindestens zum Teil freigibt, und eines der verstellbaren Elemente eine ausschwenkbare Windabweiserlamelle (20) ist.

9. Fahrzeugdach nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (14) ausschwenkbar und in

Dachlängsrichtung verschiebbar ist.

10. Fahrzeugdach mit mehreren Solarzelleneinheiten (16, 22 und 24), wobei jede Solarzelleneinheit jeweils separat einem Verbraucher (Motor 28 bzw. 32) oder einem Stromspeicher (Batterie 26) zugeordnet ist.

11. Fahrzeugdach nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzelleneinheiten (16, 22 und 24) auf der Dachoberseite (10) in unterschiedlichen Winkeln zur Sonneneinstrahlungsrichtung angeordnet sind.

12. Fahrzeugdach nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Solarzelleneinheiten (16 bzw. 22) auf einem verstellbaren Element (Deckel 14 bzw. Windabweiserlamelle 20) vorgesehen ist, und mindestens eine der Solarzelleneinheiten (24) dachfest angebracht ist.

13. Fahrzeugdach nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Solarzelleneinheiten (16) auf einem verstellbaren Element (Deckel 14) vorgesehen ist, während mindestens eine der anderen Solarzelleneinheiten (22) auf einem anderen verstellbaren Element (Windabweiserlamelle 20) vorgesehen ist.

14. Fahrzeugdach nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzelleneinheiten (16, 23 und 24) jeweils aus mehreren in Reihe geschalteten Solarzellen (18) bestehen.

15. Fahrzeugdach nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein bzw. der Verbraucher der Motor (28) des Fahrzeuggebläses ist

16. Fahrzeugdach nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein bzw. der Energiespeicher die Fahrzeugbatterie (26) ist.

Hierzu 2 Seite(n) Zeichnungen

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