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Seit einigen Jahren werden Solarmodule im Leistungsbereich von etwa 1 - 100 Watt in verschiedenen Ausführungen als Ladegeräte für mobile, energieautarke Anwendungen angeboten. Dabei werden sowohl Ausführungen in starren Gehäusen als auch in semiflexiblen, z.B. textilen Gehäusen bzw. Einbettungen angeboten. Das Solarmodul kann dabei einzeln oder auch in mehrere gleichartige Module aufgeteilt angeordnet sein, wobei mehrere Module meist faltbar oder klappbar angeordnet sind, um beim Transport Platz zu sparen.
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Insbesondere bei den genannten semiflexiblen oder textilen Ausführungen sind oftmals Taschen oder Behälter zum Verstauen der zu ladenden Endgeräte oder auch von Powerbanks (mobile Akkus mit Ladeelektronik und stabiler Ausgangsspannung) oder anderer Utensilien am Solarmodul angebracht, in oder neben denen dann meist eine kleine Elektronikeinheit mit einem Ausgang zum Anschluss der Endgeräte angeordnet ist. Bei fast allen dieser Geräte handelt es sich um mobile USB-Ladegeräte, die demzufolge die hierfür erforderliche stabile Spannung von ca. 5V aus der eher inkonstanten Spannung des Solarmoduls erzeugen.
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Solarmodul und Tasche oder Behälter bilden bei den meisten Geräten eine feste, unlösbare Einheit. Bei einigen Geräten ist eine kombinierte mechanische und ggf. elektrische Verbindung vorhanden, die auch lösbar ist. Damit können Grundgerät und Tasche oder Behälter getrennt werden. Als Beispiel wird hier die Anmeldung
DE102004037329A1 angeführt, bei der allerdings keine Unterbringungsmöglichkeit für das Endgerät vorgesehen ist. Bei anderen Geräten ist wiederum eine Gerätetasche vorhanden, die aber keine elektrische Verbindung zum Grundgerät besitzt.
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Eine andere, aber funktionell vergleichbare Ausführung textilintegrierter Solartechnik sind Solarzellen oder -module, die direkt in Kleidungsstücke, Umhängetaschen oder auch Brieftaschen etc. eingearbeitet sind. Speziell bei Kleidungsstücken gibt es hier Varianten mit eingearbeiteten Druckknöpfen zur mechanischen und elektrischen Verbindung z.B. zwischen Solarmodul und Kleidungsstück, wobei die Weiterleitung des Stroms im Kleidungsstück dann über flexible leitende Fasern geschieht. Ansonsten werden Druckknöpfe auch zur rein mechanischen Befestigung von semiflexiblen Solarmodulen, z.B. im Bootsbereich oder auch zur Stromübertragung im Bereich neuartiger elektronischer oder „smarter“ Textilien verwendet.
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Im Bereich tragbarer Solarladegeräte ist der Stand der Technik auf die zuvor genannten Kombinationen beschränkt. In der Praxis ändern sich aber oft die Anwendungen für ein solches Gerät, z.B. die Art und Größe des zu ladenden Endgerätes, etwaige Zusatzanwendungen wie eine Zusatztasche für Geld oder andere Utensilien, das Design etc. Diese Änderungen könnte man sehr einfach und preiswert durch einen Wechsel der Tasche erledigen, anstatt sich eine neue Kombination Solarmodul/Tasche anzuschaffen. Zudem sind die Ausführungen speziell der textilen Ladegeräte sehr einschränkt, die Tasche spielt dabei als Zusatznutzen nur eine untergeordnete Rolle. Derartige Ladegeräte sind außerdem bisher ausschließlich für die Ladung von USB-Endgeräten wie Smartphones etc. vorgesehen, andere Anwendungen wie z.B. die Ladung spezieller Digitalkameras mit 8,4V-Akku, von NiMH-Rundzellen etc. sind nicht verfügbar.
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Der im Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kombination aus einem tragbaren Solarmodul und einer daran abnehmbar befestigten Tasche zu schaffen, so dass je nach Ausführung der Tasche verschiedene Funktionalitäten und Anwendungen des Gesamtprodukts realisiert werden können.
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Diese Aufgabe wird mit den im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
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Das tragbare Solarmodul mit Tasche als einteilige oder mehrteilige, auch faltbare Konstruktion in starrer oder flexibler Ausführung sieht erfindungsgemäß eine Kombination aus einem textilbasierten oder auch in einem starren Gehäuse untergebrachten Solarmodul als Grundeinheit mit einer abnehmbaren Tasche zur Unterbringung eines von der Grundeinheit zu ladenden Endgerätes oder Akkus vor. Dabei wird die Tasche über elektrisch leitende Steckverbinder mit der Grundeinheit kontaktiert und gleichzeitig mechanisch befestigt und enthält auch die Ladevorrichtung (Kabel/Stecker oder Buchse oder Kontakthalterung) für das Endgerät oder den Akku.
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Als bevorzugte Ausführungsform können hier leitende Druckknöpfe verwendet werden, die sowohl die elektrische als auch mechanische Verbindung schaffen.
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Die Tasche kann je nach Ausführung verschiedene Varianten der Weiterleitung bzw. Umwandlung des vom Grundgerät gelieferten elektrischen Stroms enthalten, wie beispielsweise:
- - Direkte Weiterleitung des elektrischen Stroms aus dem Grundgerät ohne Spannungswandlung oder Speicherung.
- - Umwandlung der instabilen, ggf. unpassenden Spannung aus dem Grundgerät in eine stabile, an das Endgerät angepasste Spannung, z.B. 5V bei USB-Geräten. Hierfür wird ein DC/DC-Wandler (Gleichspannungswandler) verwendet, idealerweise mit einem hohen Wirkungsgrad von mehr als 90%, um die vom Grundgerät bereitgestellte Energie weitgehend zu verwerten. Zusätzlich kann ein hierzu passender Steckverbinder in der Tasche enthalten sein (z.B. für USB-Geräte), um Fehlanwendungen zu vermeiden.
- - Zwischenspeicherung des Stroms aus dem Grundgerät in einem geeigneten elektrischen Speicher, z.B. einem Li-Ionen oder NiMH-Akku. Hierzu ist eine elektronische Ladereglerschaltung sowie in der Regel auch eine Spannungswandlerschaltung erforderlich, um aus der inkonstanten Akkuspannung eine stabile Ausgangsspannung zu erzeugen. Typische Werte sind hier 5V für USB-Geräte und 12V für Geräte aus dem Camping- oder KFZ-Bereich. Diese Einrichtung eignet sich vor allem für Anwendungen, bei denen eine konstante Spannung und kurzzeitig auch eine höhere als die vom Grundgerät gelieferte, von der jeweiligen Sonneneinstrahlung abhängige Leistung gefordert ist.
- - Ladung von Akkus in einer geeigneten Akkuhalterung, die dann in andere Geräte eingesetzt werden können. Typische Akku-Ausführungen sind NiMH-Rundzellen, z.B. im AAA oder AA-Format. Auch hier kann wie bei dem oben beschriebenen fest integrierten Akku ein Spannungswandler nachgeschaltet sein, um die in den Akkus gespeicherte Energie mit konstanter Spannung in ein Endgerät transferieren.
- - Integration eines Endverbrauchers wie z.B. Leuchte, Radio, GPS-Gerät, etc. in die Tasche, der dann über einen eigenen oder in der Tasche integrierten Zwischenspeicher aus dem Solarmodul versorgt werden kann.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sind Taschen, die speziell auf ein bestimmtes Endgerät zugeschnitten sind, so dass dieses einerseits exakt hineinpasst und außerdem die in der Tasche enthaltene Elektronik bezüglich Ladeparameter und auch Steckverbinder genau passen. Durch den modularen Charakter des Systems kann man somit für verschiedenen Geräte jeweils passende Taschen mit integrierter Ladeelektronik verwenden und diese immer an demselben, hochwertigen Grundgerät zum Laden andocken. Die Geräte können dann praktischerweise in ihren „intelligenten“ Hüllen verbleiben, die gleichzeitig auch eine Schutzfunktion vor mechanischen und Witterungseinflüssen bietet. Beispiele für Endgeräte sind neben mobilen ITK-Produkten wie Handys, Tablets oder GPS-Geräte auch Audiogeräte, Digitalkameras oder Leuchten.
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Schließlich können die Steckverbinder am Grundgerät auch dazu benutzt werden, um mehrere Grundgeräte elektrisch parallel oder seriell zu verschalten. Hierzu kann beispielsweise eine separate Steckverbinderanordnung dienen, die einerseits die Grundgeräte in geeigneter Anordnung mechanisch und elektrisch miteinander verbindet und andererseits ein Kabel mit Stecker oder wiederum eine Steckverbinderanordnung enthält, um den Gesamtstrom an ein Endgerät oder eine passende Tasche mit Steckverbindern weiterzuleiten.
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In den 1-6 sind die oben beschriebenen erfindungsgemäßen Merkmale beispielhaft dargestellt. Dabei zeigen
- - 1 in Vorderansicht ein faltbares Solarmodul 1 mit Solarzellen 2 und Faltbereich 3 als Grundeinheit mit einer rückseitig angebrachten, abnehmbaren Tasche 4.
- - 2 das Solarmodul aus 1 in Rückansicht mit beispielhaftem Reißverschluss 6 an der Tasche 4 zum Öffnen und Verstauen des Endgerätes sowie Kontakten 5 zwischen Solarmodul 1 und Tasche 4.
- - 3 eine Veranschaulichung des Kontaktbereiches der einander zugewandten Flächen von Solarmodul 1 und Tasche 4, wobei die Kontakte 5 in diesem Ausführungsbeispiel runde Druckknöpfe sein können, die zwischen Solarmodul 1 und Tasche 4 jeweils komplementären. Zur Erhöhung der mechanischen Haltekraft kann z.B. ein Klettverbinder 7 vorgesehen werden.
- - 4 ein Prinzipschaltbild der elektrischen Komponenten in der Ausführung als Direktlader mit Spannungswandlung: Die komplementären Kontakte 5 leiten nach dem Verbinden von Solarmodul 1 und Tasche 4 den Strom von den Solarzellen 2 zum Gleichspannungswandler 8, von dem ein Kabel mit Steckverbinder 9 zum dazu passenden Endgerät (hier nicht mit dargestellt) führt.
- - 5 ein Prinzipschaltbild der Ausführungsvariante mit integriertem Speicher (ohne Solarmodul dargestellt): Hier wird der an den Kontakten 5 eingespeiste Strom über eine Ladereglerschaltung 11 in einen Akku 12 eingespeichert. Von dort erfolgt beispielhaft über einen Gleichspannungswandler 8 und ein Kabel mit Steckverbinder 9 die Bereitstellung der jeweiligen Endgerätespannung.
- - 6 ein Beispiel für eine Steckverbinderanordnung (10, 10a, 5) zur Parallelschaltung von zwei Solarmodulen, um den Strom im Idealfall zu verdoppeln. Hierzu kann beispielsweise eine Leiterplatte (10) verwendet werden, auf die die Druckknöpfe 5 an den korrekten Positionen aufgelötet und über Leiterbahnen 10a elektrisch untereinander und mit dem Ausgangskabel mit Steckverbinder 9 verbunden sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004037329 A1 [0003]
