DE29823351U1 - Verglasung zur Steuerung der Transmission von Licht - Google Patents
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Description
VE 916 GM
VEGLA Kl
Vereinigte Glaswerke GmbH 29.01.1999
Aachen
Beschreibung
Verglasung zur Steuerung der Transmission von Licht
Verglasung zur Steuerung der Transmission von Licht
Die Neuerung betrifft eine Verglasung zur Steuerung der Transmission von Licht mit einer
der Strahlungsquelle zugewandten ersten transparenten Lichtlenkplatte, die mit die
Lichtstrahlen in Abhängigkeit von der Einstrahlungsrichtung auf eine zweite Platte
umlenkenden und/oder fokussierenden Mitteln versehen ist, wobei die zweite Platte mit im
Wechsel aufeinanderfolgend strahlungsundurchlässigen und strahlungsdurchlässigen
Streifen versehen ist.
Aus dem Gebrauchsmuster DE 89 16 250 U1 ist eine Verglasung der genannten Art
bekannt, bei der die Transmission von Licht unmittelbar in Abhängigkeit von der Richtung
des einfallenden Lichtes gesteuert wird. Dazu werden die einfallenden Lichtstrahlen
beispielsweise mit Zylinderlinsen zu Brennlinien fokussiert. In der durch die Brennlinien
gebildeten Brennebene befindet sich eine Anordnung aus abwechselnd strahlungsdurchlässigen und strahlungsundurchlässigen Streifen. Da sich die Brennlinien
in Abhängigkeit von der Einstrahlungsrichtung in der Brennebene verschieben, wird
dadurch erreicht, daß Strahlen aus einer bestimmten Einstrahlungsrichtung auf die
lichtundurchlässigen Streifen auftreffen und dadurch nicht durchgelassen werden,
während Strahlen aus einer anderen bestimmten Einstrahlungsrichtung auf die lichtdurchlässigen Streifen auftreffen. Auf diese Weise kann erreicht werden, daß
beispielsweise im Sommer bei steiler Einfallsrichtung der Sonnenstrahlen der Raum
automatisch abgeschattet wird, ohne daß Bauteile bewegt oder zusätzliche Energie
benötigt wird, während im Winter bei flachem Einfallswinkel der Sonnenstrahlen diese
weitgehend ungehindert in den Raum gelangen.
Die Aufgabe der vorliegenden Neuerung besteht darin, diese bekannte Verglasung
dahingehend weiterzubilden, daß der im Zustand der Abschattung nicht genutzte Anteil
der Lichtenergie für andere Zecke nutzbar gemacht werden kann.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die strahlungsundurchlässigen Streifen als
Photovoltaikelemente ausgebildet sind.
Durch die neuerungsgemäße Verglasung wird die Energie der Sonnenstrahlung bei allen
Einfallswinkeln optimal ausgenutzt, indem die auf die lichtundurchlässigen Streifen
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VE 916 GM
auftreffende Energie der Sonnenstrahlen zum großen Teil in elektrische Energie, die für
beliebige Zwecke ausgenutzt werden kann, umgewandelt wird. Dagegen nutzt die bekannte Verglasung die Strahlungsenergie nur dann, wenn die Sonnenstrahlen auf die
transparenten Streifen fokussiert werden. Auf diese Weise eignet sich die Neuerung
besonders zur Verwendung an Fassaden und Dächern von Gebäuden, insbesondere von Niedrigenergiehäusern. Auf der einen Seite wird im Winter die Sonnenstrahlung auf die
transparenten Streifen fokussiert und durch die Verglasung in den Raum eingelassen und
zur Erwärmung des Raumes genutzt. Im Sommer dagegen wird durch die Fokussierung
auf die strahlungsundurchlässigen Streifen nicht nur eine unzulässige Aufheizung des
Gebäudeinneren vermieden, sondern gleichzeitig elektrische Energie gewonnen, die zum
Betrieb elektrischer Geräte, etwa einer Klimatisierungseinrichtung genutzt werden kann.
Die Lichtlenkplatte ist vorzugsweise eine Silikatglasplatte mit einer solchen
Oberflächenstruktur, daß diese Struktur selbst die Zylinderlinsen bildet. Es ist natürlich
auch möglich, entsprechende Lichtlenkplatten aus transparentem Kunststoff zu verwenden, oder vorgefertigte Linsenelemente aus Kunststoff auf Platten aus Glas oder
Kunststoff zu befestigen. Anstelle der fokussierenden Elemente können auch holographische Elemente zum Ablenken der einfallenden Lichtstrahlen eingesetzt werden.
Zweckmäßigerweise befindet sich die lichtlenkende Struktur auf derjenigen Hauptfläche
der Lichtlenkplatte, die der zweiten mit den Photovoltaikelementen versehenen Platte
zugewandt ist. Dadurch wird die Gefahr einer Verschmutzung der strukturierten Seite der
Lichtlenkplatte verhindert. Falls es zweckmäßig erscheint, kann jedoch die strukturierte
Seite der Lichtlenkplatte auch dem Strahlungseinfall zugewandt sein. In diesem Fall ist es
sinnvoll, die strukturierte Oberfläche der Lichtlenkplatte mit einer schmutzabweisenden
Beschichtung zu versehen, damit die lichtlenkende Funktion nicht durch anhaftende
Schmutzpartikel vermindert wird.
Die zweite Platte kann aus einer transparenten Kunststoffplatte oder Glasscheibe
bestehen, auf die die Photovoltaikelemente aufgeklebt sind. Diese bilden dann die
strahlungsundurchlässigen Streifen, während die freigelassenen Stellen die strahlungsdurchlässigen Streifen sind. Bei der konkreten Ausgestaltung dieser zweiten
Platte ist unter Umständen zu berücksichtigen, daß aufgrund der Strahlungsabsorption
höhere Temperaturen und damit Wärmespannungen auftreten können, so daß eventuell
die Verwendung vorgespannter Glasscheiben hierfür zweckmäßig sein kann.
Wenn die zweite, mit den Photovoltaikelementen versehene Platte mit der Lichtlenkplatte
über einen Abstandsrahmen zu einer Isolierglaseinheit zusammengesetzt wird, erhält man
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eine fertige Verglasungseinheit, die als solche unmittelbar in ein Gebäudefenster
eingesetzt werden kann.
Eine besonders zweckmäßige Anordnung besteht darin, daß die mit den
Photovoltaikelementen versehene Glasplatte mit einer weiteren Glasplatte über eine
transparente Polymerschicht verbunden ist. Beispielsweise kann als zweite Platte ein
Platte nach Art einer Verbundglasscheibe verwendet werden, bei der die Photovoltaikelemente in der die beiden Glasscheiben verbindenden Kleberschicht
angeordnet sind. Dabei können die Photovoltaikelemente sowohl direkt an einer Glasscheibe anliegen als auch innerhalb des Volumens der Kleberschicht angeordnet
sein.
Die mit den Photovoltaikelementen versehene Glasscheibe kann auch mit Hilfe einer
transparenten Kleberschicht unmittelbar mit der Lichtlenkplatte zu einer Einheit nach Art
einer Verbundglasscheibe verbunden werden. In diesem Fall muß allerdings darauf
geachtet werden, daß die Materialien innerhalb des Verbundes unterschiedliche Brechungsindices besitzen, damit die Linsenelemente eine lichtbrechende und damit
fokussierende Wirkung erhalten.
Eine weitere Ausgestaltung der neuerungsgemäßen Verglasung besteht aus einer
Isolierglaseinheit, bei der die Lichtlenkplatte, die zweite mit den Photovoltaikelementen
versehene Platte und eine weitere transparente Platte jeweils über einen Abstandhalterahmen nach Art der bekannten Isolierglasscheiben miteinander verbunden
sind. Eine solche Dreifach-Isolierglaseinheit verbindet besonders gute
Wärmedämmeigenschaften mit dem zusätzlichen Energiegewinn aus den Photovoltaikelementen.
Wenn die weitere transparente Platte als Vakuum-Isolierglasscheibe, wie sie
beispielsweise in der EP 0 645 516 A2 beschrieben ist, ausgebildet wird, lassen sich
Wärmedämmeigenschaften erreichen, die mit denen von massiven Wänden vergleichbar
sind. Eine solche Verglasung kann etwa als Ganzglasfassade verwendet werden, ohne
eine zusätzliche Wärmedämmung zwischen dem Gebäudeinneren und der Ganzglasfassade vorzusehen.
Als Photovoltaikelemente können handelsübliche kristalline oder amorphe Siliciumzellen
verwendet werden, aber auch Dünnschicht-Photovoltaikelemente auf der Basis von CuInSe, wie sie beispielsweise in der Offenlegungsschrift DE 195 04 754 A1 beschrieben
sind. Diese besitzen den Vorteil, daß sie durch Verfahren wie CVD direkt auf eine
transparente Platte aufgebracht werden können und keine weiteren Befestigungsmittel
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benötigen. Die Photovoltaikelemente werden in etwa 5 - 30 mm breiten Streifen
angeordnet, wobei die transparenten Zwischenräume etwa die gleichen Abmessungen besitzen. Auf welche Art und Weise die einzelnen Photovoltaikelemente elektrisch
miteinander verschaltet werden, hängt von der Höhe der benötigten elektrischen Spannung ab. Nach Umwandlung der Gleichspannung in Wechselspannung und
Transformation auf Netzspannung können dann unmittelbar handelsübliche Verbraucher,
etwa Ventilatoren oder Klimageräte, angeschlossen werden.
Anhand der nachfolgenden Zeichnungen wird die Neuerung näher erläutert. Dabei zeigen
in vereinfachter nicht maßstäblicher Darstellung:
Es zeigen in vereinfachter Darstellung
Fig. 1 eine neuerungsgemäße Verglasung als Isolierglasausführung;
Fig. 2 eine neuerungsgemäße Verglasung als Verbundausführung;
Fig. 3 eine Verbundausführung, die zusammen mit einer dritten Platte eine
Isolierglaseinheit bildet;
Fig. 4 eine neuerungsgemäße Verglasung als Dreischeiben-Isolierglaseinheit.
Fig. 4 eine neuerungsgemäße Verglasung als Dreischeiben-Isolierglaseinheit.
In Fig. 1 ist eine Ausführung der neuerungsgemäßen Verglasung 1 dargestellt, bei der die
Lichtlenkplatte 2 aus Silikatglas mit einer strukturierten Oberfläche besteht, die
Zylinderlinsen 3 bildet. Die zweite Platte 4 besteht aus thermisch vorgespannten
Floatglas. Auf ihrer der Strahlungsquelle zugewandten Oberfläche sind mit Hilfe einer
Kleberschicht 5 Siliciumzellen 6 befestigt, die sich annähernd in der Brennebene der
Zylinderlinsenstruktur befinden. Die freien Bereiche 7 zwischen den Siliciumzellen
bilden die strahlungsdurchlässigen Streifen. Die Befestigung der mit den Photovoltaikelementen versehenen zweiten Platte 4 an der Lichtlenkplatte 2 erfolgt über
den Abstandhalterahmen 8 und die Klebe- und Versiegelungsmasse 9 auf bekannte Art
und Weise. In den Zwischenraum 10 kann zusätzlich ein wärmeisolierendes Gas,
beispielsweise Argon oder Xenon, eingefüllt sein.
Wenn bei hohem Sonnenstand (im Sommer), die Sonneneinstrahlung vorwiegend aus
Richtung A erfolgt, werden die Sonnenstrahlen durch die Zylinderlinsen 3 auf die
Siliciumzellen 6 fokussiert. Dadurch wird der dahinterliegende Raum abgeschattet und
gleichzeitig mit Hilfe der Siliciumzellen 6 elektrische Energie gewonnen. Im Winter
dagegen fällt die Sonnenstrahlung vorwiegend aus Richtung B ein und die Zylinderlinsen
fokussieren dann auf die transparenten Bereiche 7 und der dahinter liegende Raum wird
durch Sonnenstrahlung aufgeheizt. Dieses Funktionsprinzip der Energiegewinnung, im
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Sommer durch Solarstromerzeugung und im Winter durch die Sonneneinstrahlung, gilt
auch für die nachfolgenden Ausführungsformen der Neuerung und wird deshalb dort nicht
mehr explizit beschrieben.
Figur 2 zeigt eine Verbundausführung 15 der neuerungsgemäßen Verglasung, die
wiederum aus einer Lichtlenkplatte 2 aus Glas mit einer strukturierten Oberfläche, die
Zylinderlinsen 3 bildet, und einer in der Brennebene dieser Zylinderlinsenstruktur
angeordneten zweiten Platte 4 besteht. Auf der zweiten Platte 4 sind unmittelbar, das
heißt ohne Zwischenschalten einer Kleberschicht, Dünnschicht-Photovoltaikelemente
auf CulnSe-Basis nach dem CVD-Verfahren aufgebracht. Die beiden Platten 2 und 4 sind
mit Hilfe einer ausgehärteten transparenten Polyurethan-Gießmasse 12 fest miteinander
verklebt. Die Polyurethan-Gießmasse 12 und die strukturierte Glasplatte 2 müssen
selbstverständlich unterschiedliche Brechungsindices besitzen, damit eine lichtbrechende
und damit fokussierende Wirkung der Zylinderlinsen erzielt werden kann.
Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der neuerungsgemäßen Verglasung, bei
der die oben beschriebene Verbundeinheit 15 mit einer dritten Glasscheibe 14 über den
Abstandhalterahmen 8 und die Klebe- und Versiegelungsmasse 9 zu einer Isolierglaseinheit 25 verbunden ist. Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, die dritte
Glasscheibe 14 auf der dem Strahlungseinfall abgewandten Seite der Isolierglaseinheit
anzuordnen.
Figur 4 stellt eine Ausgestaltung der neuerungsgemäßen Verglasung als Dreischeiben-Isolierglaseinheit
dar. An der dem Strahlungseinfall abgewandten Seite der mit den Photovoltaikelementen versehenen zweiten Platte 4 ist eine Glasscheibe 14 über den
Abstandhalterahmen 8 und die Klebe- und Versiegelungsmasse 9 angeordnet. An der gegenüberliegenden dem Strahlungseinfall zugewandten Seite der zweiten Platte 4 ist die
Lichtlenkplatte 2 ebenfalls über einen Abstandhalterahmen 8 und eine Klebe- und Versiegelungsmasse 9 befestigt. Die zweite Platte 4 besteht aus Verbundglas, das aus
den Einzelglasscheiben 41 und 42 und den in dem Zwischenraum streifenförmig angeordneten Siliciumzellen 6 zusammengesetzt ist. Die transparenten Bereiche 7 ober-
und unterhalb der strahlungsundurchlässigen Streifen aus den Photovoltaikelementen
werden durch die thermoplastische Kleberschicht 43 aus Polyvinylbutyral ausgefüllt.
Dadurch wird ein dauerhafter Verbund zwischen den Einzelglasscheiben 41 und 42 mit
den in dem Zwischenraum geschützt angeordneten Siliciumzellen 6 sichergestellt.
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Claims (7)
1. Verglasung zur Steuerung der Transmission von Licht mit einer der
Strahlungsquelle zugewandten transparenten Lichtlenkplatte, die mit die Lichtstrahlen in
Abhängigkeit von der Einstrahlungsrichtung auf eine zweite Platte umlenkenden und/oder
fokussierenden Mitteln versehen ist, wobei die zweite Platte mit im Wechsel aufeinanderfolgend strahlungsundurchlässigen und strahlungsdurchlässigen Streifen
versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die strahlungsundurchlässigen Streifen als
Photovoltaikelemente (6; 13) ausgebildet sind.
2. Verglasung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtlenkplatte (2)
mit der zweiten Platte (4) über einen Abstandhalterahmen (8) zu einer Isolierglaseinheit
verbunden ist.
3. Verglasung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtlenkplatte (2)
über eine transparente Polymerschicht (12), deren Brechungsindex sich von demjenigen
der Lichtlenkplatte (2) unterscheidet, mit der zweiten Platte (4) flächig verbunden ist.
4. Verglasung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
zweite Platte (4) aus einem Verbund zweier transparenter Platten (41; 42) besteht und die
Photovoltaikelemente (6; 13) innerhalb dieses Verbundes angeordnet sind.
5. Verglasung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an
der Einheit aus der Lichtlenkplatte (2) und der zweiten Platte (4) unter Zwischenschaltung
eines Abstandhalterahmens (8) eine dritte transparente Platte (14) angeordnet ist.
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6. Verglasung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an
der Einheit aus der Lichtlenkplatte (2) und der zweiten Platte (4) eine Vakuum-Isolierglaseinheit
angeordnet ist.
7. Verglasung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Lichtlenkplatte (2) mit einer schmutzabweisenden Beschichtung versehen ist.
VE916GM.DOC
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Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10017610A1 (de) * | 2000-03-30 | 2001-10-18 | Hahn Meitner Inst Berlin Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines Solarmoduls mit integriert serienverschalteten Dünnschicht-Solarzellen und mit dem Verfahren hergestellte Solarmodule, insbesondere unter Verwendung von Konzentratormodulen |
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