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Solarele ktrisch angetriebenes und gesteuertes Wärme 5 chutzrolladensystem
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Bei den Wärmeverlusten in Wohnhäusern spielen die Fenster eine große
Rolle. Je nach Konstruktion der Fenster entweicht bis zu 40% der Wärme durch die
Fenster. Die Fenster sind aber nicht nur eine Wärmesenke, sondern sie können auch
zum Wärmegewinn beitragen. Bei Südfenstern wird im Winter bei Sonnenschein durch
Einstrahlung die Wärmebilanz erheblich verbessert. (Näheres findet sich in /1/).
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Um den wärmetechnischen Effekt der Fenster zu optimieren, wird heute
vorgeschlagen, gut wärmeisolierende Rolläden oder Fensterläden vorzusehen, welche
bei Tag geöffnet und bei Nacht geschlossen werden. Dann ergibt sich maximaler Strahlurigsgewinn
bei Tag und maximale Isolation bei Nacht, wo die Temperaturdifterenzen zwischen
Wohnräumen und Außenwelt am größten sind. Bezüglich der nicht nach Süden gerichteten
Fenster soll ähnlich vorgegangen werden, da hierbei zwar kein nennenswerter Strahlungsgewinn
bei Tag erfolgt, aber ebenfalls die Verluste bei Nacht minimiert werden sollten.
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Üblicherweise erfolgt das Öffnen und Schließen der Rolläden von Hand,
was aber nicht nur eine Unannehmlichkeit für die Bewohner darstellt, sondern auch
zu einem nicht optimalen Betrieb führt, da das Öffnen und Schließen der Rolläden
auf diese Weise nicht immer rechtzeitig erfolgt, sondern oft sogar vergessen wird.
Dieses Problem läßt sich durch elektrisch angetriebene Rolläden vermeiden, wobei
jedoch bei Netzbetrieb erforderlich ist, daß jedes Fenster mit einem Netzanschluß
versehen ist. Dies ist für einen Neubau aufwendig und für viele Altbauten überhaupt
nicht zu realisieren.
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Es ist nun ein Vorschlag bekannt, in einem Rollo den Elektroantrieb
nebst auswechselbaren Primärbatterien oder Akkumulatoren im Drehkörper zu
integrieren
und somit unabhängig vom Netzbetrieb zu machen. /2/ Diese Lösung ist nur für Rollos
sehr leichter Bauart anwendbar und erfordert darüber hinaus periodisches Auswechseln
der Primärbatterien oder Akkumulatoren zwecks Aufladung.
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Erfindungsgemäß werden die obigen Probleme dadurch gelöst, daß der
Elektroantrieb des Rolladens durch einen Akkumulator gespeist wird, der seinerseits
photovoltaisch durch eine Solarzelle aufgeladen wird. Dabei kann die Solarzelle
gleichzeitig die Steuerung der Öffnung oder Schließung des Rolladens als Dämmerungsschalter
übernehmen. Folgende Abschätzung zeigt, daß die Energieversorgung auch bei ungünstiger
Aufstellung gewährleistet ist: Für den Energiebedarf zum Anheben oder Senken eines
Rollos mit einer Masse von 1 kg über eine Strecke von 2 m werden etwa 2 kgm benötigt.
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Für zweimalige Betätigung pro Tag ergeben sich 4 kgm = 1. 09 x 10
2wh/d.
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Sieht man eine Energiespeicherung für 10 Tage vor, um Schlechtwetterperioden
im Winter oder wiederholte manuelle Betätigung zu überbrücken, dann erhält man eine
notwendige Speicherkapazität für eine aufladbare NcCd Batterie (Betriebsspannung
1.2 V) von rund 100 mAh. Eine Zelle vom Typ 501 RS (entspricht Mignonzelle) mit
500 mAh würde daher mehr als ausreichend sein und, da sie nie tiefenüaden wird,
eine Lebensdauer von 2000 - 5000 Zyklen haben, was annähernd einem 10-jährigen Betrieb
entspricht.
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Die Ladung erfolgt durch Solarzellen, wobei auch hier dargetan werden
kann, daß das Energie angebot allen Anforderungen genügt: Die niedrigste Energie
einstrahlung tritt in den Wintermonaten Dezember und Januar auf und beträgt für
eine ebene Fläche 0, 4 kWh/m² d in Hamburg, dem ungünstigsten Ort der Bundesrepublik.
Bei Anbringung an einer Nordfassade erniedrigt sich diese Energie auf 0, 2 kWh/m²d.
Nimmt man aus obiger Abschätzung einen Bedarf von 1.09 x 10 2wh/d, dann erhält man
bei 2 einem Solarzellenwirkungsgrad von 10% eine Solarzellenfläche von 6.8 cm
Mit
Reserve für Systemverluste wäre eine Solarzelle von 10 cm² auch für diesen ungünstigen
Fall ausreichend. Bei dem unten beschriebenen Fluoreszenzkollektoren mit einem angenommenen
Wirkungsgrad von 9% wären 2 34 cm nötig. Man sieht hieraus, daß es immer möglich
sein wird, auf dem Rolladengehäuse ausreichend Platz für die Energieversorgung zu
finden.
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Diese günstige Situation erlaubt es, auch bei 10-fach geringerer Einstrahlung
noch das System zu betreiben, d. h. man kann auch eine nach unten gerichtete oder
auf der Innenseite eines Fensters befindliche Fläche für den Strahlungsempfang vorsehen.
Im. übrigen kann der Antriebmotor klein gehalten werden, da die Geschwindigkeit
der Rolladenbewegung unerheblich ist: Ein Motor kleiner Leistung mit einem Getriebe
verbunden genügt für den Antrieb. Die Steuerung des Rolladens kann durch die Energieversorgung,
d. h. durch die Solarzellen geschehen, da diese die Eigenschaft eines Photoelements
besitzen. Eine entsprechende Schaltung mißt den von den Solarzellen abgegebenen
Strom bzw. deren Spannung und aktiviert bei einem einstellbaren Grenzwert die Schließung
bzw. Öffnung des Rolladens. Diese Schal tung kann am besten mit der Lade schaltung
für die Akkuzelle kombiniert werden. Für manche Fälle, in denen die Solarzellen
so angebracht sind, daii sie durch den Rolladen bei Nacht verdeckt werden, oder
an Orten, an denen die Diskrimination von Tag und Nacht erschwert ist, z. B. in
der Nähe einer Straßenbeleuchtung, kann die Steuerung auch über ein Quarzuhrwerk
mit einprogrammierten Jahresdaten für Sonnenauf- bzw. Untergang erfolgen.
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Diese Art Zeitgeber sind für Armbanduhren entwickelt worden, daher
sehr billig, und können leicht für den gegenwärtigen Zweck angepaßt werden.
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Sie haben eine Ganggenauigkeit von wenigen Minuten pro Jahr.
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Da die Möglichkeit bestehen muß, den Rolladen auch manuell zu betätigen,
z. B. wenn im Sommer die Funktion nicht gewünscht oder Sonnenschutz gewünscht wird,
oder wenn bei Nacht gelüftet werden soll, ist eine Umschaltung vorzusehen, die zwischen
automatischem und manuellem Betrieb schaltet, wobei bei letzterem die Funktionen
auf, ab und halt vorzusehen sind.
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Bei den Betriebsbedingungen des Rolladens ist es unvermeidbar, daß
vor allem im Sommer viel mehr Energie produziert wird, als zum Betrieb benötigt
wird. Daher ist eine Schaltung erforderlich, die die Überladung des Akkus verhindert.
Dies kann z. B. durch Abschaltung der Ladung bei Erreichung einer kritischen Ladespannung
geschehen.
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Die obige Abschätzung des Energieverbrauchs im Verhältnis zum Angebot
läßt eine erhebliche Flexibilität in der Anbringung zu. Selbst an Nordfassaden steht
noch genügend Energie zum Betrieb zur Verfügung. Je nach den Belichtungsverhältnissen
kann auch an der Unterseite des Rolladenkastens noch genügend Energie empfangen
werden. Somit hat man die Wahl zwischen außen angebrachten Rolläden, die wegen der
Windbelastung entsprechend stabil gebaut sein müssen, oder Rolläden, die zwischen
zwei Fensterscheiben oder im Innenraum montiert sind. Die letzteren können von leichterer
Konstruktion und daher auch billiger sein. Bei Außenrolläden ist auch ein neben
der Fensterfläche montierter Rolladenkasten möglich, wobei sich der Rolladen dann
seitlich bewegt.
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Bei der Energieversorgung, die prinzipiell durch Solarzelle erfolgt,
sind zwei Versionen möglich: 1. Durch direkt beleuchtete Solarzellen, die an der
Oberfläche des Rolladenkastens angebracht sein können. Da eine Solarzellenfläche
teuer ist, kann hier die Größe der Solarzellenfläche an die örtlichen Einstrahlungsbedingungen
angepaßt werden.
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2. Durch Fluoreszenzkollektoren. /3/ Der Fluoreszenzkollektor besteht
im Prinzip aus einer mit fluoreszierenden Farbstoffen dotierten Plexiglasplatte,
die mittels Totalreflexion das Licht konzentriert. An den Kanten werden auf dem
größten Teil der Fläche Reflektoren angebracht und auf einem kleineren Teil Solarzellen,
deren Fläche viel kleiner ist als die des Kollektors. Obwohl Fluoreszenzkollektorsysteme
einen
kleineren Wirkungsgrad haben als Solarzellen, eignen sie sich hervorragend für diesen
Zweck, da der Kollektor einen Teil des Rolladengehäuses bilden kann und dadurch
kaum zusätzlich Kosten auftreten. Da das Kollektormaterial im Vergleich zu Solarzellen
sehr billig ist, kann man immer die ganze zur Verfügung stehende Fläche ausnutzen
und somit auch an ungünstig beleuchteten Standorten noch genügend Energie einsammeln.
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Die wesentlichen Vorteile des hier beschriebenen Rolladens sind die
völlig automatische Funktion, die leichte Montierbarkeit und die Unabhängigkeit
vom elektrischen Leitungsnetz. Der letzte Punkt ist von besonderer Bedeutung für
die Nachrüstung von Altbauten, da in diesem Fall die nachträgliche Verlegung von
Leitungen viel zu aufwendig wäre.
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Da die vorkommenden elektrischen Spannungen sehr niedrig sind, entfallen
auch die bei Netzanschluß notwendigen aufwendigen Isolations-und Sicherheitsmaßnahmen.