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Die
Erfindung betrifft ein Abdeckelement für Gewächshäuser oder eine ähnliche
Vorrichtung, bestehend aus einem ersten, transparenten, formstabilen
plattenförmigen
Element (3) mit vordefinierten Abmessungen.
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Gewächshausdächer haben
in der Regel ein nach zwei Seiten geneigtes Dach, das durch Aneinanderfügen von
transparenten, in der Regel aus Glas bestehenden. Platten gebildet
und durch mehrere horizontale Bauelemente sowie entsprechend geneigte
Querverbinder abgestützt
wird. Während
des Sommers werden Gewächshäuser normalerweise mit
besonderen Netzen abgedeckt und/oder mit einem Anstrich versehen,
um den Lichteinfall zu beschränken
und damit ein Überhitzen
zu vermeiden. Dies führt
zu erhöhten
Material- und Arbeitskosten.
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DE U 8620528 zum Beispiel
beschreibt ein Gewächshaus
mit einem transparenten, formstabilen plattenförmigen Element, bei dem sich
Bereiche mit einem hohen Lichtdurchlässigkeitsbeiwert, d. h. lichtdurchlässige Bereiche,
und Bereiche mit einem niedrigen Lichtdurchlässigkeitsbeiwert, d. h. lichtundurchlässige Bereiche,
abwechseln.
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US 4345818 beschreibt eine
Vorrichtung zur Beleuchtung und Beheizung des Inneren von Gebäuden unter
Ausnutzung der Sonneneinstrahlung. Die Vorrichtung besteht aus Mitteln
zur Aufnahme der solaren Energie über flächenmäßig große Bereiche und deren Fokussierung
auf den kleinen Flächenbereich am
Eingang eines Lichtleiters unter Einsatz von Dünnschichtmitteln zur Lichtleitung;
kleinkalibrige Lichtleiter zum Transport der Energie durch die Gebäudeaußenhaut
und Mittel zu deren Verteilung an nützliche Stellen innerhalb des
Gebäudes.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, die obigen Nachteile
zu beseitigen und unter Einsatz einfacher und mit einem geringen
Kostenaufwand verbundener Mittel ein Abdeckelement wie weiter oben
beschrieben zu schaffen, mit dem eine automatischen Steuerung des
Wärmeeintrags
in Gewächshäuser in
Abhängigkeit
von den Änderungen
in der Sonneneinstrahlung nicht nur während der verschiedene Jahreszeiten
sondern auch über
den Tag verteilt möglich
wird. Mit anderen Worten: gewünscht wird
im Gewächshaus
eine Temperatur, die im wesentlichen konstant ist oder zumindest
nur solche Schwankungen aufweist, denen die Nutzpflanzen widerstehen
können,
wobei der Einsatz der derzeitig verwendeten unterschiedlichen Abdeckungen
wie auch mechanisch bewegter Teile umgangen und insbesondere auf
menschliche Eingriffe verzichtet werden soll, um auf diese Weise
eine deutliche Senkung der Gesamtkosten zum Betrieb eines Gewächshauses
zu erreichen.
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Die
Erfindung entspricht der obigen Zielstellung mit der Schaffung des
Abdeckelements wie weiter oben beschrieben, wobei das erste, transparente, formstabile
plattenförmige
Element Bereiche mit einem hohen Lichtdurchlässigkeitsbeiwert, insbesondere
völlig
lichtdurchlässige
Bereiche, enthält,
die sich mit Bereichen mit einem niedrigen Lichtdurchlässigkeitsbeiwert,
der insbesondere Null sein kann und damit lichtundurchlässige Bereiche
bildet, abwechseln. Da mit der Anordnung dieses ersten Elements
die Sonneneinstrahlung in das Gewächshaus nicht nur während des
Sommers sondern auch im Winter vermindert wird, sind optische Mittel
vorzusehen, mit denen das Licht auf die lichtundurchlässigen Bereiche
abgelenkt und konzentriert wird, wenn die Sonne ihren Höchststand über dem
Horizont erreicht, und mit denen nach und nach eine Ablenkung und Konzentration
des Lichts auf die lichtdurchlässigen Bereiche
erfolgt, wenn die Sonne den niedrigsten Stand über dem Horizont erreicht,
so dass die Sonneneinstrahlung in das Gewächshaus automatisch kontrolliert
wird und übermäßige Temperaturschwankungen
in letzterem vermieden werden. Wie bereits erwähnt, würde ein der Gefahr der Überhitzung
ausgesetztes Gewächshaus
eine entsprechende Abdeckung oder sogar ein Kühlsystem erforderlich machen.
Zudem verfügen
die optischen Mittel über
Eigenschaften, mit denen das Vorhandensein der lichtundurchlässigen Bereiche
während
des Winters ausgeglichen und die Temperatur im Gewächshaus
im wesentlichen auf Werten gehalten werden kann, wie sie bestünden, würden nur
völlig
lichtdurchlässige Platten
verwendet werden.
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Bekanntermaßen geht
die Sonne im wesentlichen im Osten auf und im Westen unter und beschreibt
auf ihrem Weg einen Bogen, dessen Scheitelpunkt über dem Horizont seine geringste
Höhe zur Wintersonnenwende
hat, wonach er allmählich
immer höher
steigt, bis er zur Sommersonnenwende beginnt, wieder auf seinen
tiefsten Punkt zur Wintersonnenwende abzusinken.
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Lichtdurchlässige und
lichtundurchlässige Bereiche
können
sich nach einem regelmäßigen oder
auch einem unregelmäßigen Muster
abwechseln. Die musterhafte Anordnung der lichtdurchlässigen und
lichtundurchlässigen
Bereiche hängt
im wesentlichen von der geografischen Breite des Standortes des
Daches, der Neigung der nach Süden
weisenden Dachschräge
und der Orientierung der Dachschrägen in Ost-West-Richtung ab.
Wie bereits erwähnt
können
an jedem aus einem lichtundurchlässigen
Bereich und einem benachbarten lichtdurchlässigen Bereich gebildeten Bereichspaar
optische Mittel eingesetzt werden, mit denen das Licht abgeleitet und
im Wechsel auf die lichtundurchlässigen
und die lichtdurchlässigen
Bereiche fokussiert wird.
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Vorteilhafterweise
können
die lichtdurchlässigen
und die lichtundurchlässigen
Bereiche in einem Muster angeordnet werden, bei dem zumindest eine der
Trennlinien, wie sie zwischen den lichtundurchlässigen Bereichen und den lichtdurchlässigen Bereichen
existieren, die besagte Paare aus jeweils einem lichtundurchlässigen Bereich
und einem benachbarten lichtdurchlässigen Bereich bilden, im wesentlichen
entlang der Ost-West-Achse verläuft.
Mit anderen Worten: der lichtdurchlässige Bereich wird – bezogen
auf den benachbarten lichtundurchlässigen Bereich – in Nord-Süd-Richtung
angeordnet. Wie im weiteren noch deutlicher zu zeigen ist, ist diese
Anordnung entscheidend für
die korrekte Funktion des Abdeckelements.
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Wie
bereits erwähnt,
kann das erfindungsgemäße Abdeckelement
auf dem Dach eines Gewächshauses
installiert werden. In diesem Fall können die lichtdurchlässigen und
die lichtundurchlässigen
Bereiche in einem Muster angeordnet werden, bei dem zumindest eine
der Trennlinien, wie sie zwischen den lichtundurchlässigen Bereichen
und den lichtdurchlässigen
Bereichen existieren, die besagte Paare aus jeweils einem lichtundurchlässigen Bereich
und einem benachbarten lichtdurchlässigen Bereich bilden, gegenüber dem
Dachfirst in einem Maße
geneigt ist, in dem besagter Dachfirst von der Ost-West-Achse abweicht.
Dank dieser Anordnung verläuft
diese Trennlinie damit wie gewünscht
im wesentlichen entlang der Ost-West-Achse.
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Die
lichtdurchlässigen
und die lichtundurchlässigen
Bereiche bedecken entweder gleichgroße oder verschieden große Flächen, wobei
das Verhältnis
zwischen besagten Flächen
im wesentlichen eine Funktion der geografischen Breite des Standortes
ist, an dem das Abdeckelement installiert wird.
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Als
optische Mittel zur Ablenkung und Konzentration des Lichts können Feldlinsen
zum Einsatz kommen. Verwendet werden können alle Arten Feldlinsen, vorausgesetzt
mit ihnen lässt
sich die für
das Funktionieren erforderliche Wirkung bei der Ablenkung des Lichts
erzielen. Besagte Linsenbaugruppen werden insbesondere aus plankonvexen,
bikonvexen und sogar Fresnel-Linsen gebildet. Die Feldlinsen werden
in einem bestimmten Abstand von der Außenfläche des ersten, formstabilen
Elements angebracht. Die Linse kann so bemessen werden, dass ihre
Größe im wesentlichen
der Gesamtsumme der quer zu Rotationsachse der Linse liegenden Teilflächen eines
lichtundurchlässigen
Bereichs und des benachbarten lichtdurchlässigen Bereichs entspricht, wobei
besagte Rotationsachse im wesentlichen in Richtung der Ost-West-Achse
verläuft.
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Die
Krümmung
der Linse wird so eingestellt, dass das Licht immer dann auf den
lichtundurchlässigen
Bereich abgelenkt und konzentriert wird, wenn die Sonne ihren Höchststand über dem
Horizont erreicht, d. h. in der Mitte des Tages und zur Zeit der Sommersonnenwende,
wenn die Sonneneinstrahlung in einem steileren Winkel erfolgt, und
nach und nach eine Ablenkung und Konzentration des Lichts auf den
lichtdurchlässigen
Bereich erfolgt, wenn die Sonne den niedrigsten Stand über dem
Horizont erreicht, d. h. am Morgen und am Abend und zur Zeit der
die Wintersonnenwende, um auf diese Weise den Lichteintrag in das
Gewächshaus
zu maximieren.
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Nach
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, die sich auf die
ideale Positionierung des Abdeckelements bzw. des aus besagtem Abdeckelement
gebildeten Daches bezieht und bei der eine Ausrichtung längs der
Ost-West-Achse erfolgt
(und die detailliert in der Beschreibung der Zeichnungen erläutert wird),
können
die lichtundurchlässigen
Bereiche und die lichtdurchlässigen
Bereiche auch in sich abwechselnden Streifen angeordnet werden,
die sich im wesentlichen über
die komplette Breite des ersten, formstabilen Elements erstrecken
und in Richtung der Ost-West-Achse verlaufen. Dabei kann eine Feldlinse,
z. B. eine plankonvexe zylindrische, d. h. die Form eines zylindrischen
Segments einnehmende Linse, für
jedes aus einem lichtundurchlässigen
Streifen und einem benachbarten lichtdurchlässigen Streifen gebildetes
Streifenpaar eingesetzt werden.
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Jede
Linse verfügt über eine
Längsabmessung,
die im wesentlichen der Breite des ersten Plattenelements entspricht,
d. h. im wesentlichen gleich der Längsausdehnung der lichtundurchlässigen Streifen
und der lichtdurchlässigen
Streifen ist, sowie eine Abmessung quer zu ihrer Achse, die im wesentlichen
der Gesamtbreite eines lichtundurchlässigen Streifens und eines
benachbarten lichtdurchlässigen Streifens
entspricht. Die Linsenachse kann parallel zu den Längsseiten
der darunter liegenden Streifen, d. h. – vorausgesetzt das Dach bzw.
das Abdeckelement ist ideal positioniert – im wesentlichen in Richtung
der Ost-West-Achse,
angeordnet werden. Die Krümmung
der Linse und ihr Abstand vom ersten Plattenelement wird so gewählt, dass
der gewünschte
Effekt einer wechselweisen Ablenkung der Sonneneinstrahlung auf
den lichtundurchlässigen
Bereich und den lichtdurchlässigen
Bereich, auf optimale Weise erreicht wird.
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Nach
einer vorteilhaften Verbesserung kann jede Feldlinse durch eine
gleichwertige Stufenlinse, auch unter dem Namen Fresnel-Linse bekannt,
ersetzt werden. Bekanntermaßen
handelt es sich bei dieser Art Linsen um besonders kompakte und
leichte Feldlinsen, deren konzentrische Kreise, die so geformt sind,
dass jeder Teil einer konvexen Oberfläche ist, wirken wie eine konventionelle
Feldlinse, nur dass letztere viel dicker und schwerer ist. Eine
vergleichbare Leistung – und
hier insbesondere eine vergleichbare optische Leistung – unterstellt,
sind Fresnel-Linsen dünner
und haben ein geringeres Gewicht. Dies führt zu geringeren Fertigungskosten,
zu einem verminderten Materialeinsatz und somit auch zu einem geringeren
Gesamtgewicht des Abdeckelements, verbunden mit einer verminderten,
von der Linse absorbierten Lichtmenge.
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Nach
einer weiteren höchst
vorteilhaften baulichen Verbesserung können die Linsen in ein zweites,
im wesentlichen formstabiles Plattenelement integriert werden, das
aus besagten, dort eingefügten
Feldlinsen gebildet und, zum Beispiel, aus einem transparenten Kunststoffmaterial
geformt wird. Das Plattenelement kann in einem bestimmten Abstand
und parallel zur Außenfläche des
ersten Plattenelementes angebracht werden und dabei über die selben
Abmessungen wie letzteres verfügen
oder die Größe zweier
oder mehrerer benachbarter Plattenelemente oder sogar der gesamten
geneigten Dachfläche
einnehmen.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung kann ein weiteres flaches lichtdurchlässiges äußeres Plattenelement
geringer Dicke vorgesehen werden, das dem Schutz des Plattenelements,
das die integrierten Linsen enthält,
dienen und eine bessere Ableitung des Regenwassers bewirken soll.
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Das
erste Plattenelement kann aus einem formstabilen Material, insbesondere
aus lichtdurchlässigem
Glas oder ähnlichem,
gefertigt werden.
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Das
Abdeckelement kann direkt in das Dach eines Gewächshauses integriert werden.
Dabei kann das erste Plattenelement vorteilhafterweise durch eine
der Abdeckplatten des Gewächshausdaches gebildet
werden, was erhebliche Einsparungen in den Fertigungskosten des
erfindungsgemäßen Abdeckelements
nach sich zieht. Insbesondere kann das neuartige Abdeckelement durch
Umarbeitung eines vorhandenen Gewächshausdaches, d. h. durch Anbringen
der lichtundurchlässigen
Bereiche und der Plattenelemente mit integrierten Linsen auf den
Glasplatten eines konventionellen Gewächshausdaches, gebildet werden.
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Das
durch die lichtundurchlässigen
Bereiche und die lichtdurchlässigen
Bereiche gebildete Muster kann von dem oben beschriebenen abweichen.
So kann z. B. auch ein Schachbrettmuster vorgesehen werden, bei
dem die Linsen ein entsprechend versetzt angeordnetes, senkrecht
zu ihrer Rotationsachse verlaufendes Muster bilden. Ebenso können die lichtdurchlässigen durch
die lichtundurchlässigen
Bereiche zusammen mit den Feldlinsen zum Beispiel entsprechende
Profile aufweisen, die zumindest teilweise gekrümmt sind. Dabei beeinflussen
die Ausrichtung des Plattenelements, die geografische Breite und
die Neigung des Plattenelements gegenüber der Horizontalen, wie bereits
erwähnt,
offensichtlich das von den lichtundurchlässigen und den lichtdurchlässigen Bereichen
gebildete Muster wie auch deren äußere Form
und Ausrichtung gegenüber
dem einzelnen Plattenelement und/oder dem Dach.
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Die
lichtundurchlässigen
Bereiche können auf
beliebige Art und Weise, z. B. durch Aufbringen von Farbanstrichen,
Klebebändern,
Streifen eines lichtundurchlässigen
Materials oder ähnlichem
auf der äußeren und/oder
der inneren Oberfläche
des ersten Plattenelementes, gebildet werden.
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Die
Vorteile der Erfindung mit den oben soweit beschriebenen Merkmalen
sind aus den obigen Darlegungen offensichtlich und bestehen in einer vollautomatischen
Kontrolle der Sonneneinstrahlung in das Gewächshaus ebenso wie in der Unterbindung übermäßiger Temperaturschwankungen
in seinem Inneren. Die Notwendigkeit des Einsatzes von Abdeckungen
im Sommer, die eine abschattende Funktion haben, entfällt damit
gleichfalls. Darüber
hinaus kann das erfindungsgemäße Abdeckelement
auch zum Schutz des Gewächshausdaches,
insbesondere gegen Witterungsunbilden wie Hagel usw., eingesetzt werden.
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Die
Erfindung erstreckt sich jedoch auf andere, zusätzlich zu den bereits für das Abdeckelement oben
beschriebene Merkmale, die weitere Vorteile mit sich bringen.
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Nach
einer weiteren höchst
vorteilhaften Verbesserung können
die lichtundurchlässigen
Bereiche durch Anbringen von photoelektrischen Modulen auf der äußeren Oberfläche des
ersten Plattenelementes gebildet werden, wobei die Module vorzugsweise
in Gruppen angeordnet werden und dabei Streifen bilden, die im wesentlichen
entlang der Ost-West-Achse verlaufen und sich mit lichtdurchlässigen Streifen abwechseln.
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In
diesem Fall besteht das erfindungsgemäße Abdeckelement aus einem
ersten, lichtdurchlässigen
Plattenelement, das mehrere photoelektrische Module trägt, die
als solche Bereiche oder Streifen mit einem niedrigen oder den Wert
Null annehmenden Lichtdurchlässigkeitsbeiwert,
d. h. die lichtundurchlässigen
Bereiche, bilden, einem zweiten, lichtdurchlässigen Plattenelement, das
im wesentlichen über
die gleichen Abmessungen wie das erste Plattenelement verfügt und das
der Abdeckung und dem Schutz der photoelektrischen Module dient,
sowie einem dritten Plattenelement, das im wesentlichen über die
gleichen Abmessungen wie das erste und das zweite Plattenelement
verfügt,
in dem die Feldlinsen integriert sind und das mit starren Armen
oder einer ähnlichen
Vorrichtung in einem bestimmten Abstand vom zweiten Plattenelement
gehalten wird. Des weiteren kann ein formstabiler Halte-, Stütz- und Dichtrahmen,
der entlang der umlaufenden Kanten des ersten und des zweiten Plattenelements
verläuft, vorgesehen
werden.
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Wie
oben bereits erwähnt,
wird das erste, lichtdurchlässige
Plattenelement vorteilhafterweise von einer der transparenten Abdeckplatten
des Gewächshausdaches
gebildet, wohingegen der Rahmen zumindest in Teilen aus formstabilen
Trägern besteht,
die besagte transparente Platten, z. B. in Form metallener Längsträger oder
Querträger,
halten.
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Das
erfindungsgemäße Abdeckelement
wurde für
einen Einsatz als Gewächshausabdeckung
beschrieben, es kann aber auch vorteilhaft zur Abdeckung von Gebäuden und
Freiflächen
jeder Art und Zweckbestimmung, wie z. B. Veranden, Fensterdächer, Sporteinrichtungen
oder ähnlichem,
genutzt werden.
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Das
erfindungsgemäße Abdeckelement weist
zahlreiche Vorteile auf. Es kann für eine automatische Temperatursteuerung
im Gewächshaus und
eine im höchsten
Maße kostengünstige Energieerzeugung
eingesetzt werden. Die Kosten des obigen Abdeckelements sind wesentlich
geringer als die eines konventionellen bodennahen photovoltaischen Systems,
weil zum einen der Rahmen und die Glasbedeckung des Gewächshauses
mitgenutzt werden, und weil zum anderen – anders als bei konventionellen
bodennahen photovoltaischen Systemen – der Boden unterhalb der Plattenelemente
für Pflanzenbauzwecke
genutzt werden kann, wodurch sich die Gesamtkosten des photovoltaischen
Systems reduzieren lassen. Daher besteht keine Notwendigkeit, eine
allein für
die Stromerzeugung vorgesehene Fläche zu erwerben, sondern es
können
bestehende Kulturflächen
praktisch kostenlos mitgenutzt werden. Kein Teil des Gewächshauses
muss verändert
werden, sondern – im
Gegenteil – die
Dachbedeckungselemente können
als Abdeckelemente benutzt werden. Dazu führt jeder photoelektrische
Modul zu einer erhöhten
Produktion mit gesteigerten Erträgen
dank des Umstandes, dass die Einstrahlung von einer größeren Fläche als
sie der jeweilige Modul bedeckt gesammelt und auf ihm gebündelt wird.
Tatsächlich wird,
dank der Abmessungen und der die Einstrahlung fokussierenden Wirkung
der Linsen, eine höhere
Leistung der photoelektrischen Module erreicht, d. h. das Licht
wird in einer für
eine Gewächshausbeheizung
und Energieerzeugung geeigneten Art und Weise besser ausgenutzt.
Die Module erzeugen Energie, wenn auch in einem geringeren Umfang,
selbst im Winter bzw. wenn sie nur teilweise von dem durch die Linsen
gelenkten Lichtstrahl getroffen werden, weil die Streustrahlung
sie auch außerhalb
der Reichweite der Linsen erreicht. Dies geschieht automatisch und
ohne den Einsatz bewegter Teile. Damit verbunden ist eine Verminderung
der Wartungskosten, eine längere
Systemstandzeit und eine Senkung der Betriebskosten, da weder Elektroenergie
noch Kraftstoffe für
bewegte Teile verbraucht werden. So lassen sich beträchtliche
Einsparungen bei der Gewächshausbeheizung
erzielen, da die erzeugte Elektroenergie in das Netz eingespeist
und im Winter – als
Alternative zur Verwendung von Brennstoffen wie Öl oder ähnlichem – unterstützend zu Gewächshausheizung
eingesetzt werden kann. Darüber
hinaus erhält das
Gewächshausdach
eine doppelte Abdeckung, die für
eine bessere Wärmeisolation
sorgt und damit eine Senkung des Energieverbrauchs für Heizungszwecke
bewirkt. Schließlich
lässt sich
auch eine deutliche Reduzierung schädlicher Emissionen aus den Gewächshausbeheizungsanlagen
erzielen.
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Weitere
Merkmale und Verbesserungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die
erfindungsgemäßen Eigenschaften
und die daraus abgeleiteten Vorteile werden deutlicher noch durch
die folgende Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen:
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1 ist
eine allgemeine schematische Vorderansicht eines konventionellen
Gewächshauses,
bei dem auf einer Dachschräge
ein erfindungsgemäßes Abdeckelement
angebracht ist, und in der die Sonne in ihrer höchsten und ihrer tiefsten Position über dem
Horizont dargestellt ist.
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2 ist
eine partielle Draufsicht auf die Gewächshausdachschräge aus 1 mit
dem auf ihr angebrachten erfindungsgemäßen Abdeckelement.
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3 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie III aus 2.
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4 zeigt
das Verhalten des erfindungsgemäßen Abdeckelements
in einer Schnittansicht entlang einer Linie quer zum First des Gewächshausdaches,
wenn die Sonne relativ niedrig über
dem Horizont steht.
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5 ist
eine Ansicht vergleichbar mit 4, nur das
die Sonne relativ hoch über
dem Horizont steht.
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Zur
Vereinfachung wird bei der in den Abbildungen dargestellten Ausgestaltung
von einer idealen Position und Orientierung des Gewächshausdaches
mit wenigstens einem Abdeckelement ausgegangen, d. h. das Plattenelement
bzw. das gesamte Dach ist rechteckig, wobei eine (in der Regel die
kürzere)
Seite entlang der Ost-West-Achse und die andere (in der Regel die
längere)
Seite entlang der Nord-Süd-Achse
verläuft.
Die geografische Breite und die Dachschräge – und somit auch die Neigung des
Abdeckelements gegenüber
der Horizontalen – werden
so gewählt,
dass die lichtundurchlässigen wie
auch die lichtdurchlässigen
Streifen im wesentlichen die gleichen Abmessungen aufweisen und
in einem regelmäßigen Muster
angeordnet sind. Muster und Verhältnis
zwischen den lichtundurchlässigen und
den lichtdurchlässigen
Bereichen lassen sich leicht durch Anpassung der Orientierung des
Abdeckelements bzw. des Daches und/oder dessen Neigung gegenüber der
Horizontalen unter unveränderter
Beibehaltung der Musterung der lichtundurchlässigen und der lichtdurchlässigen Be reiche
verändern.
Dadurch entsteht ein winkliger und translationaler Versatz zwischen
dem Profil und den lichtundurchlässigen
und lichtdurchlässigen
Bereichen, deren Schnittstellen die Muster für unterschiedliche Orientierungen
und Positionierungen des Daches bzw. der Abdeckelemente definieren.
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In 1 ist
ein konventionelles Gewächshaus
mit einem nach zwei Seiten geneigten Dach dargestellt. Falls das
Geländerelief
es zulässt,
ergeben sich die Vorteile typischerweise durch Orientierung des
Gewächshauses
mit seinem Dachfirst (1) im wesentlichen in Ost-West-Richtung.
Damit weist eine der beiden Dachschrägen nach Süden, was höchst vorteilhaft für die Beheizung
des Gewächshauses
ist. Dessen ungeachtet verursachen selbst deutliche Abweichungen
der Dachfirstorientierung von der genannten Vorzugsrichtung keine
signifikanten Leistungsverluste beim Betrieb der erfindungsgemäßen Abdeckvorrichtung.
Das Gewächshaus
verfügt über eine
Vielzahl vertikaler Dachstützen
(2), und auch die Dachschrägen bestehen jeweils aus mehreren
Plattenelementen (3), die in der Regel aus Glas gefertigt sind
und eine rechteckige Form aufweisen, und die mit ihren längeren Seiten
aneinander stoßend
in einer parallel zum Dachfirst (1) verlaufenden Richtung verlegt
sind, wobei der Dachfirst in der Regel von einem metallenen Längsträger gebildet
wird. Die kürzeren
Seiten der einzelnen Plattenelemente (3) liegen einerseits
am Dachfirst (1) an und andererseits an einem, in der Regel
aus Metall bestehenden Längsträger (4),
der parallel zum Dachfirst (1) an der Unterkante der Dachschräge verläuft. Größere Dachschrägen können offensichtlich
mindestens einen zusätzlichen
Zwischenlängsträger aufweisen
und aus mindestens zwei parallel zum Dachfirst (1) angeordneten
Reihen der Plattenelemente (3) bestehen. Dabei liegen die
längeren
Seiten jedes einzelnen Plattenelements (3) an zwei, in
der Regel aus Metall gefertigten Querträgern an, die quer zum Dachfirst
(1) verlaufen und an ihren Enden vom Dachfirst (1)
und vom Längsträger (4)
abgestützt
werden. 1 zeigt das erfindungsgemäße Abdeckelement
montiert auf einer der beiden Dachschrägen, wobei in der Regel die
nach Süden
weisende Dachschräge,
die einer stärkeren
Sonneneinstrahlung ausgesetzt ist, bevorzugt wird, obwohl eine Montage – bei Bedarf – auch auf
der nach Norden weisenden Dachschräge oder sogar auf den umlaufenden
vertikalen Wänden
des Gewächshauses
möglich
ist.
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Auf
der äußeren Oberfläche der
jeweiligen Glasplatte (3) werden mehrere photoelektrischen Module
(106) in Reihen (6) angeordnet, die in Längsrich tung
parallel zum Dachfirst (1) verlaufen. Verwendet werden
kann jede bekannte Art eines photoelektrischen Moduls (106),
obwohl Module aus amorphem Silizium bevorzugt eingesetzt werden,
weil diese nur wenig von halbschattigen Bedingungen beeinflusst
werden. Die in Reihen (6) angeordneten photoelektrischen
Module (106) erstrecken sich über eine im wesentlichen der
Breite des Plattenelementes (3) entsprechenden Länge und
liegen dabei in einem definierten Abstand quer zum Dachfirst (1),
so dass die Oberfläche
des Plattenelementes (3) aus mehreren im wesentlichen lichtundurchlässigen Streifen
besteht, die von den in Streifen (6) angeordneten photoelektrischen
Modulen (106) gebildet werden und die sich mit klaren,
im wesentlichen lichtdurchlässigen
Streifen abwechseln. Die photoelektrischen Module (106)
sind elektrisch miteinander verbunden, zum Beispiel mittels zuführender/abführender
Kabel, Umfahrungsdioden oder anderer technischer Vorrichtungen,
wie sie einem gelernten Fachmann weithin für einen einfachen und schnellen
Anschluss von photoelektrischen Modulen (106) bekannt sind.
Die so erzeugte Energie kann nach außerhalb des Gewächshauses über eine
oder mehrere Leitungen abgeführt
werden, die zum Beispiel an den Längsträgern befestigt werden oder,
falls diese – wie
es oft der Fall ist – durch
rohrförmige
Profile gebildet werden, direkt in diesen verlaufen können. Ein
weiteres Plattenelement (8), das im wesentlichen die gleichen
Abmessungen wie das darunter liegende Plattenelement (3)
aufweist, jedoch deutlich dünner
sein kann, da es keine tragende Funktion hat, dient dabei der Abdeckung
der photoelektrischen Module (106). Das tragende Plattenelement
(3) und die Abdeckplatte (8) verfügen über einen
Halte-, Stütz-
und Dichtrahmen (9) entlang ihrer umlaufenden Kanten. Dieser
Rahmen (9), der aus beliebigem Material (z. B. Aluminium)
sein kann, hat vorrangig die Aufgabe zu verhindern, dass Feuchtigkeit
zwischen das Plattenelement (3) und die Abdeckplatte (8)
eindringt, wodurch die Funktionsfähigkeit der photoelektrischen
Module (106) stark beeinträchtigt werden würde. In
diesem Zusammenhang lassen sich Vorteile durch ein Abdichten der
Kanten, z. B. mit Silikon, erreichen. Der Rahmen (9) kann
zumindest teilweise aus den Trägern,
die die Plattenelemente (3) halten, z. B. der Dachfirst
(1), und dem Längsträger (4)
sowie den Querträgern
(5), gebildet werden.
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Mehrere
Feldlinsen (110), in diesem Fall insbesondere zylindrische
plankonvexe Linsen, werden in einem bestimmten Abstand von der äußeren Oberfläche der
Abdeckplatte (8) angebracht, wobei besagte Linsen jeweils
von Armen (13) gehalten werden, die senkrecht zur Abdeckplatte
(8) verlaufen und am Hal terahmen (9) anliegen.
Die flache Seite der Linsen (110) weist zur Abdeckplatte
(8) und liegt parallel zu dieser, wohingegen die konvexe
Seite der Linsen (110) nach außen zeigt. Die Achsen der Linsen
(110) verlaufen alle parallel zum Dachfirst, wobei jede
einzelne Linse im wesentlichen genauso lang wie die aus den photoelektrischen
Modulen (106) gebildeten Reihen (6) ist und eine
Breite einnimmt, die in der Summe der Breite einer aus den photoelektrischen
Modulen (106) gebildeten Reihe (6) und eines benachbarten,
und hier insbesondere des unmittelbar nördlich liegenden lichtdurchlässigen Streifens (7)
entspricht. Damit wird jede aus photoelektrischen Modulen (106)
gebildete Reihe (6) zusammen mit dem benachbarten lichtdurchlässigen Streifen
(7) von eine Feldlinse (110) überdeckt, die sich in Querrichtung
zu ihrer eigenen Achse im wesentlichen von der unteren Kante der
aus den photoelektrischen Modulen (106) gebildeten Reihe
(6) bis zur oberen Kante des unmittelbar – in Richtung
Dachfirst gelegenen – benachbarten
lichtdurchlässigen
Streifens (7) erstreckt. Wie bereits erwähnt können die
Feldlinsen (110) auch in ein einzelnes Plattenelement (10)
integriert werden, das z. B. aus einem transparenten Kunststoff
geformt ist. Ein solches Plattenelement (10) kann im wesentlichen
die selben Abmessungen wie die darunter liegenden Plattenelemente 8 und 3 haben
und als Wetterschutzabdeckung fungieren.
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In
den 1, 4 und 5 ist die Funktionsweise
des Abdeckelements dargestellt. Steht die Sonne (12) relativ
niedrig über
dem Horizont, lenken die Feldlinsen (110) die Sonnenstrahlen (11)
ab und fokussieren sie auf die lichtdurchlässigen Streifen (7),
wodurch das Vorhandensein der lichtundurchlässigen, aus den Reihen (6)
der photoelektrischen Module (106) gebildeten Streifen
ausgeglichen wird und Licht in das Gewächshaus in einem Umfang gelangt,
der im wesentlichen dem entspricht oder sogar größer ist als der, wie er mit
einer völlig transparenten
Dachschräge
erreicht worden wäre. Steht
die Sonne (12) dagegen relativ hoch über dem Horizont und würde eine übermäßige Sonneneinstrahlung
in das Gewächshaus
bewirken, lenken die Feldlinsen (110) das Licht (11)
mehr und mehr ab und fokussieren es auf die aus den photoelektrischen
Modulen (106) gebildeten Reihen (6) und verhindern
so eine Überhitzung
des Gewächshauses
bei gleichzeitiger Erzeugung von Elektroenergie, die dann für beliebige
Zwecke genutzt werden kann.
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Offensichtlich
ist die Erfindung nicht auf die hier beschriebene und illustrierte
Ausgestaltung beschränkt,
sondern kann weitgehend, insbesondere hinsichtlich des Aufbaus abgewandelt
werden. So lassen sich zum Beispiel Vorteile erzielen, wenn anstelle
plankonvexer zylindrischer Linsen Fresnel-Linsen – mit ihrem
geringeren Gewicht bei gleichwertigen Eigenschaften – eingesetzt
werden. Der Anteil der im Laufe des Jahres auf die Module bzw. die
lichtdurchlässigen
Streifen abgelenkten Lichtmenge kann über die Justierung des Abstandes
der Linsen von den photoelektrischen Modulen eingestellt werden. Diesbezüglich können die
Arme, die die Plattenelemente mit den auf diesen angebrachten Linsen
halten, in der Länge
verstellbar sein, z. B. durch Einsatz von Schraubvorrichtungen oder ähnlichem.
Alternativ kann auch die Anordnung der aus den photoelektrischen
Modulen (106) gebildeten Reihen (6) von der obigen
Beschreibung abweichen, indem sie z. B. Schachbrettmuster oder Bögen bilden
können.
Auch können – als Alternative
oder in Verbindung mit obigem – andere
als die oben beschriebenen optischen Vorrichtungen, z. B. konkave
Spiegel, eingesetzt werden. Darüber
hinaus kann auch das erfindungsgemäße Abdeckelement als solches
in einem anderen Umfeld als einem Gewächshaus, z. B. für Veranden,
auf vorteilhafte Weise eingesetzt werden. Obiges stellt keine Abweichung
vom oben beschriebenen und nachstehend beanspruchten Grundprinzip dar.
Entsprechend ist die Ausgestaltung, die allein zum besseren Verständnis des
erfinderischen Prinzips beschrieben wurde, nicht als Einschränkung besagten
Prinzips zu verstehen, selbst wenn es bestimmte Bedingungen nennt,
unter denen der zu erreichende technische Effekt deutlicher wird.
Ein gelernter Fachmann wird uneingeschränkt in der Lage sein, Form,
Anordnung und Ausmaß der
lichtundurchlässigen
und der lichtdurchlässigen
Bereiche wie auch die Linsenformen für jede beliebige Orientierung
des Daches und/oder des Abdeckelements, für jede beliebige geografische
Breite und auch für jede
Neigung besagten Daches bzw. Abdeckelements gegenüber der
Horizontalen zu bestimmen.