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In
Anbetracht der sich zunehmenden Verschärfung der ökologischen Situation und der
zunehmenden Verknappung der verfügbaren
Energieressourcen, stellt die Klimatisierung von Gebäuden und der
damit verbundene Energieaufwand ein Problem dar, das wegen seines
allgegenwärtigen
Auftretens besonders dringend einer Verbesserung bedarf.
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Ein
wichtiger Faktor bei der Energiebilanz eines Gebäudes sind die solaren Gewinne,
da hier bei einem Ungleichgewicht zum Teil erhebliche Kühllasten
auftreten, die sich negativ auf die Energiebilanz auswirken.
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Um
die Energiebilanz eines Gebäudes
positiv zu beeinflussen gilt es also, den Lichteinfall in ein Gebäude zu regulieren.
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Dies
wird bereits auf sehr effiziente Art und Weise mit Jalousien üblicher
Bauart bewerkstelligt, weil sie sich vom Benutzer, gemäß seinen
individuellen Bedürfnissen,
einfach regulieren lassen, sowohl im Innen- als auch im Außenbereich
problemlos zu installieren und in allen gewünschten Farben und Abmessungen
erhältlich
sind.
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Sie
sind deshalb ein allgegenwärtiges
Produkt auf dem Gebiet der technischen Ausstattung von Gebäuden.
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Im
privaten Bereich, und hier besonders in südlichen, sonnenreichen Ländern werden
auch Rolläden
zur Verschattung von Gebäuden
genutzt. Da hier gelegentlich eine komplette Verdunkelung der Räume erwünscht wird
und keine so hohen Ansprüche
an die Beleuchtungsqualität
gestellt werden wie dies bei Arbeitsplätzen der Fall ist, wird die
eingeschränkte
Möglichkeit
der Regulierung des Lichteinfalls nicht so negativ bewertet, als
daß sie
nicht in Kauf genommen werden könnte.
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Somit
tragen Rolläden
und insbesondere Jalousien auf effiziente und zeitgemäße Art und
Weise dazu bei die Umwelt zu entlasten, indem sie den Energiebedarf
von Gebäuden
reduzieren. Dennoch ist besonders in der warmen Jahreszeit immer
noch ein erheblicher Energiebedarf für die zusätzliche Kühlung von Gebäuden mittels
Klimaanlagen erforderlich.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine Lamelle wie oben angegeben
derart weiterzuentwickeln, daß die
Menge der für
den Gebrauch von Klimaanlagen zu beschaffenden Energie weiter verringert
wird.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe weist eine erfindungsgemäße Lamelle die Merkmale des
beigefügten
Anspruches 1) auf.
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Die
Erfindung hat den Vorteil, daß die
Photovoltaiklamelle zur aktiven Gewinnung von elektrischer Energie,
also deren Produktion, verwendet werden kann, und somit die Energiebilanz
eines Gebäudes
nochmals positiv beeinflußt.
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Die
einzelnen Photovoltaikzellen von Photovoltaikmodulen üblicher
Bauart haben aufgrund ihrer Konstruktion und rationalisierten Fertigung,
in ihrer Fläche
recht große Konstruktionsbreiten,
weshalb die gestalterischen Möglichkeiten
mit diesen Modulen und somit deren Funktionalität sehr begrenzt ist. Auch aus
diesem Grund werden Photovoltaikanlagen generell immer als additive
Elemente an Gebäuden wahrgenommen,
was viele Bauherren davon abhält, sich
für die
Installation einer Photovoltaikanlage zu entscheiden. Auch auf ihre
Kosten/Nutzenbilanz wirkt sich die Ausschließlichkeit der Nutzungsmöglichkeiten
von Photovoltaikmodulen üblicher
Bauart negativ aus, da die Zeitspanne bis zu ihrer Amortisation
recht groß ist.
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Durch
die erfindungsgemäße Kombination der
Funktionen der Energiegewinnung und der Verschattung, ließe sich
die Zeitspanne bis zur Amortisation der Photovoltaikmodule deutlich
verringern und somit die Rentabilität von Photovoltaikanlagen erheblich
steigern, was für
die Verbreitung der Photovoltaiktechnologie von großer Bedeutung
ist.
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Merkmale speziell bevorzugter Weiterbildungen der Erfindung finden
sich in den Unteransprüchen –
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Die
einzelnen Photovoltaikzellen werden dergestalt hergestellt und miteinander
verdrahtet, daß sich
Photovoltaikmodule in länglich
geformter, streifenartiger Gestalt ergeben. Je nach gewünschter Breite
ergeben somit eine oder mehrere Photovoltaikzellen eine Lamelle
einer Photovoltaik-Jalousie.
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Um
ihre Regulierbarkeit zu gewährleisten, sind
Jalousien bewegliche Elemente. Deshalb ist die Schnittstelle zwischen
Lamelle und stromabführender
Leitung besonders hohen Belastungen ausgesetzt, da hier eine dauerhafte
hohe physikalische Beanspruchung (Bewegung, UV-Strahlung, Nässe, Staub,
Hitze/Kälte)
gegeben ist. Eine dauerhaft witterungsbeständige Isolation und Funktionstüchtigkeit muß hier gewährleistet
werden. Diese Anschlußstelle ist
bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung so konzipiert, daß der
gewonnene elektrische Strom auf der Lamellenunterseite mittels Kontakten abgegriffen
und über
spannungsfrei montierte, hochflexible Kabel (Stand der Technik),
an die entsprechenden Stromwandler weitergeleitet wird.
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Die
gewonnene Energie wird deshalb auf der Lamellenunterseite abgegriffen,
da hier zum einen die Kontaktstelle direkt von der Lamelle gegen
Witterungseinflüsse
geschützt
wird, und zum anderen wird die zur Gewinnung von Energie benötigte Lamellenoberfläche nicht
unnötig
verringert. Die ansonsten übliche
Art und Weise der mechanischen Steuerung, Aufhängung und Regelung der Jalousie,
wird beibehalten.
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Mit
der Erfindung der Photovoltaik-Lamelle ergibt sich die Möglichkeit
der Fertigung einer neuartigen Jalousie, die sich jedoch in ihrer
mechanischen Bauweise, abgesehen von der hochflexiblen Verkabelung,
nicht von einer Jalousie üblicher
Bauart unterscheidet.
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Somit
bleiben bewährte
technische Eigenschaften, Mechanismen, sowie Fertigungs- und Montageweisen
weiterhin relevant, was eine erfolgreiche Einführung auf den Markt sicherlich
erleichtert.
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Weitere
mögliche
Ausführungsvarianten
und Vorteile der Photovoltaiklamelle:
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Werden
die Photovoltaiklamellen zu einer Photovoltaik-Jalousie zusammengefasst,
bietet sich der Vorteil, daß sich
die einzelnen Lamellen auf bequeme Weise dem aktuellen Sonnenstand
nachführen
lassen, um so eine optimale Lichtausbeute zu erreichen. Darüberhinaus
läßt sich
die Lichtausbeute der Lamelle aber auch dadurch noch weiter optimieren,
indem die aus Stabilitätsgründen konstruktiv
notwendige konvexe Wölbung
von konventionellen Lamellen, in eine konkave Wölbung abgeändert wird. Dadurch bleibt
der von der direkt darüberliegenden Lamelle
verschattete Bereich der Photovoltaiklamelle der hellen Umgebung
und ihrer indirekten Strahlung zugewandt.
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Prinzipiell
ist es für
die Idee der Photovoltaiklamelle unerheblich, um welche Bauart der
Zelle es sich handelt, z.B. ob auf monochristalliner Silicium-Basis,
oder um die sogenannte „Graetzel"-Zelle, oder andere.
Es ist jedoch zu bemerken, daß die
sogenannte „Graetzel"-Zelle für diese
Anwendung am vorteilhaftesten erscheint, da sie nicht nur auf ihrer Zellenoberfläche, sondern
in ihrer gesamten Zellendicke photovoltaische Fähigkeiten besitzt und somit selbst
indirektes Sonnenlicht zur Gewinnung elektrischer Energie besser
nutzen kann.
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Darüberhinaus
bietet sie den Vorteil, daß sie in
verschiedenen Farben und Abstufungen ihrer Transluszenz herstellbar
ist.
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Wie
bereits erwähnt,
werden vor allem im privaten Bereich auch Rolläden zur Verschattung von Gebäuden herangezogen,
weshalb nicht vernachlässigt
werden sollte, die Photovoltaiklamelle auch zur Fertigung von Rolläden heranzuziehen.
Auch bei dieser Anwendung der Photovoltaiklamelle wird die gewonnene
Energie auf der Lamellenunterseite abgegriffen und über hochflexible
Kabel zu den erforderlichen Stromwandlern weitergeleitet. Auch hier
bleiben die ansonsten üblichen
technischen Eigenschaften, Mechanismen, sowie Fertigungs- und Montageweisen
weiterhin relevant. Abhängig
von der Größe und gestalterischen
Gesichtspunkten, kann es möglich
sein, daß hier
keine gewölbten,
sondern plane Lamellen gewünscht
werden, weshalb sie hier ausdrücklich
als weitere Ausführungsvariante
angeführt werden.
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Eine
weitere, technisch anspruchsvollere Art und Weise der Weiterleitung
der elektrischen Energie zu den erforderlichen Stomwandlern, ist
die Ableitung von den seitlichen, äußeren Enden der Lamelle über Gelenkwelle
und Gleitkontakt in seitliche Führungsschienen
einer Photovoltaik-Jalousie oder eines Photovoltaikrolladens.
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An
all diesen genannten Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten
läßt sich
ein entscheidender Vorteil erkennen: Mit der Herstellung von Photovoltaikzellen
bzw. Photovoltaikmodulen in länglicher, streifenartiger
Gestalt, also in Lamellenform, läßt sich mit
wenigen Variationen in ihren Abmessungen, ein Produkt herstellen,
daß in
einer Vielzahl von verschiedenen Ausführungsvarianten, nahezu allen
Gestaltungswünschen des
Planers und des Bauherren gerecht wird und somit zumindest prinzipiell,
an allen Gebäuden
problemlos zur Anwendung kommen kann.
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Insbesonders
die bei bisherigen Photovoltaikmodulen häufig als störend empfundene Montage als
separate Elemente auf Dächern
und an Fassaden kann mit der erfindungsgemäßen Lamelle umgangen werden.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen.
Dabei zeigt:
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1) – eine axonometrische Ansicht
einer erfindungsgemäßen Lamelle
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2) – einen Querschnitt einer Lamelle gem. 1)
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3) – eine Draufsicht auf eine
Lamelle gem. 1)
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4) – eine Untersicht einer Lamelle
gem. 1)
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5) – eine axonometrische Explosionsdarstellung
einer alternativen Ausbildungsform der Lamelle
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6) – eine Draufsicht auf eine
Lamelle gem. 5)
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7) – eine Schnittansicht auf eine
Lamelle gem. 5)
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In 1) erkennt man eine einzelne
erfindungsgemäße Lamelle
(1) in einer axonometrischen Darstellung, bestehend aus
drei der sog. „Graetzel"-Zellen (2),
die parallel nebeneinanderliegend so zusammengeschlossen werden,
daß sie
ein konvexgewölbtes,
lamellenförmiges
Photovoltaikmodul bilden.
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Eine
komplette Jalousie besteht bekanntermaßen aus einer Vielzahl von
Lamellen, die sowohl in ihrer Höhe,
sowie in ihrer vertikalen Ausrichtung regulierbar sind.
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Während die
Höhenverstellung
mittels eines Aufzugbandes (3) erfolgt, an dessen unterem
Ende die sog. (nicht dargestellte) Unterschiene befestigt ist und
welches die dargestellte Lamelle an einer Führungsöse (4) durchdringt,
wird die vertikale Ausrichtung nach dem Sonnenstand (also um ihre
horizontale Achse), mittels einer Leiterkordel (5) bewerkstelligt.
Diese normalerweise aus Polyester gefertigte Leiterkordel, oder
auch Stegband genannt, ist in gewissen Abständen mit jeweils zwei (einem
oberen und einem unteren) geflochtenen Stegen (6) u. (7) ausgestattet,
die eine Schlaufe bilden und so die einzelnen Lamellen in der gewünschten
Neigung halten.
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Direkt
neben der Leiterkordel verläuft
in vertikal paralleler Richtung die hochflexible Verkabelung (8),
von denen das eine Kabel eine positive (+), und das andere eine
negative (–)
Spannung aufweist. Diese Verkabelung wird mit einzelnen kleinen Schlaufen
(9) mit der Leiterkordel verbunden, um ein ansprechendes,
geordnetes Erscheinungsbild der Photovoltaik-Jalousie zu gewährleisten.
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Wie
aus der Darstellung ersichtlich ist, weist die erfindungsgemäße Photovoltaiklamelle
an den Unterseiten der Längskanten
(10) eine Materialverstärkung
(11) auf. Wie bei Lamellen üblich gefertigter Jalousien
die Randbördelung,
dient sie der Verbesserung der Stabilität der Lamelle. Darüberhinaus
bietet diese Materialverstärkung
bessere konstruktive Voraussetzungen um zu gewährleisten, daß die ebenfalls
auf der Lamellenunterseite punktuell angebrachten Kontaktstellen
(12) dauerhaft abisolierbar sind.
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In 2) wird dieselbe erfindungsgemäße Lamelle
(1) im Querschnitt dargestellt. Sehr gut erkennbar sind
hier der obere (6) und der untere (7) geflochtene
Steg der Leiterkordel, sowie die Materialverstärkungen (11) an den
Längskanten
(10) der Lamelle. Die Leiterkordel (5) selbst
wird hier von der spannungsfrei montierten, hochflexiblen Verkabelung
(8) zum Teil verdeckt; die Verbindungsschlaufen (9)
von Leiterkordel und hochflexiblem Kabel sind wiederum sichtbar.
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In 3) wird die erfindungsgemäße Lamelle
in ihrer Draufsicht dargestellt. Hier ist sehr gut zu erkennen,
daß die
für den
photovoltaischen Prozeß zur
verfügungstehende
Lamellenoberfläche
von der Verkabelung der einzelnen Lamellen untereinander praktisch
nicht beeinträchtigt
wird.
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Die
Führungsöse (4),
welche für
die Durchdringung der Lamelle durch das für die Höhenverstellung zuständige Aufzugsband
(3) erforderlich ist, stellt die einzige Verringerung der
Lamellenoberfläche
dar, ist aber jedoch auch bei Jalousien üblicher Bauart in dieser Weise
erforderlich.
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4) zeigt die erfindungsgemäße Lamelle in
ihrer Untersicht.
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Hier
sind die dauerhaft abisolierten Kontaktstellen (12) zwischen
der Unterseite der Lamelle und der hochflexiblen Verkabelung (8)
zu erkennen. Diese sind, um sie besser vor Witterungseinflüssen zu schützen, an
der hier dargestellten Unterseite der erfindungsgemäßen Lamelle
angebracht.
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5) ist die Axonometrische
Explosionsdarstellung einer alternativen Ausbildungsform der Photovoltaiklamelle.
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Auch
hier bilden wie in 1)
drei der sog. „Graetzel"-Zellen (2),
die parallel nebeneinanderliegend zusammengeschlossen werden, ein
lamellenförmiges
Photovoltaikmodul, jedoch mit konkaver Wölbung.
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Auf
die Darstellung der für
die Höhenregulierung
und Vertikalausrichtung erforderlichen Leiterkordel und des Steigbandes
wird hier verzichtet, da sie bereits in 1) dargestellt sind.
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Darüberhinaus
wird als weitere alternative Ausbildungsform gegenüber der
bereits in 1) dargestellten
erfindungsgemäßen Lamelle
hier dargestellt, wie die Ableitung der gewonnenen elektrischen
Energie mittels Kontaktwelle und Gleitkontakt-Führungsschiene erfolgt. Das
am seitlichen Lamellenende angebrachte Lamellenendstück nimmt die
gewonnene elektrische Energie punktuell an der Unterseite auf und
leitet sie über
eine im Inneren angebrachte Verdrahtung (16) in die zum
Teil isolierte Kontaktwelle (15) weiter. Diese weist an
ihrem Ende zwei sich gegenüberliegende
Schleifkontakte (17) auf, die jeweils ¼ des Wellenumfanges bedecken.
An dieser Stelle erfolgt die wartungsfrei, staubdicht gekapselte
Aufnahme in das Aufnahmestück
(18) für Kontaktwelle
und Gleitkontakte (19). Die Gleitkontakte wiederum leiten
die gewonnene elektrische Energie in die beiden Schleifkontaktbänder (20),
die sich an den schmalen Seiten im Inneren der seitlichen Führungsschiene
(21) befinden. Die beiden Schleifkontaktbänder weisen
jeweils eine positive (+), und eine negative (–) Spannung auf, und leiten
die gewonnene elektrische Energie an die erforderlichen Stromwandler
weiter.
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Durch
die Anordnung der Schleifkontaktbänder an den Innenseiten der
seitlichen Führungsschiene,
sind sie vor schädlichen
Witterungseinflüssen
geschützt.
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6) zeigt die Draufsicht
auf eine Lamelle gem. 5).
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Hier
erkennt man die im Inneren des Lamellenendstücks (14) angebrachte
Verdrahtung (16), die hier gestrichelt dargestellt ist.
Durch die Breite des Lamellenendstücks ist eine ausreichende Überdeckung
an den sich am Lamellenende befindlichen Kontaktstellen gewährleistet,
und somit eine dauerhaft funktionierende elektrische Verbindung
von Photovoltaiklamelle und Gleitkontaktwelle sichergestellt.
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Dieser
Sachverhalt wird auch in 7),
die eine Schnittansicht einer Lamelle gem. 5) darstellt, ersichtlich.