AT11437U1

AT11437U1 - Flächenkonzentrator

Info

Publication number: AT11437U1
Application number: AT0035408U
Authority: AT
Inventors: Herbert Josef Ing Karlsreiter
Original assignee: Herbert Josef Ing Karlsreiter
Priority date: 2008-06-23
Filing date: 2008-06-23
Publication date: 2010-10-15

Abstract

Flächenkonzentrator (1), mit Lichtleitflächen (6), mit denen Licht (5) in einen gemeinsamen Bereich des Flächenkonzentrators (1) gelenkt und konzentriert werden kann, in dem dieses von den Lichtleitflächen (6) zur Rückwand (2) des Flächenkonzentrators (1) gelenkt wird und an den reflektierenden Rückseiten der Lichtleitflächen (6) und der reflektierenden Rückwand (2) des Flächenkonzentrators (1) an eine Seite des Flächenkonzentrators (1) in einen gemeinsamen Bereich reflektiert wird, von wo das konzentrierte Licht weitergeleitet werden kann oder dieses über einen beliebigen Absorber (4) umgewandelt bzw. genutzt werden kann.

Description

österreichisches Patentamt AT 11 437 B1 2010-10-15

Beschreibung

FLÄCHENKONZENTRATOR

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Flächenkonzentrator bei dem mit Hilfe von Lichtleitflächen Licht an einen gemeinsamen Ort konzentriert wird, in dem dieses im Flächenkonzentrator an den reflektierenden Oberflächen der Lichtleitflächen und der reflektierenden Rückwand des Flächenkonzentrators abgelenkt wird und vorzugsweise an der Stelle wo die Lichtenergie die größte nutzbare Konzentration aufweist von einem Absorber, Photovoltaikmo-dul, Thermogenerator oder anderen Vorrichtung umgesetzt wird oder das vom Flächenkonzentrator konzentrierte Licht weitergeleitet wird.

[0002] In dem United States Patent 5005360 wird ein "SOLAR ENERGY SYSTEM FOR GENERATING ELECTRICITY" zur Gewinnung von elektrischer Energie mit einem Wärmespeicher beschrieben, wobei das Sonnenlicht mit gegenüberliegenden Parabolspiegeln die sich stetig verkleinern das Licht konzentriert zum Erhitzen eines Wärmespeichers gelenkt wird. Die Parabolspiegel sind hierbei mit einer mechanischen Drehvorrichtung ausgeführt die, die Paraboispielgel dem Sonnenlicht nach führt.

[0003] In der Schrift DE 102004 063853 A1 wird ein Lichtsammler beschreiben der mit trichterförmigen Frensellinsen ausgeführt ist, in denen das Sonnenlicht zu den Brennpunkten der einzelnen Linsen konzentriert wird und von dort über Lichtleiter zur Gebäudebeleuchtung eingesetzt wird.

[0004] In dem United States Patent Application Publication US2003/0026536 A1(HO) wird ein "Apparatus and method for collecting light" beschrieben bei der Linsen zur Bündelung von Sonnenlicht genutzt werden, das über optische Lichtwellenleiter weitergeleitet wird.

[0005] In dem US- Patent 5089055A wird ein System zur Konzentration von Licht beschrieben bei dem mehrere Linsen oder konusförmige Spiegel das Licht auf einzelne Lichtwellenleiter übertragen, von denen dieses an einen gemeinsamen Ort geführt wird.

[0006] In dem US Patent US 2004/0079358 A1 wird ein "SOLAR ENERGY CONCENTRATOR AND CONVERTER" beschrieben, bei dem eine Bündelungsvorrichtung für Licht als schneckenförmiges Horn ausgebildet ist.

[0007] In der Offenlegungsschrift DE 102004038321 A1 wird ein Flächenkonzentrator beschrieben bei dem Licht in ein Hohlelement geleitet wird.

[0008] In dem UK Patent GB 2417551 "Solar energy trap" wird ein Rohrsystem in welches Licht eingeleitet wird beschrieben in dem das Licht zum Beispiel von Photovoltaikanlagen, bis auf die thermischen Wandlungsverluste, in elektrische Energie umgewandelt werden können soll.

[0009] In der Offenlegungsschrift 2406 598 wird ein "Anorganischer Infrarotabschwächer mit Transparenz im sichtbaren Bereich" beschrieben, der als Filter für bestimmte Wellenlängen dient.

[0010] Bei der gegenständlichen Erfindung sind in einer bevorzugten Ausführungsform Lichtleitflächen so angeordnet, dass diese das Licht zusammen an vorzugsweise eine Seite eines Flächenkonzentrators leiten, in dem das Licht das auf die reflektierenden Lichtleitflächen trifft, zur reflektierenden Rückwand des Flächenkonzentrators abgelenkt wird und dieses zwischen den reflektierenden Rückseiten der Lichtleitflächen, oder einer anderen Vorrichtungen hierfür, und der reflektierenden Rückwand des Flächenkonzentrators, vorzugsweise an eine Seitenfläche, bzw. in einen gemeinsamen Bereich des Flächenkonzentrators gelenkt wird.

[0011] Durch die Konstruktion des gegenständlichen Flächenkonzentrators soll ein sehr einfacher und kostengünstiger Aufbau mit einer geringen Einbautiefe, insbesondere für den Anwendungsbereich der Solartechnik und Lichttechnik, erreicht werden.

[0012] Der Flächenkonzentrator ist vorzugsweise mit einer transparenten Abdeckung, einer 1/8 österreichisches Patentamt AT 11 437 B1 2010-10-15

Wanne die an der Innenseite für Licht reflektierend ist, darin befindlichen Lichtleitflächen und einer Umwandlungs- und/oder Weiterleitungsvorrichtung für das konzentrierte Licht ausgeführt.

[0013] Der Flächenkonzentrator kann am, oder im, Gebäude integriert sein und nach eingehender sicherheitstechnischer Prüfung für alle zum Wohle der Menschheit dienenden Zwecke eingesetzt werden.

[0014] Die Ausrichtung der Lichtleitflächen im Kollektor wird vorzugsweise dem Verlauf der Sonne bzw. für den jeweiligen Aufstellungsort entsprechend gewählt.

[0015] Der Flächenkonzentrator kann auch so ausgeführt sein, dass die Lichtleitflächen über einen Verstellmechanismus im Flächenkonzentrator oder der Flächenkonzentrator selber der Sonne nachgeführt werden kann.

[0016] Mit Hilfe des gegenständlichen Flächenkonzentrators soll das Licht auch über eine große Fläche, wie zum Beispiel einer Gebäudefassade konzentriert und genutzt werden können.

[0017] An der Stelle wo im Flächenkonzentrator die größte Lichtkonzentration erreicht wird, können Absorber, Photovoltaikmodule und Thermogeneratoren, sowie andere Vorrichtungen in beliebiger Ausführung und Anordnung kombiniert sein, oder Vorrichtungen zur Weiterführung des Lichtes angeordnet sein.

[0018] Die Absorberfläche kann in einer herkömmlichen Ausführungsform oder als Vakuumröhre, Photovoltaikmodul, Thermoelement oder beliebigen anderen Vorrichtung ausgebildet sein.

[0019] Mit Hilfe der gegenständlichen Technologie sollen gegenüber herkömmlichen Sonnenkollektoren, wie zum Beispiel herkömmlichen Flachkollektoren, auch bei geringer Sonneneinstrahlung genügend hohe Temperaturen für die Warmwasserbereitung, Prozeßwärme oder andere Einstzzwecke erreicht werden.

[0020] Insbesondere in Kombination mit Photovoltaikelementen sollen die Kosten im Bezug auf die genutzte eingestrahlte Sonnenfläche erheblich reduziert werden können, da die Oberfläche der Photovoltaikmodule um das vielfache reduziert werden kann und durch den Flächenkonzentrator eine sehr hohe Strahlungsintensität erreicht werden kann.

[0021] Aufgrund der hohen Temperaturen die durch das gegenständliche System erreicht werden können sollen auch Thermogeneratoren in vorzugsweise Kombination mit einer thermischen Absorberfläche effizient betrieben werden können.

[0022] Es können im Bereich der Absorberfläche auch noch andere Energieabnehmer, wie zum Beispiel Wärmetauscher einer Stirlingmaschine, angeordnet sein.

[0023] In einer weiteren Ausführungsform sind an der Seite wo das Sonnenlicht im Flächenkonzentrator zusammengeführt wird Linsen oder andere Vorrichtungen angeordnet, von denen das vom Flächenkonzentrator konzentrierte Licht weiter gebündelt werden kann.

[0024] In den Figuren 1-5 werden beispielsweise Ausführungsformen von Flächenkonzentratoren dargestellt.

[0025] Im Flächenkonzentrator 1 wird Licht 5 an eine Seite des Flächenkonzentrators 1 konzentriert, in dem dieses über Flächen (6, 2, 15, 22, 11) so abgelenkt wird, dass dieses nur an einer Seite oder den Seitenflächen des Flächenkonzentrators konzentriert wird, wodurch eine sehr hohe Lichtintensität erreicht wird, die für verschiedene Einsatzzwecke genutzt werden kann.

[0026] Wird der Flächenkonzentrator 1 als Solarkollektor genutzt, wird in diesem das Licht 5 über eine Fläche so abgelenkt, dass dieses nur an vorzugsweise einer Seite des Flächenkonzentrators 1 konzentriert wird, wobei an dieser Stelle ein Absorber 4 beliebiger Ausführung oder sonstige Vorrichtung zur Nutzung des konzentrierten Lichtes angeordnet sein kann.

[0027] Die Lichtleitflächen 6 des Flächenkonzentrators 1 können auch so ausgebildet sein, dass diese als Stütze für eine Abdeckung 10 dienen können. 2/8 österreichisches Patentamt AT 11 437 B1 2010-10-15 [0028] Der Flächenkonzentrator 1 kann auch ohne Abdeckung 10 ausgeführt sein.

[0029] In dem Flächenkonzentrator 1 wird mit darin befindlichen Lichtleitflächen 6 Licht 5 auf die reflektierende Rückwand 2 des Flächenkonzentrators 1 und den Seitenwänden des Flächenkonzentrators 1 an eine gemeinsame Seite oder Seiten im Flächenkonzentrator 1 konzentriert, indem dieses auf die Lichtleitflächen 6 trifft und von diesen so abgelenkt wird, dass dieses zwischen der Rückwand 2 und den Rückseiten der Lichtleitflächen 6, beliebiger Ausformung, auf eine Seite des Flächenkonzentrators 1 gelenkt wird, an der eine beliebig angeordnete Um-wandlungsvorrichtung vorgesehen sein kann oder von wo das Licht über Sammellinsen oder sonstige Vorrichtungen gebündelt wird und über Lichtwellenleiter oder Schächte weiter geleitet werden kann.

[0030] In einer weiteren Ausführungsformen ist der Flächenkonzentrator so ausgeführt, dass, das Licht von einem als Fassadenkollektor ausgebildeten Flächenkonzentrator 1 über eine Fläche so abgelenkt wird 8, dass dieses direkt zur Beleuchtung und in der Folge auch Beheizung eines Raumes genutzt werden kann.

[0031] Durch Umschalten einer reflektierenden Schicht 8 kann das Licht zum Beispiel, entweder direkt in einen Raum geleitet werden oder zu einer Umwandlungsvorrichtung wie zum Beispiel PV- Modulen 4 gelenkt werden.

[0032] Dieses System kann in der Folge auch zur nachträglichen Beleuchtung von bestehenden Gebäuden genutzt werden, in dem das Licht zum Beispiel über Lichtleitschächte des Flächenkonzentrators in das Innere von Gebäuden gelenkt werden kann.

[0033] Der gegenständliche Flächenkonzentrator kann auch für andere Wellenlängen als für sichtbares Licht genutzt werden.

[0034] Das vom Flächenkonzentrator 1 konzentrierte Licht kann in einer weiteren Ausführungsform im Flächenkonzentrator 1 von Photovoltaikmodulen, die zum Beispiel anstelle des Absorbers 4 angeordnet sein können, in elektrischen Storm umgewandelt werden.

[0035] In einer weiteren Ausführungsform ist in dem Bereich wo die höchste Konzentration des Lichtes im Flächenkonzentrator 1 erreicht wird eine Vakuumröhre 7 mit einem Absorber 4 angeordnet, wodurch die thermischen Verluste reduziert werden sollen.

[0036] Der Absorber 4 kann als Photovoltaikmodul, Thermogenerator oder andere Energieumwandlungsvorrichtung mit oder ohne Wärmetauscher 9 beliebiger Ausbildung, zum Abführen der thermischen Energie an ein Medium ausgeführt sein.

[0037] Weiters kann das vom Flächenkonzentrator 1 konzentrierte Licht 5 von Thermogenerato-ren in elektrischen Storm umgewandelt werden, wofür diese am Absorber 4 angebracht sein können.

[0038] In einer weiteren Ausführungsform wird das konzentrierte Licht 5 von einem Photovoltaikmodul, in Kombination mit einem Thermogenerator, in elektrischen Strom umgewandelt, wobei das Licht zuerst auf das Photovoltaikmodul, das anstelle des Absorbers 4 angeordnet sein kann, auftrifft und die entstehende Wärme über einen Thermogenerator der vorzugeweise wärmeleitend angeschlossenen ist nachfolgend weiter in elektrische Energie umgewandelt werden kann.

[0039] Der Thermogenerator kann hierbei die thermische Energie über Luftwärmetauscher an die Umgebung abgeben oder über Wärmetauscher 9 an ein Wärmeträgermedium zur Warmwasserbereitung oder an einen sonstigen Energieabnehmer weiterleiten.

[0040] In einer weiteren Ausführungsform ist der Flächenkonzentrator 1 mit einem für Licht 5 nach einer Seite durchlässigen Material 15 ausgeführt, wobei dieses von der reflektierenden Rückwand 2 und dem nach außen für Licht 5 undurchlässigen Material 15, reflektiert wird und in einen gemeinsamen Bereich des Flächenkonzentrators 1 gelenkt wird.

[0041] Die Flächen 15 und 2 können aus einem durchgehenden Material ausgebildet sein oder aus zwei getrennten Flächen mit einem Zwischenspalt ausgeführt sein. 3/8

Claims

österreichisches Patentamt AT 11 437 B1 2010-10-15 [0042] In einer weiteren Ausführungsform ist die, an der zur Lichtquelle zugewandte Fläche 22, an der Innen- oder Außenseite so ausgeführt, dass diese mit Hilfe eines Prismenrasters das einfallende Licht in eine Richtung lenkt und dieses von einer darunter liegenden reflektierenden Seite (2) reflektiert wird und somit das Licht (5), der gesamten Fläche, in einen gemeinsamen Bereich gelenkt werden kann. [0043] Die Flächen 22 und 2 können aus einem durchgehenden Material ausgebildet sein oder aus zwei getrennten Flächen mit einem Zwischenspalt ausgeführt sein. [0044] In einer weiteren Ausführungsform ist die Oberfläche 5 der zur Energiequelle zugewandten Seite des Flächenkonzentrators 1 so ausgebildet, dass Licht 5 in den Flächenkonzentrator 1, über beispielsweise halbdurchlässige Spiegel, eindringen kann und von der Fläche 2 wieder reflektiert wird, wodurch das Licht 5 an mindestens eine der Seitenflächen konzentriert werden kann. [0045] In einerweiteren Ausführungsform des Flächenkonzentrators besteht die Oberfläche aus einer Vielzahl von Lichtwellenleitern, über deren Oberfläche 12, Licht 5 in den Lichtwellenleiter eindringen kann, und die Materialeigenschaften der Innenflächen 12 so sind, dass es im Inneren des Lichtwellenleiters zu einer bestmöglichen Totalreflektion kommt, in dem verschiedene Materialschichten verschiedener Dichte oder sich ändernder Dichte angeordnet sind. [0046] In einer weiteren Ausführungsform ist der Flächenkonzentrator 1 so ausgeführt, dass es durch die Brechungszahl des Materials an den Innenflächen 12 zu einer Reflektion kommt, jedoch durch sich ändernde Materialstärken 11 Licht 5 in das Innere des Flächenkonzentrators eindringen kann. [0047] Die Ausformung und Eigenschaften der Flächen 12 und 11 können für den jeweiligen Einsatzzweck beliebig gewählt werden. [0048] In einer weiteren Ausführungsform ist der Flächenkonzentrator 1 so ausgeführt, dass es aufgrund der Brechungszahl an den Innenflächen 12 zu einer Reflektion kommt, jedoch durch sich ändernde Materialstärken und/oder Materialschichten 11 Licht 5 in das Innere des Flächenkonzentrators bzw. Leiters, eindringen kann. [0049] Der Flächenkonzentrator, sowie dessen Komponenten können aus allen sich hierfür günstig auswirkenden Materialen gefertigt sein und alle sich für den Einsatzzweck günstig auswirkenden Ausformungen und Materialkombinationen haben. Weiters kann der gegenständliche Flächenkonzentrator für beliebige Einsatzzwecke genutzt werden. Die Nachführvorrich-tung/en im Flächenkonzentrator oder des Flächenkonzentrators können beliebig sein. Das Licht kann auch an eine andere beliebige Stelle im Flächenkonzentrator, als an den Seitenflächen, konzentriert werden und über beliebige Vorrichtungen nach Außen und von dort auch weitergeleitet werden. Ansprüche 1. Flächenkonzentrator dadurch gekennzeichnet, dass Licht an einer Seite oder den Seitenflächen des Flächenkonzentrators (1) konzentriert wird, in dem es über Lichtleitflächen (6, 2,15, 22) abgelenkt wird.
2. Flächenkonzentrator nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass Licht (5) an eine Seite oder den Seitenflächen des Flächenkonzentrators (1), in welchem ein Absorber (4) angeordnet ist, konzentriert wird, in dem dieses über eine Lichtleitfläche (6, 2, 15, 22, 11) abgelenkt wird.
3. Flächenkonzentrator nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass Licht (5) über Lichtleitflächen (6), die reflektierende Rückwand (2) des Flächenkonzentrators (1) und die Seitenwände des Flächenkonzentratos (1) an eine Seite oder Seiten im Flächenkonzentrator (1) konzentriert wird.
4. Flächenkonzentrator nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass im Flächenkonzentrator (1) ein Photovoltaikmodul/e angeordnet ist/sind. 4/8 österreichisches Patentamt AT 11 437 B1 2010-10-15
5. Flächenkonzentrator nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass im Flächenkonzentrator (1) Thermogenerator/en angeordnet ist/sind.
6. Flächenkonzentrator nach einem der Ansprüche 4 oder 5 dadurch gekennzeichnet, dass für das Abführen der vom Photovoltaikmodul und/oder Thermogenerator anfallenden thermischen Energie ein Wärmetauscher (9) vorgesehen ist.
7. Flächenkonzentrator nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zur Konzentrierung des Lichtes (5) ein Flächenkonzentrator (1) mit einem für Licht (5) an der Einstrahlseite durchlässigen Material (15) vorgesehen ist, in dem dieses von der reflektierenden Rückwand (2) und dem nach außen für das zu reflektierende Licht undurchlässigen Material (15) an einen gemeinsamen Ort gelenkt wird.
8. Flächenkonzentrator nach einem der Ansprüche 1-7 dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Abdeckung des Flächenkonzentrators 1 als Prismen- Rasterelement (22) ausgebildet ist.
9. Flächenkonzentrator nach einem der Ansprüche 1-8 dadurch gekennzeichnet, dass für das über die Oberfläche der zur Energiequelle zugewandten Seite in den Flächenkonzentrator (1) eintretende Licht (5) eine Weiterleitung durch die Materialeigenschaften zwischen zwei Flächen und deren Brechung nur in einer Ebene vorgesehen ist.
10. Flächenkonzentrator nach einem der Ansprüche 1-9 dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche aus einer Vielzahl von Lichtwellenleitern besteht, deren Oberfläche (11) für das Einleiten von Licht in die Lichtwellenleiter ausgebildet ist, wobei das Licht aufgrund der Materialeigenschaften (12) in der Folge nicht mehr nach Außen dringt, in dem die Materialeigenschaften der Innenflächen (12) als Reflektoren zur Weiterleitung des Lichtes im Inneren des Lichtwellenleiters ausgebildet sind.
11. Flächenkonzentrator nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleitflächen (6) gleichzeitig die Stütze für eine transparente Abdeckung (10) sind.
12. Flächenkonzentrator nach einem der Ansprüche 10 oder 11 dadurch gekennzeichnet, dass die Brechungszahl an den Innenflächen des Materials (12) zu einer Reflektion führt, jedoch durch sich ändernde Materialstärken (11) Licht (5) in das Innere des Flächenkonzentrators eindringen kann.
13. Flächenkonzentrator nach einem der Ansprüche 10-12 dadurch gekennzeichnet, dass die Brechungszahl an den Innenflächen des Materials (12) zu einer Reflektion führt, jedoch die Stärke- und/oder Dichte änderbar und/oder zusätzliche Materialschichten (11) zum Ableiten von Licht (5) in das Innere des Flächenkonzentrators vorgesehen sind. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen 5/8