BE1019319A5 - Lichtkoepel. - Google Patents

Abstract

Lichtkoepel voor het verspreiden van daglicht in een gebouw, omvatttende een daglichtverspreidingsinrichting (10-12) voor de opstelling in een dakopening en een spiegelinrichting (1), roteerbaar gemonteerd boven de daglichtverspreidingsinrichting. De spiegelinrichting omvat een spiegel (3), een motor (15) en en aansturing (5). De aansturing omvat een meetinrichting (6-9), opgesteld voor het meten van de intensiteit van op de spiegel invallend licht en voorzien van een eerste (6) en een tweede lichtsensor (7) en een schaduwelement (8) opgesteld voor het creëren van een schaduw op de eerste of tweede lichtsensor. De aansturing (5) bepaalt van een aangepaste optimale stand op basis van de lichtintensiteit gemeten door de eerste en de tweede lichtsensor.

Description

Lichtkoepel

Deze uitvinding heeft betrekking op een lichtkoepel volgens de aan hef van de eerste conclusie.

Een lichtkoepel is bijvoorbeeld bekend uit US-B-6493145. De bekende lichtkoepel omvat een daglichtverspreidingsinrichting opgesteld in een dakopening van het gebouw en een spiegelinrichting, roteerbaar gemonteerd boven de daglichtverspreidingsinrichting en voorzien voor het reflecteren van licht naar de daglichtverspreidingsinrichting. De spiegelinrichting omvat spiegels, opgesteld voor het reflecteren van zonlicht doorheen de dakopening, een motor voor het roteren van de spiegelinrichting en een aansturing voor het aansturen van de motor, zodanig dat de spiegelinrichting naar een optimale stand gebracht wordt waarin zo veel mogelijk licht gereflecteerd wordt doorheen de dakopening. De aansturing is gebaseerd op de stand van de zon. De optimale stand voor de spiegelinrichting wordt berekend op basis van een tijdstip en een positie op het aardoppervlak.

De lichtkoepel bekend uit US-B-6493145 heeft het nadeel dat de aansturing complex en onnauwkeurig is.

US4 620 771 beschrijft dat een sensor wordt gebruikt om de beweging van de zon te volgen.

Het is een doel van de uitvinding om een lichtkoepel te verschaffen met een eenvoudige aansturing, die een meer nauwkeurige optimale stand voor de spiegelinrichting oplevert.

Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt met een lichtkoepel die alle kenmerken vertoont van de eerste conclusie.

Daartoe omvat de aansturing een meetinrichting, opgesteld voor het meten van de intensiteit van op de spiegel invallend licht, waarbij de meetinrichting voorzien is van een eerste en een tweede lichtsensor en een schaduwelement opgesteld voor het creëren van een schaduw op de eerste of tweede lichtsensor, en een verwerkingseenheid voor het verwerken van de door de lichtsensoren gemeten intensiteit. De aansturing is voorzien voor het bepalen van een aangepaste optimale stand op basis van de lichtintensiteit gemeten door de eerste en de tweede lichtsensor.

Meer bepaald wordt de aangepaste optimale stand bepaald uit een verschil tussen de lichtintensiteit gemeten door de eerste sensor ten opzichte van diegene die gemeten wordt door de tweede sensor. Dit verschil in lichtintensiteit wordt veroorzaakt door de schaduw van het schaduwelement, die op de eerste/tweede sensor valt wanneer de stand van de spiegelinrichting niet optimaal is.

Door de meetinrichting en aansturing volgens de uitvinding wordt verkregen dat de optimale stand opgezocht wordt en bijgehouden wordt op basis van actuele metingen van de lichtintensiteit die invalt op de beide sensoren, wat een maat is voor de lichtintensiteit die invalt op de spiegel. Op die manier kan een verkeerde stand van de spiegelinrichting, die volgens de stand van de techniek kan ontstaan door een fout in het tijdstip en/of de positie op het aardoppervlak, volgens de uitvinding vermeden worden, terwijl de aansturing eenvoudig blijft. Verder kan op die manier ook een optimale oriëntatie van de spiegelinrichting gedurende de dag verkregen worden, rekening houdend met lokale obstakels of elementen die schaduw creëren, zoals bijvoorbeeld een antennekast naast de koepel, hoogbouw in de buurt, verschil in hellingsgraad op één en hetzelfde dak, etc.

In een voorkeuruitvoeringsvorm volgens de uitvinding is de aansturing voorzien van een elektronisch kompas voor het bepalen van een nulstand nagenoeg naar het oosten gericht, zodanig dat de stand van de spiegelinrichting bij zonsopgang reeds nagenoeg optimaal is.

De aansturing is voorzien voor het opzoeken van een aanvankelijk optimale stand tijdens een volledige omwenteling van de spiegelinrichting. De aanvankelijk optimale stand kan opgezocht worden door een volledige omwenteling van de spiegelinrichting uit te voeren en te bepalen bij welke oriëntatie de gemeten lichtintensiteit het hoogst is. Deze uitvoering kan dienen als alternatief voor het elektronisch kompas, of als aanvulling hierop.

De uitvinding zal verder verduidelijkt worden aan de hand van onderstaande beschrijving en de bijgevoegde figuren.

Figuur 1 toont een langsdoorsnede van een voorkeuruitvoeringsvorm van een lichtkoepel volgens de uitvinding.

Figuur 2 toont een dwarsdoorsnede van een voorkeuruitvoeringsvorm van een lichtkoepel volgens de uitvinding.

Figuur 3 toont een perspectiefbeeld van een voorkeuruitvoeringsvorm van een lichtkoepel volgens de uitvinding.

Figuur 4 toont een perspectiefbeeld van een overbrenging van een voorkeuruitvoeringsvorm van een lichtkoepel volgens de uitvinding.

Figuur 5 toont schematisch een printplaat met een besturingssysteem voor een voorkeuruitvoeringsvorm van een lichtkoepel volgens de uitvinding.

De lichtkoepel getoond in figuur 1-3 omvat een prismatische lens 10 bovenaan de dakopening, een lichtschacht 11 met reflecterende wanden doorheen de dakopening en een piramidelens 12 onderaan de dakopening, die samen een daglichtverspreidingsinrichting vormen, voor het verspreiden van daglicht/zonlicht dat invalt bovenaan de dakopening in het gebouw. Bovenaan de prismatische lens bevindt zich een roteerbaar gemonteerde spiegelinrichting 1, voor het reflecteren van invallend daglicht en/of zonlicht doorheen de lichtschacht 11 onder een transparante koepel 13.

De transparante koepel 13 is bijvoorbeeld vervaardigd uit transparant hoogwaardig polycarbonaat (met dubbele UV-coating), of een ander bij de vakman bekend transparant materiaal. Het grondvlak van de koepel 13 is vierkant, maar dit kan desgewenst ook cirkelvormig zijn, of een andere vorm hebben als de vakman dit geschikt acht. De koepel vormt bij voorkeur een luchtdichte afsluiting bovenaan het geheel en functioneert als een weerbestendige afscherming voor de spiegelinrichting. De koepel wordt bij voorkeur bevestigd met een combinatie van lijm en schroeven als preventie tegen inbraak.

De lichtschacht 11 heeft bijvoorbeeld zijwanden uit SPO-materiaal dat een sterk reflecterende witte coating krijgt (op basis van zirconium als milieuvriendelijk alternatief voor reflecterende spiegelfolie) en wordt boven- en onderaan afgesloten door speciaal op maat gemaakte optische elementen. Het bovenste element is de prismatische lens 10, een vlakke lens uit polycarbonaat met een patroon voor optimale opvang en doorgeven van het licht. Het onderste element is de piramidelens 12, een lens in piramidevorm uit polycarbonaat om het licht optimaal te verspreiden binnen het gebouw. Naast het opvangen, versterken, reflecteren en verspreiden van het binnenvallende licht, creëren de twee lenzen 10, 12 eveneens een stilstaande luchtlaag in de schacht 11, waardoor het systeem thermisch isolerend is. De daglichtverspreidingsinrichting 10-12 kan ook gevormd worden door elke andere bij de vakman bekende combinatie van optische elementen.

De spiegelinrichting 1 omvat een eerste arm 2 die een spiegel 3 ondersteunt onder een hoek van bij voorkeur ca. 65° ten opzichte van het aardoppervlak, en een tweede arm 4 waarop een printplaat 5 met een meetinrichting en een verwerkingseenheid is opgesteld. De printplaat 5 is opgesteld ongeveer ter hoogte van de bovenkant van de spiegel 3 en bij voorkeur gericht in een richting nagenoeg loodrecht op het aardoppervlak of alternatief in een hoek van 45° op het aardoppervlak.

De spiegel 3 is bij voorkeur een vlakke spiegel. De spiegel is bij voorkeur geplaatst onder een vaste hoek van 50 à 80°, met meer voorkeur 60 à 70°, met het meeste voorkeur ca. 65° ten opzichte van het aardoppervlak, al zijn andere hoeken ook mogelijk indien de omstandigheden dit vereisen. In alternatieve uitvoeringsvormen omvat de spiegelinrichting algemeen één of meer vlakke en/of gebogen spiegels, opgesteld onder dezelfde of onder verschillende hoeken ten opzichte van het aardoppervlak. In een alternatieve uitvoeringsvorm kan de spiegel 3 ook kantelbaar opgesteld zijn op de spiegelinrichting 1, met een kantelmechanisme dat eveneens aangestuurd kan worden op basis van een meting van lichtintensiteit, zoals bijvoorbeeld twee sensoren met een tussenschot zoals hierin beschreven maar met de sensoren boven elkaar gelegen in plaats van naast elkaar.

De printplaat (PCB) 5, die schematisch getoond wordt in figuur 5, omvat een besturingssysteem met een meetinrichting 6-9 voor het meten van de intensiteit van licht dat invalt op de spiegel 3 en een verwerkingseenheid 14 voor het verwerken van de gemeten intensiteit. De meetinrichting wordt gevormd door een eerste lichtsensor 6 en een tweede lichtsensor 7 naast elkaar, met een tussenschot 8 in het midden ertussen. Dit tussenschot 8 vormt een schaduwelement voor het creëren van een schaduw op de eerste of tweede lichtsensor indien de stand van de spiegelinrichting 1 afwijkt van de op dat moment optimale stand. In de optimale stand meten de lichtsensoren 6 en 7 nagenoeg dezelfde intensiteit. Op de printplaat 5 is verder een afschermwand 9 aangebracht bovenaan de eerste en de tweede sensor 6, 7 voor het afschermen van licht dat van die kant invalt, wat de nauwkeurigheid van de meting ten goede komt. De verwerkingseenheid 14 vergelijkt de intensiteit gemeten door de lichtsensoren 6 en 7 en leidt uit een verschil af of de spiegelinrichting geroteerd moet worden naar links of naar rechts, afhankelijk van waar de gemeten lichtintensiteit het hoogst is. Bij het aanpassen wordt de spiegelinrichting 1 verdraaid tot de door de sensoren 6, 7 gemeten intensiteit weer nagenoeg gelijk is.

In alternatieve uitvoeringen kan een combinatie van meerdere lichtsensoren voorzien zijn, zoals bijvoorbeeld naast de eerste en tweede sensor ook een derde sensor om het onderscheid dag/nacht nauwkeuriger te bepalen. Volgens de uitvinding zijn er minstens twee sensoren, maar meer dan twee is dus ook mogelijk.

In de uitvoering getoond in de figuren zijn de meetinrichting 6-9 en de verwerkingseenheid voorzien op dezelfde printplaat 5. Dit is niet essentieel voor de uitvinding en kan ook anders uitgevoerd zijn.

Het tussenschot 8 en de afschermwand 9 zijn bij voorkeur ook vervaardigd uit printplaat materiaal met een zwarte maskeringslaag, of een ander bij de vakman bekend in wezen niet-reflecterend materiaal, om reflectie van het licht tegen te gaan.

Meer bepaald zijn de twee lichtsensoren 6 en 7 lichtgevoelige sensoren die een spanning produceren die evenredig is met het licht dat erop valt. Dit zijn bijvoorbeeld PV cellen die een bepaalde stroom kunnen leveren bij lichtinval, over een weerstand van 1Mohm, wat leidt tot een spanning van ongeveer 3V bij 30Klux. Er kan een versterker in buffer mode geplaatst zijn na de sensor om de spanning te bufferen en overspanning te absorberen. Indien de sensoren 6 en 7 optimaal naar de zon of een ander optimaal lichtpunt gericht zijn, ontvangen beide sensoren nagenoeg evenveel licht en produceren ze een gelijke spanning. In het andere geval - indien de stand afwijkt van de optimale - zal één van de sensoren meer licht ontvangen dan de andere sensor en zullen beide sensoren een verschillende spanning produceren. Dit spanningsverschil wordt door de verwerkingseenheid gebruikt om te bepalen wat de optimale stand is.

Op de verwerkingseenheid draait een algoritme dat bij voorkeur zo opgebouwd is, dat er, van zodra er een bepaald minimum (bv. 300lux of 1000lux) binnenvallend licht opgemeten wordt, periodiek (bv. elke minuut of elke vijf minuten) een lichtmeting gebeurt op zoek naar het optimale lichtpunt. Vervolgens wordt de motor aangestuurd om de spiegel daarheen te richten. Bij invallende duisternis, wanneer niet langer het minimum invallend licht gehaald wordt, zet het systeem zich klaar voor de start van een volgende cyclus. Bij voorkeur is daartoe een elektronisch kompas op de printplaat 5 geïntegreerd. Hiermee kan een nulstand gecreëerd worden in het oosten, waarnaar de spiegelinrichting elke 24u kan terugkeren en vanuit deze stand een nieuwe cyclus aanvatten. Zo start elke cyclus in de nabijheid van de verwachte optimale stand en kan de spiegelinrichting snel naar de optimale stand gebracht worden.

De motor 15, die de rotatie van de spiegelinrichting 1 aandrijft, is bij voorkeur maar niet noodzakelijk een elektrische stappenmotor die in beide richtingen kan draaien (vb. snelheid 0,2 omwentelingen per minuut). De motor is bijvoorbeeld een DC-motor met een sturing die bestaat uit twee halve bruggen voor sturing in beide richtingen. Het elektrisch vermogen voor de installatie wordt geleverd door de combinatie van een zonnepaneel 16 met een oplaadbare batterij met een autonomie van bijvoorbeeld 3 weken. Op die manier moet geen netspanningsaansluiting voorzien worden. Uiteraard kan het elektrisch vermogen ook op andere bij de vakman bekende manieren voorzien worden, zoals bijvoorbeeld een aansluiting op de netspanning.

In de koepel wordt bij voorkeur ook een anticondensmiddel aangebracht, zoals bijvoorbeeld een doosje met actieve klei, voor het opvangen van mogelijke condens en het regelen van de vochtigheidsgraad in de koepel. Actieve klei is een milieuvriendelijke variant van silica gel.

De besturingseenheid op de printplaat 5 is bij voorkeur voorzien van een temperatuursensor die de omgevingstemperatuur in de koepel opmeet. De gebruikte componenten zijn van het type industrial dass, wat betekent dat het toegestane temperatuurbereik loopt van -20°C tot +85°C.

Indien de temperatuur in de koepel zou oplopen tot boven de 85°C zal de werking uit veiligheidsoverwegingen worden stilgelegd.

In het geval er meerdere lichtkoepels in eikaars nabijheid op het gebouw voorzien worden, heeft elke koepel bij voorkeur zijn eigen, individuele besturingssysteem, zodat zij onafhankelijk van elkaar functioneren. Op die manier is het niet noodzakelijk om een koppeling te maken tussen verschillende koepels op eenzelfde dak. Er dienen ook geen instellingen (plaatscoördinaten of andere) ingegeven te worden bij installatie op het dak. Eens de voeding (zonnepaneel en batterij) aangesloten is, functioneert elke lichtkoepel onmiddellijk en autonoom.

Hoewel de huidige uitvinding werd beschreven aan de hand van één specifieke uitvoeringsvorm, is het duidelijk dat diverse wijzigingen kunnen aangebracht worden zonder buiten de beschermingsomvang van de conclusies te treden. In die zin dienen de beschrijving en de figuren aanzien te worden als voorbeelden, en dienen ze niet in een strikte zin opgevat te worden.

Claims (15)

1. Lichtkoepel voor het verspreiden van daglicht in een gebouw, omvattende een daglichtverspreidingsinrichting (10-12) voor opstelling in een dakopening van het gebouw en een spiegelinrichting (1), roteerbaar gemonteerd boven de daglichtverspreidingsinrichting en voorzien voor het reflecteren van licht naar de daglichtverspreidingsinrichting, waarbij de spiegelinrichting een spiegel (3) omvat, een motor (15) voor het roteren van de spiegelinrichting en een aansturing (5) voor het aansturen van de motor, zodanig dat de spiegelinrichting naar een optimale stand gebracht wordt waarin zo veel mogelijk licht gereflecteerd wordt naar de daglichtverspreidingsinrichting, waarbij de aansturing een meetinrichting (6-9) omvat, opgesteld voor het meten van de intensiteit van op de spiegel invallend licht, waarbij de meetinrichting voorzien is van een eerste (6) en een tweede lichtsensor (7) en een schaduwelement (8) opgesteld voor het creëren van een schaduw op de eerste of tweede lichtsensor, en een verwerkingseenheid (14) voor het verwerken van de door de lichtsensoren gemeten intensiteit, waarbij de aansturing (5) voorzien is voor het bepalen van een aangepaste optimale stand op basis van de lichtintensiteit gemeten door de eerste en de tweede lichtsensor, daardoor gekenmerkt dat de aansturing (5) voorzien is voor het opzoeken van een aanvankelijk optimale stand tijdens een volledige omwenteling van de spiegelinrichting.

2. Lichtkoepel volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt, dat de eerste en tweede sensor (6-7) naast elkaar aangebracht zijn op een printplaat (5) en het schaduwelement gevormd wordt door een tussenwand (8) midden tussen de eerste en de tweede sensor.

3. Lichtkoepel volgens conclusie 2, daardoor gekenmerkt, dat op de printplaat (5) een afschermwand (8) is aangebracht bovenaan de eerste en de tweede sensor.

4. Lichtkoepel volgens één der voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt, dat de meetinrichting (6-9) en de verwerkingseenheid (14) zich op dezelfde printplaat (5) bevinden.

5. Lichtkoepel volgens één der voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de spiegel (3) opgesteld is onder een hoek van 50 à 80° ten opzichte van het aardoppervlak.

6. Lichtkoepel volgens één der voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de spiegel (3) opgesteld is onder een hoek van 60 à 70° ten opzichte van het aardoppervlak.

7. Lichtkoepel volgens één der voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de spiegel (3) opgesteld is onder een hoek van ca. 65° ten opzichte van het aardoppervlak.

8. Lichtkoepel volgens één der voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt, dat de meetinrichting (6-9) opgesteld is nagenoeg loodrecht op het aardoppervlak.

9. Lichtkoepel volgens één der conclusies 1-7, daardoor gekenmerkt, dat de meetinrichting (6-9) opgesteld is in een hoek van nagenoeg 45° op het aardoppervlak.

10. Lichtkoepel volgens één der voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt, dat de spiegelinrichting (1) een steun omvat met een eerste arm (2) voor het ondersteunen van de spiegel (3) en een tweede arm (4) voor het ondersteunen van de meetinrichting (6-9) aan een bovenzijde van de spiegel.

11. Lichtkoepel volgens één der voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt, dat de lichtkoepel een doorzichtige koepel (13) omvat, gemonteerd over de spiegelinrichting (1) om deze te beschermen tegen weersomstandigheden.

12. Lichtkoepel volgens één der voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt, dat de daglichtverspreidingsinrichting een prismatische lens (10) bovenaan de dakopening, een lichtschacht (11) met reflecterende wanden doorheen de dakopening en een piramidelens (12) onderaan de dakopening omvat.

13. Lichtkoepel volgens één der voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt, dat de aansturing (5) een elektronisch kompas omvat, voor het bepalen van een nulstand waarin de spiegelinrichting nagenoeg naar het oosten gericht is.

14. Lichtkoepel volgens één der voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt, dat de aansturing (5) voorzien is voor het opzoeken van de aanvankelijk optimale stand wanneer de gemeten lichtintensiteit een vooraf bepaalde eerste grens overschrijdt en voor het periodiek bepalen van de aangepaste optimale stand.

15. Lichtkoepel volgens één der voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt, dat de aansturing (5) voorzien is voor het aanpassen van de stand van de spiegelinrichting wanneer het verschil in intensiteit gemeten door de eerste en tweede sensor een vooraf bepaalde tweede grens overschrijdt.