-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Sammeln von Licht mit einem Linearkonzentrator, welcher Licht auf einer linienförmigen Struktur sammelt.
-
Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art kann zum Sammeln von Sonnenlicht, insbesondere im Rahmen eines Solarwärmekraftwerks, verwendet werden. Eine entsprechende Verwendung ist zum Beispiel in der
DE 39 34 535 A1 offenbart.
-
Linearkonzentratoren sind auf Grund ihres Aufbaus, welcher im Wesentlichen eine zweidimensionale, in die dritte Dimension linear erstreckte Formgebung umfasst, sehr einfach herzustellen. Dem steht jedoch eine vergleichsweise geringe Bestrahlungsstärke des gesammelten Lichts beispielsweise in einer Brennlinie des Linearkonzentrators gegenüber. Die Bestrahlungsstärke eines dreidimensionalen Konzentrators, beispielsweise einer ”Parabolschüssel”, kann gegenüber einem Linearkonzentrator, beispielsweise einer ”Parabolrinne”, je nach konstruktiver Auslegung um etwa den Faktor 200 höher liegen. Der Herstellungsaufwand für einen dreidimensionalen Konzentrator ist dafür gegenüber einem Linearkonzentrator spürbar erhöht.
-
Der Erfindung liegt vor diesem Hintergrund die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zum Sammeln von Licht anzugeben, welche die Bestrahlungsstärke eines einfachen Linearkonzentrators erhöht und überdies einfach herstellbar ist.
-
Die Aufgabe wird bei einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, dass wenigstens ein Lichtleiterkörper vorgesehen ist, welcher zwei Deckflächen und eine die Deckflächen miteinander verbindende Schmalfläche aufweist, wobei die Schmalfläche einen Lichteintrittsabschnitt aufweist, wobei der Lichtleiterkörper mit dem Lichteintrittsabschnitt an der linienförmigen Struktur angeordnet ist, und wobei die Kontur der Schmalfläche derart ausgestaltet ist, dass das Licht an einem Ort innerhalb des Lichtleiterkörpers gesammelt wird.
-
Wie der Erfinder erkannt hat, kann an der Position der linienförmigen Struktur ein Lichtleiterkörper mit spezieller Kontur der Schmalfläche als sekundärer Konzentrator angeordnet werden, welcher das Licht nach dem Durchlaufen des durch den Linearkonzentrator vorgegebenen Strahlengangs noch weiter bündelt. Dadurch wird das Licht innerhalb des Lichtleiterkörpers oder am Rand des Lichtleiterkörpers mit erhöhter Bestrahlungsstärke gesammelt, ohne einen bedeutenden Leistungsverlust durch Abschattung oder Ausblendung des einfallenden, zu sammelnden Lichts hervorzurufen. Durch den zusätzlichen sekundären Konzentrator in Form des Lichtleiterkörpers kann somit die Bestrahlungsstärke an dem Ort innerhalb des Lichtleiterkörpers gegenüber der Bestrahlungsstärke in der linienförmigen Struktur eines einfachen Linearkonzentrators signifikant erhöht werden. Der zusätzliche konstruktive Aufwand, welcher sich aus der Herstellung, der Anordnung und gegebenenfalls der betriebsbedingten Wartung des Lichtleiterkörpers ergibt, fällt gegenüber dem dadurch erhaltenen Nutzen der Bestrahlungsstärkenerhöhung kaum ins Gewicht.
-
Die linienförmige Struktur, entlang der das Licht durch den Linearkonzentrator gesammelt wird, ist im Wesentlichen durch eine Linie gekennzeichnet, auf welcher die Brennpunkte einzelner infinitesimaler Abschnitte des Linearkonzentrators entlang dessen Längserstreckung, insbesondere bei parallel zur Symmetrieachse einfallendem Licht liegen. Diese Linie wird üblicherweise als Brennlinie bezeichnet.
-
Als Schmalfläche wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung die gesamte umlaufende, die beiden (insbesondere planparallelen) Deckflächen des Lichtleiterkörpers verbindende Fläche angesehen, bei der spezifische Abschnitte der Schmalfläche in besonderer Weise geformt sein können. So können – abweichend von einer insbesondere gerundeten Kontur – Abschnittsgrenzen beispielsweise in Form von Kanten vorgesehen sein (wie sie insbesondere bei winkligen Abschnittsübergängen vorhanden sind).
-
Der Lichteintrittsabschnitt an der Schmalfläche des – bevorzugt plattenförmig mit im Wesentlichen parallel zueinander angeordneten Deckflächen ausgebildeten – Lichtleiterkörpers ist erfindungsgemäß an der linienförmigen Struktur angeordnet, vorzugsweise derart, dass die linienförmige Struktur in der von dem Lichteintrittsabschnitt aufgespannten Fläche liegt. Die Anordnung und die Formgebung des Lichteintrittsabschnitts werden in vorteilhafter Weise auf eine größtmögliche Einkopplung des in der linienförmigen Struktur gesammelten Lichts in das Innere des Lichtleiterkörpers ausgelegt, um einen hohen Lichtdurchsatz zu gewährleisten.
-
Da das Licht beim Durchlaufen des Lichtleiterkörpers aufgrund seiner optischen Eigenschaften zur Erhöhung der Bestrahlungsstärke weiter gesammelt wird, kann der Lichtleiterkörper massiv aus einem geeigneten Werkstoff, beispielsweise Glas oder Kunststoff (z. B. PMMA oder Polycarbonat), gefertigt sein. Gegebenenfalls kann ein Glas mit geringer Volumenabsorption oder günstigen thermischen Eigenschaften verwendet werden. In speziellen Ausgestaltungen kann der Lichtleiterkörper jedoch auch lediglich ein Gehäuse aus einem geeigneten Material aufweisen – also als Hohlkörper ausgebildet sein –, in dessen Inneren zum Beispiel eine lichtdurchlässige Flüssigkeit angeordnet ist.
-
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Geometrie, die wesentlich durch das Material bestimmten optischen Eigenschaften des Lichtleiterkörpers (insbesondere sein Brechungsindex) und die Ausrichtung des Lichtleiterkörpers relativ zum Linearkonzentrator derart aufeinander abgestimmt sind, dass die Auftreffwinkel von Lichtstrahlen auf die Innenseite wenigstens einer Fläche, bevorzugt aller Flächen, der Lichtleiterplatte die Voraussetzungen für eine Totalreflexion des Lichts erfüllen, um unerwünschte Transmissionsverluste durch Austritt des Lichts aus der Lichtleiterplatte zu vermeiden.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung weist der Linearkonzentrator zwei konkave reflektierende Sammelelemente, insbesondere in der Form von Rinnen, auf, welche voneinander beabstandet und mit den Einwölbungen einander zugewandt angeordnet sind. Auf diese Weise kann durch eine zweifache Reflexion an abbildenden Oberflächen eine erhöhte Flexibilität der Abbildungseigenschaften des Linearkonzentrators erzielt werden. Der Lichtleiterkörper kann aus zwei oder mehr Materialien zusammengesetzt sein, so dass an der Grenzfläche zwischen den Materialien Totalreflexion oder Brechung auftritt. Sie kann z. B. wie eine Lichtleiterfaser einen Kern aus einem Material und eine umhüllende Schicht aus einem anderen Material mit geringerem Brechungsindex haben.
-
Für den Fall, dass sich das zweite Sammelelement im Einfallbereich des Lichts befindet, sind die durch das zweite Sammelelement bedingte Abschattung und der damit verbundene Leistungsverlust vor dem Hintergrund der Tatsache, dass am Ort der linienförmigen Struktur des Linearkonzentrators ein, gegebenenfalls ebenso abschattendes Absorberelement für das gesammelte Licht erforderlich wäre, vertretbar. Es ist jedoch auch möglich, die Sammelelemente mit einem sogenannten Off-Axis-Querschnitt auszubilden, bei der der Brennpunkt eines infinitesimalen Längenabschnitts abseits der Symmetrieachse liegt.
-
Eine weitere Variante besteht darin, das zweite Sammelelement als Planspiegel auszubilden. Durch diese Variante werden die abbildenden Eigenschaften allein durch das erste Sammelelement bestimmt. Der Bauraum der Vorrichtung entgegen der Einfallsrichtung des Lichts kann dadurch reduziert werden.
-
Die Sammelelemente können sphärische, parabolische oder andere Querschnitte aufweisen. Ein sphärischer Querschnitt verringert insbesondere die Anforderungen an die Herstellung des Sammelelements. Ein parabolischer Querschnitt bietet bessere Abbildungseigenschaften auch für achsenferne Strahlen (bei parallel zur Symmetrieachse einfallendem Licht) und kann zur Erhöhung der Lichtausbeute beitragen.
-
Bezogen auf den Lichtleiterkörper kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung der Lichteintrittsabschnitt des Lichtleiterkörpers eine ebene Fläche aufweisen. Die Ausbildung des Lichteintrittsabschnitts als ebene Fläche verringert insbesondere die Anforderung an die Herstellung des Lichtleiterkörpers und bietet überdies eine angemessene Akzeptanz für das von dem Linearkonzentrator in einer linienförmigen Struktur gesammelte Licht, welches je nach Strahlengang unter verschiedenen Winkeln über den Lichteintrittsabschnitt in den Lichtleiterkörper eingeleitet wird.
-
Es ist jedoch auch möglich, den Lichteintrittsabschnitt uneben auszugestalten. Beispielsweise kann der Lichteintrittsabschnitt prismenförmige oder pyramidenförmige Formelemente aufweisen. Prismen können das Licht beim Eintritt in den Lichtleiter in eine andere, günstigere Richtung lenken. Ein mit Prismen versehener Lichteintrittsabschnitt kann wie eine schmale Fresnell-Linse wirken, die das Licht auf einen Brennfleck innerhalb des Lichtleiterkörpers konzentriert. Eine weitere Wirkung der Prismen besteht darin, das Licht spektral aufzuspalten. Es können dann verschiedene Wellenlängenbereiche auf verschiedene Absorber (z. B. verschiedene Solarzellen) konzentriert werden. Die Formelemente müssen nicht regelmäßig sein. Ebenso ist es möglich, die Fläche des Lichteintrittsabschnitts mit einer in Querrichtung der Lichtleiterplatte verlaufenden Auswölbung zu versehen, welche derart ausgelegt ist, dass Lichtstrahlen mit unterschiedlichen, von den optischen Eigenschaften des Linearkonzentrators abhängigen Einfallswinkeln auf den Lichteintrittsabschnitt mit möglichst kleinem Einfallswinkel auftreffen. Auf diese Weise können die Reflexionsverluste beim Eintritt des Lichtes in den Lichtleiterkörper unter Umständen verringert werden.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung kann der Lichteintrittsabschnitt mit einer Antireflex-Beschichtung versehen sein. Auf diese Weise kann der Transmissionsgrad des von dem Linearkonzentrator gesammelten Lichts in die Lichtleiterplatte ebenfalls erhöht werden, insbesondere wenn die Lichtleiterplatte ein Material mit einer hohen Brechzahl umfasst.
-
Die Schmalfläche kann wenigstens einen an den Lichteintrittsabschnitt angrenzenden Konturflächenabschnitt umfassen, welcher eine sphärische, parabolische oder andere Kontur aufweist. Die Kontur des Konturflächenabschnitts bestimmen einen wesentlichen Teil der optischen Eigenschaften der Lichtleiterplatte für das in ihrem Inneren laufende Licht. Der Konturflächenabschnitt ist insbesondere dazu ausgelegt, das von dem Linearkonzentrator gesammelte und in den Lichtleiterkörper eingestrahlte Licht zum Zweck der Erhöhung der Bestrahlungsstärke direkt oder indirekt an einem Ort innerhalb der Lichtleiterplatte zu sammeln, und weist eine entsprechend angepasste Kontur auf.
-
Es ist ferner möglich, einen weiteren Konturflächenabschnitt innerhalb des Lichteintrittsabschnitts anzuordnen. Der weitere Konturflächenabschnitt ist insbesondere dazu geeignet, neben dem ersten Konturflächenabschnitt eine zweite Interaktionsfläche zur Verfügung zu stellen, an welcher das in dem Lichtleiterkörper verlaufende Licht reflektiert und dadurch schließlich an einem Ort innerhalb des Lichtleiterkörpers gesammelt werden kann. Auf diese Weise können die optischen Eigenschaften des Lichtleiterkörpers mit einer höheren Flexibilität gewählt werden. Vorzugsweise weisen der erste Konturflächenabschnitt und der zweite Konturflächenabschnitt eine gewölbte Kontur auf, wobei die Einwölbungen, d. h. die konkaven Konturen, einander zugewandt angeordnet sind. Auf diese Weise lässt sich neben dem aus den Sammelelementen gebildeten, ersten Linearkonzentrator ein durch die Konturflächenabschnitte gebildeter, sekundärer Konzentrator vorsehen, welcher durch seine optischen Eigenschaften zur Erhöhung der Bestrahlungsstärke des gesammelten Lichts beiträgt.
-
Mit einer derartigen Ausgestaltung ist es möglich, die optischen Eigenschaften des durch zwei wie zuvor beschriebene konkave Sammelelemente gebildeten Linearkonzentrators nachzubilden. Insbesondere kann dies dadurch erreicht werden, dass die Kontur wenigstens eines der Konturflächenabschnitte dem Querschnitt der Sammelelemente, in einem gegebenenfalls abweichenden Größenverhältnis, nachgebildet ist.
-
Um möglichst geringe Leistungsverluste des zu sammelnden Lichts im Strahlengang innerhalb des Lichtleiterkörpers – beispielsweise durch teilweise Transmission des Lichts vom Inneren in die Umgebung des Lichtleiterkörpers an Stellen, an denen das Licht auf die Konturflächenabschnitte und/oder auf die Deckflächen derart auftrifft, dass keine Totalreflexion möglich ist – zu erzielen, können die Deckflächen und/oder die Konturflächenabschnitte wenigstens abschnittsweise reflektierend ausgebildet sein. Das Reflexionsvermögen lässt sich insbesondere durch eine entsprechende Beschichtung erhöhen.
-
An dem Ort innerhalb des Lichtleiterkörpers oder am Rand des Lichtleiterkörpers an dem das Licht gesammelt wird, kann das Licht auf verschiedene Weise genutzt oder weitergeleitet werden. Zum Beispiel kann sich an dem Ort, an dem das Licht gesammelt wird, eine Solarzelle oder eine Anordnung von mehreren Solarzellen befinden. Befindet sich der Ort, an dem das Licht gesammelt wird, innerhalb des Lichtleiterkörpers, so kann die Solarzelle oder die Anordnung von Solarzellen in eine an diesem Ort befindliche Aussparung im Lichtleiterkörper eingesetzt werden. Gegebenenfalls kann sich zwischen dem Lichtleiterkörper und der Solarzelle bzw. den Solarzellen eine Immersionsflüssigkeit befinden. Das hat den Vorteil, das an dieser Stelle keine thermischen Spannungen auftreten. Die Immersionsflüssigkeit kann auch zur Kühlung der Solarzelle bzw. der Solarzellen beitragen. Ferner kann am Ort innerhalb der Lichtleiterplatte, an dem das Licht gesammelt wird, ein Lichtwellenleiter zum Fortleiten des Lichts oder ein Fluidführungselement zur Aufnahme eines fluiden Wärmeträgermediums angekoppelt sein. Mit einem Lichtwellenleiter kann das gesammelte Licht sehr flexibel einer weiteren Verwendung, beispielsweise einer Solarzelle, zugeführt werden. Mit einer Fluidführung, welche ein absorbierendes, fließendes Wärmeträgermedium enthält, kann die Strahlungsenergie in Wärmeenergie umgewandelt werden. Die Wärmeenergie lässt sich in der Art eines Wärmekraftwerks zum Beispiel zur Gewinnung elektrischer Energie verwenden.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann eine Mehrzahl von Lichtleiterkörpern entlang der linienförmigen Struktur, insbesondere seriell, angeordnet sein. Vorzugsweise werden die Lichtleiterkörpern derart angeordnet, dass die gesamte linienförmige Struktur von den Lichteintrittsabschnitten der Lichtleiterkörpern abgedeckt wird, um eine möglichst hohe Lichtausbeute bei der Transmission des von dem Linearkonzentrator gesammelten Lichts in den Lichtleiterkörper zu erzielen.
-
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Lichtleiterplatte mit ihrem Lichteintrittsabschnitt an den Linearkonzentrator angrenzen. Zum Beispiel kann der Linearkonzentrator die Form eines Trogs haben, wobei das Licht am Boden des Trogs gesammelt wird. Dann kann der Lichtleiterkörper dort ohne Zwischenraum anschließen. Ein Beispiel für einen trogförmigen linearen Konzentrator ist der lineare Compound Parabolic Concentrator (linearer CPC).
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird in bevorzugter Weise als Solarkonzentrator verwendet. Die Vorteile dieser Verwendung ergeben sich insbesondere aus den vorstehenden Ausführungen.
-
Es gibt viele Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Vorrichtung auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird einerseits auf die abhängigen Patentansprüche, andererseits auf die Erläuterung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigen:
-
1 ein Ausführungsbeispiel eines Linearkonzentrators,
-
2 ein Ausführungsbeispiel eines plattenförmigen Lichtleiterkörpers in perspektivischer Ansicht,
-
3 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Sammeln von Licht mit einem Linearkonzentrator und dem plattenförmigen Lichtleiterkörper aus 2 in perspektivischer Ansicht,
-
4 eine beispielhafte Darstellung von Strahlengängen in der Lichtleiterplatte aus 2 in Draufsicht und Seitenansicht und
-
5 Ausführungsbeispiele für Formelemente an dem Lichteintrittsabschnitt eines Lichtleiterkörpers.
-
1 zeigt einen Linearkonzentrator 2 mit einem beispielhaft dargestellten Strahlengang 4. Der Linearkonzentrator 2 besteht vorliegend aus zwei konkaven reflektierenden Sammelelementen 6a, 6b (”Rinnen”), welche mit den Einwölbungen 8a, 8b einander zugewandt angeordnet sind. Der Querschnitt der einzelnen Sammelelemente 6a, 6b kann sphärisch oder parabolisch ausgebildet sein. Es sind grundsätzlich auch andere, gegebenenfalls nicht-analytisch darstellbare Querschnittsformen denkbar, sofern sie zum Sammeln von Licht geeignet sind. Die Querschnitte können zum Beispiel optimiert oder simultan maßgeschneidert sein.
-
Ein einfallender Lichtstrahl, beispielsweise Sonnenlicht, wird an der gewölbten Oberfläche des ersten Sammelelements 6a in Richtung des zweiten Sammelelements 6b reflektiert. An der gewölbten Oberfläche des zweiten Sammelelements 6b wird das reflektierte Licht ebenfalls reflektiert und in Richtung auf eine linienförmige Struktur 10 gelenkt.
-
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines plattenförmigen Lichtleiterkörpers 12, im Folgenden als „Lichtleiterplatte” bezeichnet. Es versteht sich, dass die nachfolgend beschriebenen vorteilhaften Eigenschaften sich auch mit nichtplanparallelen Lichtleiterkörpern erreichen lassen.
-
Die Lichtleiterplatte 12 kann aus einem lichtdurchlässigen Material wie Glas oder Kunststoff bestehen. Die Lichtleiterplatte 12 weist zwei planparallele Deckflächen 14 und eine die Deckflächen 14 verbindende, umlaufende Schmalfläche 16 auf, welche in mehrere Abschnitte unterteilt ist. Die verschiedenen Abschnitte sind vorliegend durch winklige Abschnittsgrenzen 18 voneinander getrennt.
-
Die Schmalfläche 16 weist einen weitgehend ebenen Lichteintrittsabschnitt 20 auf. Der Lichteintrittsabschnitt 20 kann mit einer Antireflex-Beschichtung versehen sein, um eine größtmögliche Einkopplung von Licht zu gewährleisten. An den Lichteintrittsabschnitt 20 grenzt ein erster Konturflächenabschnitt 22 an, welcher sich vorliegend von den beiden Enden des Lichteintrittsabschnitts 20 jeweils unter einem Winkel von 90° erstreckt und zwischen diesen beiden Abschnittsgrenzen 18 – abgesehen von kurzen geradlinig ausgebildeten Abschnitten 24 – in einer gekrümmten Kontur ausläuft. Die gekrümmte Kontur des ersten Konturflächenabschnitts 22 kann sphärisch oder parabolisch ausgebildet sein. Es sind jedoch auch andere, gegebenenfalls nicht-analytisch darstellbare Konturen für den ersten Konturflächenabschnitt 22 denkbar, sofern sie zum Sammeln von Licht geeignet sind.
-
Innerhalb des Lichteintrittsabschnitts 20 ist vorliegend ein zweiter Konturflächenabschnitt 26 angeordnet, welcher in diesem Beispiel durch eine gegenüber der ebenen Fläche des Lichteintrittsabschnitts 20 ausgewölbten Kontur gebildet ist. Die Kontur des zweiten Konturflächenabschnitts 26 kann dabei ebenfalls sphärisch, parabolisch oder in anderweitiger, gegebenenfalls nicht-analytisch darstellbarer Form ausgebildet sein. Die Konturen des ersten Konturflächenabschnitts 22 und des zweiten Konturflächenabschnitts 26 sind dazu ausgebildet und aufeinander angepasst, das durch den Lichteintrittsabschnitt 20 in das Innere der Lichtleiterplatte 12 eintretende Licht an einem bestimmten Ort 28 (siehe 4) zu sammeln. Die Konturen können zum Beispiel optimiert oder simultan maßgeschneidert sein.
-
Im Wesentlichen durch den ersten Konturflächenabschnitt 22 und den zweiten Konturflächenabschnitt 26 wird ein sekundärer Konzentrator gebildet. Gegebenenfalls lassen sich die Konturen der Konturflächenabschnitte 22, 26 den Querschnitten der Sammelelemente 6a, 6b in einem für die Praktikabilität der Anordnung geeignet verkleinerten Maßstab nachbilden. Es sind jedoch auch voneinander abweichende Ausgestaltungen der Konzentratoren möglich.
-
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Sammeln von Licht, welche vorliegend eine Anordnung aus einem Linearkonzentrator 2 aus 1 und einer Lichtleiterplatte 12 aus 2 umfasst. Die Lichtleiterplatte 12 ist in diesem Beispiel mit ihrem Lichteintrittsabschnitt 20 am Ort der linienförmigen Struktur 10 angeordnet, so dass die linienförmige Struktur 10 auf der ebenen Fläche des Lichteintrittsabschnitts 20 liegt. Das einfallende Licht wird somit von dem Linearkonzentrator 2 gesammelt und effektiv in die Lichtleiterplatte 12 eingekoppelt, wo es gemäß der optischen Eigenschaften der Lichtleiterplatte 12 zum Zweck einer weiteren Bestrahlungsstärkeerhöhung weiter gesammelt und fokussiert werden kann. Die Breite der Lichtleiterplatte 12 ist in dem vorliegenden Beispiel in vorteilhafter Weise derart gewählt, dass keine über die von dem zweiten Sammelelement 6b hervorgerufene Abschattung des einfallenden Lichts auf der konkaven reflektierenden Oberfläche des ersten Sammelelements 6a generiert wird.
-
4 zeigt in einer Detailansicht mögliche Strahlengänge 30a, 30b, 30c in der gemäß der Vorrichtung aus 3 angeordneten Lichtleiterplatte 12. Linkerhand ist dabei die Lichtleiterplatte 12 in Draufsicht mit beispielhaften Lichtstrahlen 30a, 30b, 30c dargestellt. Auf der rechten Seite befindet sich eine dazu um 90° gedrehte Ansicht, welche den Verlauf eines ausgewählten Lichtstrahls 30a nach dem Eintritt in die Lichtleiterplatte 12 durch den Lichteintrittsabschnitt 20 bis zur Stelle des Auftreffens auf dem ersten Konturflächenabschnitt 22 schematisch illustriert.
-
Durch die optischen Eigenschaften der Sammelelemente 6a, 6b des Linearkonzentrators 2 – gegebenenfalls auch durch Brechungseffekte beim Eintritt in die Lichtleiterplatte 12 – ergibt sich ein unter Umständen nicht parallel zu den Deckflächen 14 gerichteter Verlauf der Strahlengänge 30a, 30b, 30c. Um Leistungsverluste durch Lichtaustritt über (teilweise) Ausstrahlung des Lichts von dem Inneren der Lichtleiterplatte 12 in die Umgebung an den Stellen, an denen die Lichtstrahlen 30a, 30b, 30c auf die Deckflächen 14 auftreffen, zu vermeiden, wird die Anordnung (insbesondere auch das Material (Brechungsindex) und die Geometrie der Lichtleiterplatte 12) in vorteilhafter Weise derart gewählt, dass die Lichtstrahlen 30a, 30b, 30c an den Deckflächen 14 der Lichtleiterplatte 12 totalreflektiert werden. Die Konturflächenabschnitte 22 und 26 sind im vorliegenden Beispiel verspiegelt.
-
Wie in 4 auf der linken Seite gezeigt, tritt das Licht durch den Lichteintrittsabschnitt 20 in die Lichtleiterplatte 12 ein, durchläuft der Höhe nach die Lichtleiterplatte 12 (unter mehrfachen [Total-]Reflexionen an den Deckflächen 14) bis zu einer Stelle, an der es auf den ersten Konturflächenabschnitt 22 der Schmalfläche 16 trifft, wird von dort in Richtung auf den zweiten Konturflächenabschnitt 26 reflektiert, welcher innerhalb des Lichteintrittsabschnitts 20 angeordnet ist, wird dort wiederum reflektiert und in Richtung auf einen in diesem Beispiel etwas über der Mitte der Lichtleiterplatte 12 gelegenen Ort 28 gesammelt. An diesem Ort 28 innerhalb der Lichtleiterplatte 12 ist die Bestrahlungsstärke des gesammelten Lichts durch die optischen Eigenschaften der Lichtleiterplatte 12 (insbesondere der beiden Konturflächenabschnitte 22, 26) gegenüber lediglich von einem Linearkonzentrator 2 gesammeltem Licht in vorteilhafter Weise signifikant erhöht.
-
Um das Absetzen von Staub auf der Lichtleiterplatte 12 und damit etwaig einhergehenden Änderungen der optischen Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich der Bedingungen für eine Totalreflexion, vorzubeugen, kann die Lichtleiterplatte 12 mit einem Antistatikschutz versehen werden. Im einfachsten Fall lässt sich ein derartiger Schutz aber auch mechanisch mit einer Umhüllung erzielen, welche die Flächen der Lichtleiterplatte 12, durch welche kein Lichtdurchtritt erwünscht ist (beispielsweise alle außer der Fläche des Lichteintrittsabschnitts 20), abdeckt. Die Deckflächen 14 können mit einer Schicht aus einem durchsichtigen Material überzogen werden, das einen geringeren Brechungsindex als der Lichtleiterkörper hat. Die Totalreflexion tritt dann an der Grenzfläche zwischen den beiden Materialien auf. Diese kann nicht verstauben.
-
An dem Ort 28 innerhalb der Lichtleiterplatte 12, an dem das Licht gesammelt wird, kann sich eine Solarzelle oder eine Anordnung von mehreren Solarzellen in einer Aussparung in der Lichtleiterplatte 12 befinden. Es kann auch ein Lichtwellenleiter (nicht gezeigt) zum Fortleiten des Lichts oder eine Fluidführung (ebenfalls nicht gezeigt) zur Aufnahme eines fluiden Wärmeträgermediums angekoppelt sein. Auf diese Weise kann die gesammelte Strahlenenergie – gegebenenfalls nach Umwandlung in eine andere Energieform – einer weiteren Bestimmung zugeführt werden.
-
5 zeigt Beispiele für Formelemente 32, mittels welcher die Fläche des Lichteintrittsabschnitts 20 modifiziert werden kann, um das Licht umzulenken und/oder um es spektral aufzuspalten.
-
Vorliegend wird in 3 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß der Erfindung mit einem Linearkonzentrator 2 und einer einzigen Lichtleiterplatte 12 gezeigt. Es versteht sich jedoch, dass ebenso eine Mehrzahl an Lichtleiterplatten 12 an der linienförmigen Struktur 10 des Linearkonzentrators 2 angeordnet sein kann. Insbesondere können die Lichtleiterplatten 12 entlang der linienförmigen Struktur 10 seriell hintereinander angeordnet werden und somit vorzugsweise die gesamte Längserstreckung der linienförmigen Struktur 10 zum Zweck einer verbesserten Lichtausbeute abdecken.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
