DE10215568A1 - Brille mit Photovoltaik-Element zur Energieerzeugung am Körper - Google Patents

Abstract

Die Energieversorgung wenigstens eines am Körper tragbaren elektrischen Gerätes (5A, 5B) mittels Solarzellen soll verbessert werden. Hierzu schlägt die Erfindung vor, wenigstens ein transparentes optisches Element (3A, 3B; 12A, 12B; 22) einer Brille (1), das aus Glas oder Kunststoff ausgebildet sein kann, mit wenigstens einem photovoltaischen Element (4A, 4B, 4C, 4D; 13; 23) zu versehen. Die dadurch als Solarzellen wirkenden Brillengläser sind sowohl aufgrund ihrer Größe als auch aufgrund ihrer Ausrichtung bei getragener Brille (1) gut zur Energieerzeugung am Körper geeignet. Eine derartige Brille kann z. B. als Hörbrille ausgebildet sein.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Brille mit wenigstens einem transparenten optischen Element und einem Photovoltaik- Element zur Energieversorgung eines elektrischen Gerätes. Ferner betrifft die Erfindung ein System mit einem elektrischen Gerät und einer Brille.
• Am Körper tragbare elektrische Geräte sind in vielen unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt. Beispiele hierfür sind Kommunikationsgeräte, z. B. Telefone, oder Unterhaltungsgeräte, z. B. zum Abspielen oder zur Übertragung von Musik. Diese Geräte sollen in der Regel möglichst klein und unauffällig sein und möglichst lange mit der verwendeten Energiequelle, üblicherweise einer Batterie oder einem Akkumulator, kurz Akku genannt, betrieben werden können. Um möglichst unabhängig von der normalen Lebensdauer der Batterie bzw. der Speicherkapazität des Akkus zu sein, umfasst die Energieversorgung häufig Photovoltaik-Elemente (Solarzellen). Dabei sind die Geräte selbst in vielen Fällen zu klein, um eine ausreichend große Fläche für die Anbringung eines Photovoltaik-Elementes zu bieten. Außerdem verhindert zumeist die üblicherweise verdeckte Trageweise der Geräte, z. B. unter der Kleidung, die sinnvolle direkte Anbringung eines Photovoltaik-Elementes. Eine mögliche, bekannte Lösung dieses Problems sieht vor, das elektrische Gerät und das Photovoltaik- Element zur Energieversorgung des elektrischen Gerätes getrennt voneinander am Körper bzw. an der Kleidung zu tragen.
• Aus der US 2,901,551 ist eine Hörbrille mit einem Brillenteil und einem Hörgeräteteil bekannt, bei der zur Energieversorgung des Hörgeräteteils an dem Gestell des Brillenteils Solarzellen angebracht sind. Nachteilig bei dieser Anordnung ist die störanfällige Verbindung zwischen dem Brillengestell und den Solarzellen. Bei unvorsichtiger Behandlungsweise können sich beide Teile leicht voneinander lösen. Weiterhin erlaubt das Brillengestell allenfalls die Anbringung einer verhältnismäßig kleinen Solarzellenfläche, wobei die Solarzellen zusätzlich bei getragener Brille leicht durch Kopfhaare oder eine Kopfbedeckung verdeckt werden können. Weiterhin ist diese Kombination von Brille und Solarzellen unvorteilhaft für das Brillendesign.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Energieversorgung eines elektrischen Gerätes mittels einer Brille, die ein Photovoltaik-Element umfasst, zu verbessern.
• Diese Aufgabe wird bei einer Brille mit wenigstens einem transparenten optischen Element und einem Photovoltaik- Element zur Energieversorgung eines elektrischen Gerätes dadurch gelöst, dass das transparente optische Element das Photovoltaik-Element aufweist.
• Eine Brille umfasst üblicherweise ein Brillengestell mit zwei Bügeln, die zur Halterung der Brille am Kopf hinter die Ohren greifen, und zwei Linsen. Die Linsen sind zumeist aus Glas oder einem Kunststoff gefertigt. Die Linsen sind für das auf sie treffende Licht ganz oder zu einem gewissen Grad transparent. Es sind jedoch auch Brillen bekannt, die keine Linsen, die eine Bündelung des Lichtes bewirken, als optische Elemente enthalten. Beispiele hierfür sind etwa Schutzbrillen. Auch weisen diese häufig nur ein einziges optisches Element auf, zum Beispiel in Form einer entsprechend ausgebildeten Kunststoffscheibe, das sich in getragenem Zustand gleichermaßen vor beiden Augen erstreckt.
• Photovoltaik-Elemente (Solarzellen) werde zumeist basierend auf aus der Halbleitertechnologie (insbesondere Silizium- Halbleiter-Technologie) bekannten Verfahren hergestellt. Da bei üblichen Photovoltaik-Elementen nur ein geringer Prozentsatz des auftreffenden Lichtes absorbiert und in elektrische Energie umgewandelt wird und da es ferner möglich ist, Photovoltaik-Elemente sehr dünn auszubilden (z. B. als Dünnschicht- Solarzellen), können Photovoltaik-Elemente in hohem Maße transparent sein. Da weiterhin Glas als Trägermaterial zur Herstellung von Halbleitern und damit auch von Photovoltaik- Elementen vorzüglich geeignet ist, können diese beispielsweise auf Fensterscheiben aufgebracht werden. Dieser Vorgang lässt sich auch auf optische Gläser übertragen, so dass es möglich ist, die Gläser einer Brille gleichsam als Photovoltaik-Elemente auszubilden und gemäß der Erfindung zur Energieversorgung eines elektrischen Gerätes vorzusehen.
• Darüber hinaus sind auch Herstellungsverfahren für Photovoltaik-Elemente bekannt, bei denen alle erforderlichen Verfahrenschritte bei verhältnismäßig tiefen Temperaturen, beispielsweise unterhalb 100°C, ablaufen können. Damit können neben Glas auch andere Trägermaterialien, wie z. B. Kunststoffe, verwendet werden. So lassen sich auch optische Elemente, beispielsweise Linsen oder vor den Augen tragbare, transparente Schutzeinrichtungen zum Schutz der Augen vor Schmutz, UV-Licht usw. aus Kunststoff erzeugen, die photovoltaische Elemente umfassen.
• Weiterhin ist es möglich, Photovoltaik-Elemente als dünne Folien (Solarfolien) auszubilden und auf einen Träger, der nicht notwendigerweise eine ebene Oberfläche aufweisen muss, aufzubringen. Derartige Folien lassen sich somit auch auf Brillengläser aus Glas oder Kunststoff (auch letztere werden gewöhnlich als "Brillengläser" bezeichnet) aufbringen und zur Erzeugung elektrischer Energie am Körper verwenden.
• Die Erfindung bietet die Vorteile, dass als Photovoltaik- Elemente ausgebildete Brillengläser kaum von normalen Brillengläsern zu unterscheiden sind. Sie beeinflussen somit das Design der Brille nicht. Außerdem bieten Brillengläser eine verhältnismäßig große Oberfläche für die damit verbundenen Photovoltaik-Elemente. Somit lassen sich auch bei nicht optimalen Lichtverhältnissen, z. B. im Haus, elektrische Geräte damit betreiben. Auch werden die Brillengläser bei getragener Brille nicht durch Kopfhaare, Kopfbedeckungen oder sonstige Kleidungsstücke verdeckt.
• Besonders vorteilhaft ist eine gemäß der Erfindung ausgebildete Sonnenbrille. Da diese insbesondere bei starker Sonneneinstrahlung getragen wird, können die in die Brille integrierten Photovoltaik-Elemente verhältnismäßig viel elektrische Energie liefern. Bei einer Sonnenbrille gemäß der Erfindung werden vorteilhaft die Photovoltaik-Elemente an oder nahe der äußeren Oberfläche der Sonnengläser angeordnet, so dass das einfallende Licht zunächst zur Umwandlung in elektrischen Strom zur Verfügung steht und anschließend erst die Abschwächung des Lichtes mittels der als Sonnengläser ausgebildeten transparenten optischen Elemente erfolgt. Es ist jedoch auch möglich, die Photovoltaik-Elemente derart auszubilden, dass diese die Abschwächung des auf sie treffenden Lichtes zum Schutz der Augen bewirken.
• Ein einzelnes Photovoltaik-Element liefert in Abhängigkeit seines internen Aufbaus, insbesondere in Abhängigkeit der verwendeten Materialien, in der Regel nur eine verhältnismäßig kleine Spannung an seinem Ausgang. Daher werden zur Erzielung höherer Spannungen mehrere einzelne Elemente in Reihe geschaltet. Eine entsprechende Erhöhung des Ausgangsstroms lässt sich durch Parallelschaltung einzelner Elemente erreichen. Vorteilhaft umfasst eine Brille gemäß der Erfindung mehrere Photovoltaik-Elemente, die in Parallel- und/oder Reihenschaltung miteinander verbunden sind. Beispielsweise können die einzelnen Photovoltaik-Elemente jedes Brillenglases parallel und die so entstandenen Module in Reihe geschaltet sein, oder umgekehrt. Die Elektroden der einzelnen Photovoltaik-Elemente sind vorzugsweise sehr dünn ausgebildete Metallelemente, z. B. mit einer Gitterstruktur. Sie werden daher beim Tragen der Brille nicht wahrgenommen. Die elektrische Verbindung der Brillengläser untereinander und die elektrische Verbindung mit dem mit elektrischer Energie zu versorgendem Gerät erfolgt vorzugsweise durch in oder an dem Brillengestell angebrachte elektrische Kontakt- und Leitungsmittel.
• Vorzugsweise bilden die Brille gemäß der Erfindung und das mit Energie zu versorgende elektrische Gerät eine Einheit. Dies bedeutet, dass beide Elemente zumindest aufeinander abgestimmte elektrische Verbindungsmittel aufweisen. Die Brille und das elektrische Gerät können aber auch mechanisch miteinander verbunden sein. Dies ist beispielsweise bei einer Hörbrille, als Einheit aus Brille und Hörgerät, der Fall. Die Enden der Brillenbügel, die hinter die Ohren greifen und zur Befestigung der Brille am Ohr dienen, sind dann als hinter dem Ohr tragbare Hörgeräte ausgebildet.
• Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:
• Fig. 1 eine Hörbrille,
• Fig. 2 einen Teil einer Brille mit einem Brillenglas, einem Photovoltaik-Element und einem Deckglas, und
• Fig. 3 einen Teil einer Brille mit einer Linse und einer darauf aufgebrachten Solarfolie.
• Fig. 1 zeigt eine Brille 1 mit einem Brillengestell 2, an dem zwei Brillenbügel 2A und 2B befestigt sind. Das Ende jedes Brillenbügels, das bei getragener Brille zur Befestigung der Brille am Kopf jeweils hinter ein Ohr greift, ist als Hörhilfegerät 5 A bzw. 5B ausgebildet.
• Die Brille umfasst die beiden Brillengläser 3A und 3B, die im Wesentlichen aus Glas oder Kunststoff hergestellt sind. Mit den Brillengläsern verbunden sind die Photovoltaik-Elemente (Solarzellen) 4A, 4B bzw. 4C, 4D. Die Photovoltaik-Elemente können beispielsweise als dünne Solarfolien ausgebildet und auf die Gläser aufgebracht sein. Im Ausführungsbeispiel umfasst das rechte Brillenglas 3A die beiden einzelnen Solarzellen 4A und 4B und das linke Brillenglas 3B die beiden einzelnen Photovoltaik-Elemente 4C und 4D. Zum Abführen des erzeugten elektrischen Stromes weisen die Photovoltaik- Elemente 4A, 4B, 4C, 4D jeweils sehr dünne metallische Leiter auf (nicht dargestellt), die bis unter das Brillengestell 2 reichen. In dem Brillengestell und daher von außen nicht sichtbar sind die Photovoltaik-Elemente 4A, 4B, 4C, 4D elektrisch miteinander verschaltet. So können z. B. die einzelnen Photovoltaik-Elemente 4A und 4B sowie die einzelnen Photovoltaik-Elemente 4C und 4D jeweils parallel geschaltet und die so gebildeten Solarzellenpaare durch Reihenschaltung elektrisch miteinander verbunden sein. Die elektrische Verbindung mit den Hörhilfegeräten 5 A und 5B erfolgt durch Leitungselemente (nicht dargestellt) entlang der Brillenbügel 2A und 2B. Vorteilhaft sind die Brillenbügel durch Verbindungsmittel 6A und 6B lösbar mit den Hörhilfegeräten 5 A und 5B verbunden, wobei durch die Verbindungsmittel 6A und 6B jeweils sowohl eine mechanische als auch ein elektrische Verbindung hergestellt werden. Damit die Hörgeräte auch bei ungünstigen Lichtverhältnissen (z. B. im Haus) betrieben werden können, ist der von den Photovoltaik-Elementen 4A, 4B, 4C, 4D erzeugte elektrische Strom über Akkumulatoren (Akkus) 8A bzw. 8B zu den Verbrauchern geführt. Die Akkus 8A, 8B sind im Ausführungsbeispiel innerhalb der Hörhilfegeräte 5 A bzw. 5B angeordnet.
• Die Hörhilfegeräte 5 A und 5B weisen ferner noch jeweils einen Schallschlauch 7A bzw. 7B auf zur Verbindung jeweils eines innerhalb eines Hörgerätes angeordneten elektrisch-akustischen Ausgangswandlers (nicht dargestellt) mit einer im Ohr tragbaren Otoplastik (ebenfalls nicht dargestellt).
• In Fig. 2 ist ein Teil einer Brille gemäß der Erfindung dargestellt. Die Brille weist eine Fassung 10 auf, an die ein Brillenbügel 11 schwenkbar angelenkt ist. In die Fassung 10 ist als optisches Element eine Linse 12A sowie ein Deckglas 12B eingesetzt. Zwischen der Linse 12A und dem Deckglas 12B befindet sich ein Photovoltaik-Element 13. Dieses weist an seiner Ober- und an seiner Unterseite Elektroden 14 und 15 auf, mittels derer der von dem Photovoltaik-Element 13 erzeugte elektrische Strom über Kontakte 16 und 17 sowie Anschlussleitungen 18 zum Verbraucher geleitet wird. Zur Erhöhung des Stromes können auch mehrere Photovoltaik-Elemente parallel geschaltet bzw. zur Erhöhung der Spannung mehrere Photovoltaik-Elemente in Reihe geschaltet sein (nicht dargestellt). Die Linse 12A ist vorzugsweise ebenso wie die Deckschicht 12B aus Glas ausgebildet und dient als Trägerschicht des Photovoltaik-Elements 13. Ebenso können die Linse 12A oder die Deckschicht 12B auch aus Kunststoff ausgebildet sein.
• Eine andere Ausführungsform einer Brille gemäß der Erfindung zeigt Fig. 3. Auch hier ist an eine Fassung 20 ein schwenkbarer Bügel 21 angelenkt. Anders als in Fig. 2 ist in Fig. 3 das Photovoltaik-Element als Solarfolie 23 ausgebildet. Die Solarfolie 23 überzieht wenigstens eine Seite (im Ausführungsbeispiel die Vorderseite) einer Linse 22. Die Verbindung zwischen der Solarfolie 23 und der Linse 22 kann z. B. mittels einer dünnen, transparenten Klebeschicht (nicht dargestellt) erfolgen. Auch die Solarfolie 23 umfasst Elektroden (nicht dargestellt), mittels derer der erzeugte elektrische Strom über Kontakte 26 und 27 sowie Anschlussleitungen 28 zu einem Verbraucher geführt wird.
• Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfasst alle Ausführungsformen von Brillen, bei denen wenigstens ein Brillenglas, das auch aus Kunststoff ausgebildet sein kann, wenigstens ein Photovoltaik-Element aufweist zur Energieversorgung eines zumindest elektrisch mit der Brille verbundenen elektrischen Gerätes.
• Zusammenfassend kann festgehalten werden:
• Die Energieversorgung wenigstens eines am Körper tragbaren elektrischen Gerätes mittels Solarzellen soll verbessert werden. Hierzu schlägt die Erfindung vor, wenigstens ein transparentes optisches Element einer Brille, das aus Glas oder Kunststoff ausgebildet sein kann, mit wenigstens einem photovoltaischen Element zu versehen. Die dadurch als Solarzellen wirkenden Brillengläser sind sowohl aufgrund ihrer Größe als auch aufgrund ihrer Ausrichtung bei getragener Brille gut zur Energieerzeugung am Körper geeignet. Eine derartige Brille kann z. B. als Hörbrille ausgebildet sein.

Claims (13)

1. Brille (1) mit wenigstens einem transparenten optischen Element (3A, 3B; 12A, 12B; 22) und einem Photovoltaik-Element (4A, 4B, 4C, 4D; 13; 23) zur Energieversorgung eines elektrischen Gerätes (5 A, 5B), dadurch gekennzeichnet, dass das transparente optische Element (3A, 3B) das Photovoltaik-Element (4A, 4B, 4C, 4D; 13; 23) aufweist.

2. Brille (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente optische Element (3A, 3B; 12A, 12B; 22) wenigstens eine Glasschicht umfasst.

3. Brille (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente optische Element (3A, 3B; 12A, 12B; 22) wenigstens eine Kunststoffschicht umfasst.

4. Brille (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente optische Element (3A, 3B; 12A, 12B; 22) als Trägerschicht (12A; 22) des photovoltaischen Elements (4A, 4B, 4C, 4D; 13; 23) dient.

5. Brille (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das photovoltaische Element (4A, 4B, 4C, 4D; 23) als Folie ausgebildet und auf das transparente optische Element (3A, 3B; 12A, 12B; 22) aufgebracht ist.

6. Brille (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente optische Element (3A, 3B; 12A, 12B; 22) eine Trägerschicht (12A) und eine Deckschicht (12B) umfasst, zwischen denen das photovoltaische Element (4A, 4B, 4C, 4D; 13) eingebettet ist.

7. Brille (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jedes transparente optische Element (3A; 3B; 12A; 12B; 22) mehrere photovoltaische Elemente (4A, 4B; 4C, 4D) umfasst, die in Parallel- und/oder Reihenschaltung miteinander verschaltet sind.

8. Brille (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch wenigstens zwei transparente optische Elemente (3A, 3B), die jeweils wenigstens ein photovoltaisches Element (4A, 4B; 4C, 4D) aufweisen, wobei wenigstens ein photovoltaisches Element (4A, 4B) eines transparenten optischen Elementes (3A) mit wenigstens einem photovoltaischen Element (4C, 4D) eines anderen transparenten optischen Elementes (3B) verschaltet ist.

9. Brille (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch die Ausbildung als Sonnenbrille.

10. System mit einem elektrischen Gerät (5A, 5B) und einer Brille zur Energieversorgung des elektrischen Gerätes (5A, 5B), gekennzeichnet durch eine Brille (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.

11. System nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen Akkumulator (8A, 8B), der von der Brille (1) gespeist wird.

12. System nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Gerät als Hörhilfegerät (5A, 5B) ausgebildet ist.

13. System nach Anspruch 12, ausgebildet als Hörbrille.