DE1089018B - Stromversorgungsanordnung mit Solar-Fotozellen fuer elektronische Geraete - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Es sind Schaltelemente bekannt, welche bei Beleuchtung leitend wirken bzw. selbst Strom abgeben. Derartige Schaltelemente sind beispielsweise Kupferoxydulzellen, Selen-Sperrschicht-Fotozellen und in neuer Zeit Silizium-Fotoelemente. Bei allen diesen Fotoelementen wird bei Lichteinfall Strom frei. Neben der Verwendung zu Meßzwecken werden sie im steigenden Maße auch zur Spannungsversorgung von stationären oder transportablen Stromverbrauchern verwendet. Bei stationären Anlagen ist ihrer Verwendung nur durch die relativ hohen derzeitigen Kosten eine Grenze gesetzt, während der Platzbedarf selbst keine Rolle spielt. Bei tragbaren elektronischen Geräten kommt erschwerend hinzu, daß der für derartige auch unter dem Namen Solar-Fotozellen bekanntgewordene Schaltelemente zur Verfügung stehende Platz begrenzt ist. Dies findet seine Ursache darin, daß die Spannungsabgabe pro Flächeneinheit noch gering ist. Zur Abhilfe wurde bereits vorgeschlagen, an derartigen tragbaren Geräten an- bzw. abklappbare, zusätzliche Tragflächen für Solar-Fotozellen vorzusehen.

Der Innenwiderstand derartiger Solar-Fotoelemente ist stark von der Beleuchtungsstärke abhängig, was besonders bei schwankender Helligkeit der Beleuchtungsquelle und bei schwankender elektrischer Belastung des Fotoelementes ungünstige Anpassungsverhältnisse zwischen dem Fotoelement als elektrischen Generator und dem elektrischen Verbraucher ergibt. Es ist daher ein geringer Innenwiderstand des Fotoelementes anzustreben. Das kann beispielsweise durch Parallelschalten einer größeren Zahl von Fotoelementen erreicht werden. Diese Lösung ist jedoch zufolge der hohen Kosten für derartige Fotozellen noch sehr unwirtschaftlich. Eine bessere Lösung besteht in der Anwendung höherer Beleuchtungsstärken bei einer geringeren Zahl von Fotoelementen. Einer Erhöhung der Empfindlichkeit, beispielsweise durch entsprechende Bemessung der p-Diffusionsschicht, ist eine sehr enge, nahezu schon erreichte physikalische Grenze gesetzt. Es ist natürlich auch möglich, mehrere Fotoelemente in Serie zu schalten. Das erfordert jedoch eine gleichmäßige Behandlung aller Zellen, beispielsweise gibt die ganze Anordnung, wenn eine Zelle verdeckt wird, keinen Strom mehr ab.

Die Verringerung des Innenwiderstandes, welche mit der Erhöhung der Beleuchtungsstärke einhergeht, läßt sich jedoch auch nicht beliebig weit treiben. Insbesondere bei tragbaren Geräten ist infolge Witterungseinflüssen, z. B. Unterschieden zwischen Sonnenbestrahlung und bedecktem Himmel, die Variation der Beleuchtungsstärken sehr groß. Um nun dauernd eine ausreichende Stromabgabe sicherzustellen, wird in an sich bekannter Weise bei einer Stromversorgungs-Stromversorgungsanordimng

mit Solar-Fotozellen
für elektronische Geräte

Anmelder:

Max Grundig,

Fürth (Bay.), Kurgartenstr. 37

Hans Eckstein und Friedrich Koppen, Fürth (Bay.),
sind als Erfinder genannt worden

anordnung mit Solar-Fotozellen für elektronische Geräte, vorzugsweise bei tragbaren Nachrichtengeräten, vor jede Solar-Fotozelle ein sammelndes optisches System angeordnet. Erfindungsgemäß wird dessen Brennweite klein gegen seinen Durchmesser gewählt, und zwar derart, daß die Solar-Fotozellen außerhalb des Brennpunktes, jedoch innerhalb der einfachen Brennweite des optischen Systems angeordnet sind. Neben der Erhöhung der Beleuchtungsstärke der einzelnen Solar-Fotozellen weist die erfindungsgemäße Anordnung weitere Vorteile auf. Durch die Verwendung kurzer Brennweiten ergibt sich eine wesentliche Verringerung der Abmessungen. Die Anbringung der Fotozelle innerhalb der einfachen Brennweite bewirkt eine Ausnutzung des Weitwinkeleffekts. Die Lichtausbeute wird erhöht. Eventuelle Abbildungsfehler stören in diesem Falle nicht, denn im Gegensatz zu sonstigen optischen Bedingungen ist eine »diffuse« Abbildung erwünscht. Durch die unscharfe Abbildung der Nutzlichtquelle auf die Nutzfläche des Fotoelementes wird eine übermäßige lokale Erwärmung einzelner Flächenteile des Fotoelementes vermieden, welche auftreten würde, wenn das Fotoelement beispielsweise genau in der Entfernung der einfachen Brennweite angeordnet wäre. Durch diese Anordnung wird die Lichtströmung durch die Linsenfläche des sammelnden optischen Systems auf die kleinere Nutzfläche des Fotoelementes transformiert, wobei die Flächenhelligkeit auf dem Fotoelement, bei Vernachlässigung von Verlusten in der Optik, im Verhältnis der Flächen erhöht wird.

Das zur Verwendung kommende optische sammelnde System kann dabei aus bekannten Gläsern bestehen, welche für das sichtbare und kurzwellige Spektrum vollkommen durchlässig und für das langwellige Spek-

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trum undurchlässig oder nahezu undurchlässig sind. Es ist auch möglich, aus geeigneten Kunststoffen im Gieß-, Spritz- oder Spritzguß- oder einem ähnlichen Verfahren geeignete optische Systeme herzustellen. Auch für diese Kunststoffsysteme sind die Durchlässigkeiten für das kurzwellige und sichtbare Spektrum möglichst groß und für das langwellige Spektrum möglichst klein zu halten.

Zur Vereinfachung der Herstellung bzw. der Montage ist es zweckmäßig, mehrere Systeme linear oder flächenhaft anzuordnen oder mehrere von ihnen aus einem einzigen Stück in entsprechenden Abständen auszubilden.

Bei einer geringen Anzahl und einzelnen Anordnungen ist es zweckmäßig, die optischen Systeme als Sammellinsen auszubilden. Bei linearer Ausdehnung dürfte es günstiger sein, die optischen Systeme als langgestreckte Zylinderlinsen auszubilden, außerhalb deren Brennlinie, aber innerhalb der einfachen Brennweite eine oder mehrere Solar-Fotozellen angeordnet sind.

Zum Schutz der relativ empfindlichen Solar-Fotozellen vor schädlicher Wärmeeinstrahlung ist es zweckmäßig, zwischen den optischen Systemen und den Solar-Fotozellen wärmeabsorbierende Mittel (Wärmeabsorptionsfilter) vorzusehen bzw. die optischen Systeme selbst als solche auszubilden. Es ist auch möglich, sie mit einem wärmeabweisenden Überzug zu versehen.

Die erfindungsgemäße Anordnung der sammelnden optischen Systeme und der Solar-Fotozellen sowie einige Ausbildungen der Systeme werden an Hand der Figuren näher beschrieben.

Die Fig. 1 a sowie 1 b zeigen schematisch und nicht maßstäblich eine erfindungsgemäße Anordnung. In der möglichst gut wärmeleitenden Trägerplatte I₁ welche beispielsweise das Gehäuse des elektronischen Gerätes sein kann, ist die Solar-Fotozelle 2 mit ihrem lichtempfindlichen Flächtenteil 5 befestigt. Von den Leitungen 3 werden die gewonnenen Fotoströme zur weiteren Verwendung abgenommen. Über der Solar-Fotozelle 2 ist das sammelnde optische System 4 angeordnet. In der Figur sind keine Halteelemente eingezeichnet, denn diese können nach Belieben und je nach vorgesehenem Zweck ausgeführt werden. Wichtig ist lediglich, daß die Fläche 5 innerhalb der einfachen Brennweite des Systems 4 liegt. Die Fläche des Systems 4 ist dabei entsprechend größer zu wählen als die Fläche 5. Mit 6 und 7 sind einzelne hervorgehobene Lichtstrahlen bezeichnet. Dabei sollen die Lichtstrahlen 6 den Lichteinfall bei diffuser Beleuchtung und die Strahlen 7 bei Einfall von parallelem Licht, d. h. beispielsweise bei Sonne, darstellen. Die Lichtstrahlen 6 werden beim Durchgang durch das System 4 in Richtung der Strahlen 6' abgelenkt und fallen auf die Fläche 5. Die parallel einfallenden Lichtstrahlen 7 werden in Richtung der Lichtstrahlen T abgelenkt und treffen im Punkt F (Brennpunkt) zusammen. Die Fig. 1 b zeigt eine Draufsicht auf das in Fig. 1 a· dargestellte System. In Fig. 2 ist eine lineare Anordnung mehrerer derartiger Systeme gezeigt Dabei stoßen die sammelnden Systeme 4 unmittelbar aneinander, während die Solar-Fotozellen 2 entsprechend zentriert angeordnet sind. Es ist natürlich auch möglich, an Stelle einer linearen Anordnung eine flächenhafte Anordnung auszubilden. In Fig. 3 a und 3 b ist eine weitere Ausführungsform beispielsweise dargestellt. Dabei sind über den einzelnen Solar-Fotozellen 2 nicht jeweils einzelne lichtsammelnde Systeme angeordnet, sondern ein gemeinsames, welches aus einer langgestreckten Zylinderlinse besteht. Die Fig. 3 b zeigt einen Schnitt längs der Ebene I-I.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Stfomversorgungsanordnung mit Solar-Fotozellen für elektronische Geräte, vorzugsweise tragbare Nachrichtengeräte, bei denen vor jeder Solar-Fotozelle ein sammelndes optisches System angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennweite dieses optischen Systems klein gegen seinen Durchmesser ist, daß die Solar-Fotozelle(n) außerhalb des Brennpunktes, jedoch innerhalb der einfachen Brennweite des optischen Systems angeordnet ist (sind).

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem optischen System und der Solar-Fotozelle jeweils derart gewählt ist, daß die Abbildung der Nutzlichtquelle die aktive Fläche der jeweiligen Solar-Fotozelle gerade vollständig bedeckt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 bzw. 2, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System aus Glas besteht, welches für das sichtbare und kurzwellige Spektrum möglichst vollständig durchlässig und für das langwellige Spektrum undurchlässig oder nahezu undurchlässig ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 bzw. 2, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System aus einem oder mehreren geeigneten Kunststoffen besteht und im Gieß-, Spritz- oder Spritzgußverfahren od. dgl. hergestellt und für das langwellige Spektrum nahezu oder vollständig undurchlässig ist.

5. Anordnung nach Anspruch 3 bzw. 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Systeme linear oder flächenhaft angeordnet sind und/oder aus einem einzigen Stück bestehen.

6. Anordnung nach Anspruch 3 bzw. 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Systeme aus Sammellinsen bestehen.

7. Anordnung nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der vorhergehenden, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Systeme als langgestreckte Zylinderlinsen ausgebildet sind, außerhalb deren -Brennlinie, aber innerhalb der einfachen Brennweite eine oder mehrere Solar-Fotozellen angeordnet sind.

8. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem oder mehreren der vorhergehenden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den optischen Systemen und den Solar-Fotozellen wärmeabsorbierende Mittel vorgesehen sind bzw. die optischen Systeme selbst als solche ausgebildet oder mit einem wärmeabsorbierenden Überzug versehen sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 013 719;

USA.-Patentschrift Nr. 1 678 077;

Photoelemente-PreislisteNr. 1/50 von D'r. B. L ange, Berlin;

CdS-Kristallzelle-Preisliste Nr. l/K von
Dr. B. Lange, Berlin.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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