DE19705046A1 - System for using solar energy, e.g. for illuminating buildings etc. - Google Patents
System for using solar energy, e.g. for illuminating buildings etc.Info
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Ver fahren zur Nutzung der Solarenergie.The invention relates to a device and a Ver drive to use solar energy.
Eine derartige Vorrichtung und ein derartiges Verfah ren können zur Nutzung der Solarenergie für licht technische und wärmetechnische Zwecke, wie beispiels weise zur Beleuchtung, Anzeige oder Wärmeerzeugung in Gebäuden wie Produktionsstätten, Einrichtungen ober bzw. unterhalb der Erde oder der Meeresoberfläche sowie in Transportmitteln wie Schiffen, Flugzeugen oder Raumschiffen und weiteren Geräten und Vorrich tungen nutzbringend verwendet werden.Such a device and such a method Ren can use solar energy for light technical and thermal purposes, such as as lighting, display or heat generation in Buildings such as production facilities, facilities upper or below the earth or the surface of the sea as well as in means of transport such as ships, airplanes or spaceships and other devices and devices benefits can be used.
Die Nutzung der Solarenergie erfolgt nach dem Stand der Technik entweder durch direkte bzw. indirekte Umwandlung in elektrischen Strom (Sonnenkraftwerke, Photovoltaik) oder durch Umwandlung der Solarenergie in thermische Energie (Solarkollektoren) (Umweltmarkt von A-Z 1995/1996, S. 260; Simon und Wagner, Physik in unserer Zeit 27, 1996, S. 69). Nachteilig an die sen Nutzungstechniken für die Solarenergie ist, daß die Umwandlung der Solarenergie in die gewünschten Energien unvollständig ist und Umwandlungsverluste auftreten. Besonders groß sind dabei die Verluste, wenn der durch Solarenergie erzeugte elektrische Strom zur Beleuchtung von in Gebäuden liegenden abge schlossenen Räumen verwendet wird. Beide genannten Nutzungsarten für Solarenergie, die Umwandlung in elektrischen Strom oder in thermische Energie erfor dern einen sehr großen gerätetechnischen Aufwand und daher hohe Investitionskosten.The use of solar energy is based on the status technology either by direct or indirect Conversion into electrical power (solar power plants, Photovoltaic) or by converting solar energy in thermal energy (solar collectors) (environmental market from A-Z 1995/1996, p. 260; Simon and Wagner, physics in our time 27, 1996, p. 69). A disadvantage of that Sen techniques for using solar energy is that the conversion of solar energy into the desired one Energies is incomplete and conversion losses occur. The losses are particularly large, when the electrical generated by solar energy Electricity used to illuminate buildings closed rooms is used. Both mentioned Types of use for solar energy, the conversion into electrical current or thermal energy a very large expenditure on equipment and therefore high investment costs.
Die direkte Nutzung der Sonnenlichtes erfolgte bisher durch sogenannte Heliostate, die das Licht direkt ohne Lichtleitung auf einen festen Punkt lenken. Die se Systeme sind sehr aufwendig und nur begrenzt ein setzbar. Weiterhin wurde die solare Strahlung von Oberflächen absorbiert (z. B. Solarzellen) und der jeweilige, nutzbare spektrale Anteil in andere Ener gieformen umgewandelt. Nicht direkt nutzbare Spek tralanteile gingen unwiederbringlich verloren.So far, direct use of sunlight has been made through so-called heliostats that direct the light Steer to a fixed point without light guide. The These systems are very complex and only a limited one settable. Furthermore, the solar radiation from Surfaces absorbed (e.g. solar cells) and the respective, usable spectral component in other energy sources casting molds converted. Spotting not directly usable tral shares were irretrievably lost.
Die vorliegende Erfindung macht es sich daher zu Auf gabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfü gung zu stellen, um die von der Sonne ausgehende elektromagnetische Strahlung effektiv, umweltverträg lich und mit geringen Kosten zu nutzen.The present invention therefore sets itself on hand, a method and an apparatus available in order to avoid the sun effective electromagnetic radiation, environmentally friendly Lich and at low cost to use.
Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie durch das Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 17 in Verbindung mit ihren kennzeichnenden Merkmalen gelöst. This task is performed by the device according to the Preamble of claim 1 and by the method in accordance with the preamble of claim 17 solved with their characteristic features.
Durch die vorliegende Erfindung werden der Solartech nik neue und kostengünstige Anwendungsgebiete er schlossen.Through the present invention, the solar technology nik new and cost-effective application areas closed.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es, ohne Umwandlung der elektromagnetischen Strahlung in Strom durch Photovoltaik bzw. in ein Wärmespeichermedium zum Transport diese unmittelbar an die Stelle ihres Ver brauches bzw. Einsatzes zu leiten. Auch die Vertei lung der Beleuchtung, Wärmeerzeugung etc. kann direkt ohne Umwege beeinflußt werden. Besonders vorteilhaft ist, daß durch die erfindungsgemäße Vorrichtung die Ausnutzung der Solarenergie sowohl quantitativ als auch qualitativ erhöht werden kann.The device according to the invention makes it possible without Conversion of electromagnetic radiation into electricity through photovoltaics or in a heat storage medium for Transport them directly to their Ver to guide usage or commitment. The distribution too lighting, heat generation etc. can be directly be influenced without detours. Particularly advantageous is that by the device according to the invention Exploitation of solar energy both quantitatively and can also be increased in quality.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens wer den in den abhängigen Ansprüchen gegeben.Advantageous further developments of the invention Device and the inventive method who given in the dependent claims.
Besonders vorteilhaft ist, die licht- bzw. wärme technische Nutzung der Solarstrahlung für abgeschlos sene Räume, wie beispielsweise Wohn- und Arbeitsräume in Gebäuden, Arbeitsstätten oder Transportmitteln. Diese Nutzung kann auch zusätzlich zu anderen indi rekten oder direkten Nutzungen von Sonnenlicht erfol gen, beispielsweise direkten Lichteinfall durch Fen ster in mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zusätz lich beleuchtete Räume. Die erfindungsgemäße Vorrich tung ermöglicht es, ohne Umwandlung der elektromagne tischen Strahlung in Strom durch Photovoltaik bzw. in ein Wärmespeichermedium zum Transport zu dem zu wär menden Gegenstand unmittelbar an die Stelle ihres Verbrauchs zu leiten. Diese Nutzung erfolgt, da keine Umwandlungsverluste auftreten, mit einem sehr hohen Wirkungsgrad, ist umweltverträglich und erschließt der Solartechnik neue und kostengünstige Anwendungs gebiete. Vorteilhaft ist bei einer derartigen Anwen dung weiterhin, daß keine elektrischen Versorgungs systeme benötigt werden, um beispielsweise Bergwerke zu beleuchten, so daß ein sehr hoher Grad an Sicher heit, beispielsweise gegen Funkenschlag, gegeben ist.The light or heat is particularly advantageous technical use of solar radiation for completed open spaces, such as living and working spaces in buildings, workplaces or means of transport. This usage can also be used in addition to other indi direct or direct use of sunlight is unsuccessful conditions, for example direct light coming in through fen ster in additional with the device according to the invention lighted rooms. The Vorrich invention tion makes it possible without converting the electromagnetic radiation in electricity through photovoltaics or in a heat storage medium for transport to the would be item immediately in the place of their To manage consumption. This usage occurs because none Conversion losses occur with a very high Efficiency, is environmentally friendly and opens up of solar technology new and cost-effective application areas. It is advantageous in such an application extension that no electrical supply systems are needed, for example, mines to illuminate so that a very high degree of certainty unit, for example against sparks.
Die Verwendung von Wellenlängenwandlern ermöglicht auch die Nutzung von Ultraviolett- oder Infrarot strahlung zu Beleuchtungszwecken bzw. von Ultravio lett- und sichtbarem Licht zur Erzeugung von Wärme über Infrarotstrahlung. Insbesondere ist auch eine Verstärkung ausgewählter Spektralbereiche und damit eine spektrale Anpassung der Nutzung des Sonnenlich tes möglich. So können zum Beispiel die Pflanzen schädigenden UV-Strahlen in den wellenlängenbereich um 500 nm gewandelt werden zum Vorteil eines wirksa meren Pflanzenwachstums. Auch zu Beleuchtungszwecken ist es günstig, die UV-Anteile in sichtbares Licht in ausgewählten Spektralbereichen zu transformieren. Auch zum Transport der elektromagnetischen Strahlung ist es unter Umständen vorteilhaft, Strahlung be stimmter Wellenlängen zuerst in einen Längenwellenbe reich zu wandeln, bei dem der Transport in dem gege benen Transportmaterial verlustfrei erfolgen kann und anschließend die Wellenlänge der transportierten elektromagnetischen Strahlung wiederum in das ge wünschte Spektrum zu wandeln.The use of wavelength converters enables also the use of ultraviolet or infrared radiation for lighting purposes or from Ultravio Latvian and visible light to generate heat about infrared radiation. In particular is also a Amplification of selected spectral ranges and thus a spectral adaptation of the use of sunlight possible. For example, the plants damaging UV rays in the wavelength range be converted to 500 nm for the benefit of an effective meren plant growth. Also for lighting purposes it is convenient to put the UV components in visible light transform selected spectral ranges. Also for the transport of electromagnetic radiation it may be advantageous to be radiation tuned wavelengths first in a length wave length to change richly, in which the transport in the opposite the transport material can be made without loss and then the wavelength of the transported electromagnetic radiation in turn in the ge wanted to change spectrum.
Die Verwendung verschiedener beleuchtungstechnischer Elemente als Lichttransportelemente oder Lichtvertei ler, wie beispielsweise faseroptische Beleuchtungs techniken oder Lichtdiffusoren, ermöglichen unter schiedliche Strahlungscharakteristika der in den ab geschlossenen Raum gebrachten elektromagnetischen Strahlung. So können Seiten- oder Endpunktabstrahlun gen oder auch eine gleichmäßig gerichtete bzw. unge richtete Lichtabstrahlung erzielt werden.The use of various lighting technology Elements as light transport elements or light distributors such as fiber optic lighting techniques or light diffusers, allow under different radiation characteristics of the in the electromagnetic space Radiation. So side or end point radiation can gene or evenly directed or uneven directed light emission can be achieved.
Die Abstrahlung in ein wärmespeicherndes Medium dient über dessen Aufheizung der Erwärmung des abgeschlos senen Raumes. Insbesondere entfällt hier im Gegensatz zu herkömmlichen Solarkollektoren der Transport des wärmespeichernden Mediums von der Aufwärmstelle zu dem aufzuwärmenden Gegenstand.The radiation into a heat-storing medium serves completed by heating the heating of the room. In particular, there is no contrast here to conventional solar collectors the transport of the heat-storing medium from the warm-up point the object to be warmed up.
Wird eine zusätzliche künstliche Lichtquelle mit dem Lichtverteiler verbunden, so kann der abgeschlossene Raum weiterhin versorgt werden, auch wenn die von der Sonne ausgehende elektromagnetische Strahlung keine ausreichende Intensität aufweist.Will an additional artificial light source with the Light distributor connected, so the completed Room continues to be supplied, even if by the No electromagnetic radiation emanating from the sun has sufficient intensity.
Die auf das Lichteinfangelement auftreffende Strah lungsintensität kann weiter erhöht werden, wenn das Lichteinfangelement dem Sonnenstand entsprechend bei spielsweise mechanisch nachgeführt wird.The beam hitting the light trapping element intensity can be further increased if that Light capture element according to the position of the sun is mechanically tracked for example.
Als Lichteinfangelement und als Lichtsammelelement eignen sich gekrümmte Spiegel wie beispielsweise Pa rabolspiegel, Fresnellinsen, Zylinderlinsen oder sphärische Sammellinsen, Lichttrichter oder auch An ordnungen von Halbkugeln. Dabei kann die Wandlung der Wellenlängen im Lichtsammelelement oder auch im Lichteinfangelement oder auch im Lichttransportele ment erfolgen. Diese Elemente können dann vorteilhaf terweise aus optisch transparenten polymerfestkörpern bzw. Polymerformkörpern bestehen, die fluoreszierende Additive aufweisen. Dabei ist es wichtig, daß die Additive molekular gelöst im Polymerformkörper vor liegen, da nur dann die wellenschiebenden Effekte für die erfindungsgemäßen Anwendungen genügend stark auf treten. Wird ein gewöhnlicher fluoreszierender Farb stoff verwendet, so findet eine Wandlung der Wellen längen zu längeren Wellenlängen statt. Dies bedeutet beispielsweise, daß ein Umwandlung von Ultraviolett licht in sichtbares Licht erfolgt. Andererseits kann beispielsweise ein Zweiquanten-Absorptionsprozeß in einem geeigneten fluoreszierenden Farbstoff verwendet werden, um Infrarotlicht in sichtbares oder ultravio lettes Licht zu wandeln.As a light trapping element and as a light collecting element curved mirrors such as Pa are suitable Rabol mirror, Fresnel lenses, cylindrical lenses or spherical converging lenses, light funnels or An orders of hemispheres. The change of Wavelengths in the light collecting element or in Light trapping element or also in the light transport element ment. These elements can then be advantageous usually made of optically transparent polymer solids or polymer moldings exist, the fluorescent Have additives. It is important that the Additives molecularly dissolved in the polymer molded body because only then the wave-pushing effects for the applications according to the invention are sufficiently strong to step. Becomes an ordinary fluorescent color If the material is used, the waves change length to longer wavelengths instead. this means for example, that a conversion of ultraviolet light into visible light. On the other hand, can for example a two quantum absorption process in a suitable fluorescent dye to convert infrared light into visible or ultravio to change the light.
Als Material für Lichtwellenleiter oder Lichtleitstä be für das Lichttransportelement eignen sich insbe sondere Quarz mit polymerer Bedeckung oder auch Lichtwellenleiter, die vollständig aus Polymermate rialien bestehen.As a material for fiber optics or fiber optics be particularly suitable for the light transport element special quartz with polymeric covering or Optical fiber made entirely of polymer mate rialien exist.
Als Lichtverteiler können Lichtdiffusoren verwendet werden, die beispielsweise opaleszierende Kunststoffe enthalten.Light diffusers can be used as light distributors be, for example, opalescent plastics contain.
Im folgenden werden einige Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegeben. Es zeigen:In the following some embodiments of the Given device according to the invention. Show it:
Fig. 1 das Schema einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 1 shows the diagram of a device according to the invention,
Fig. 2 ein weiteres Anwendungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, und Fig. 2 shows another application example of a device according to the invention, and
Fig. 3 einen erfindungsgemäßen Lichttrichter. Fig. 3 shows a light funnel according to the invention.
Fig. 1 zeigt den Aufbau einer erfindungsgemäßen Vor richtung zur Nutzung der Solarenergie zu beleuch tungstechnischen Zwecken. Von der Sonne eintreffende elektromagnetische Strahlung 1 wird durch ein Licht einfangelement 3 eingefangen und zugleich zu einem Strahlungsbündel 2 konzentriert. Dieses Strahlungs bündel 2 wird durch ein Lichtsammelelement, das zu gleich als Wellenlängenwandler dient, noch weiter konzentriert und auf ein Lichttransportelement, bei spielsweise einen Lichtleitstab 4, gelenkt. Der Lichtleitstab 4 endet in einem Faserbündel 10, das die elektromagnetische Strahlung in einem Lichtdiffu sor 9 verteilt. Der Lichtdiffusor 9 ist nun das ei gentliche Leuchtelement, das in einem abgeschlossenen Raum installiert ist. Fig. 1 shows the structure of a device according to the invention for the use of solar energy for lighting technical purposes. Electromagnetic radiation 1 arriving from the sun is captured by a light trapping element 3 and at the same time concentrated to form a radiation beam 2 . This radiation beam 2 is further concentrated by a light collecting element, which also serves as a wavelength converter, and is directed onto a light transport element, for example a light guide rod 4 . The light guide rod 4 ends in a fiber bundle 10 , which distributes the electromagnetic radiation in a light diffuser 9 . The light diffuser 9 is now the actual light element that is installed in a closed room.
Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung zur Nutzung der Solar energie für lichttechnische Zwecke. Von der Sonne auf der Erde eintreffende elektromagnetische Strahlung 1 wird durch eine Fresnellinse 3 zu einem Strahlenbün del 2 gebündelt und auf ein Lichttransportelement mit Wellenlängenwandler fokussiert. Das Lichttransport element 4 kann beispielsweise durch ein Gebäudedach bis in den Keller eines Hauses reichen und dort in einem Faserbündel 5 enden, durch das das transpor tierte Licht in den Kellerräumen verteilt wird und diese dadurch gegebenenfalls zusätzlich zu durch Kel lerfenster direkt in die Kellerräume einfallendes Licht beleuchtet. Fig. 2 shows a device for using the solar energy for lighting purposes. Electromagnetic radiation 1 arriving on earth from the sun is focused by a Fresnel lens 3 to form a ray bundle 2 and focused on a light transport element with a wavelength converter. The light transport element 4 can extend, for example, through a building roof to the basement of a house and end there in a fiber bundle 5 , through which the transported light is distributed in the basement rooms and, if necessary, in addition to light incident directly through the cell windows into the basement rooms illuminated.
Das Lichttransportelement 4 und das Faserbündel 5 können jedoch auch durch einen Lichttrichter 6 und einen Lichtdiffusor 7 ersetzt werden. In diesem Falle wird das von der Fresnellinse 3 auf den Lichttrichter 6 gebündelte Licht weiter durch den Lichttrichter konzentriert und zu dem Lichtdiffusor 7 geleitet. Der Lichtdiffusor 7 ist beispielsweise ein Lichtleitstab mit seitlichen Lichtaustrittsflächen. However, the light transport element 4 and the fiber bundle 5 can also be replaced by a light funnel 6 and a light diffuser 7 . In this case, the light bundled by the Fresnel lens 3 onto the light funnel 6 is further concentrated by the light funnel and directed to the light diffuser 7 . The light diffuser 7 is, for example, a light guide rod with lateral light exit surfaces.
Gemäß Fig. 3 wird der im Querschnitt dargestellte Lichttrichter 6 modifiziert, um diffuse und direkte Sonnenstrahlung einzufangen, zu konzentrieren und an flüssige Wärmeträger führende rechteckige oder kreis runde Kanäle 11 weiterzuleiten. Die in Fig. 3 darge stellte Vorrichtung wirkt dabei als optisches Bauele ment für einen Solarkollektor. Die trichterförmige Vorrichtung 6 besteht aus einem optisch transparenten Polymerformkörper, der unterschiedlich fluoreszieren de Farbstoffe, z. B. 0,1% Perylene, Stilbene, Couma rine, Rhodamine Oxazine, Naphthalate, Perchlorate, Fluoresceine, Jodide und Naphthalimide oder weitere katalogisierte fluoreszierende Stoffe wie z. B. IR-26, IR-125, IR-140, IR-144, Nile-Blau, Fluoresceine, Oxadiazole, Azaquinolone, Sulfaflavine, Uranine, Fluorole, z. B. Kokak, Optical Products, Laser Dyes; U. Brackmann, Lambdachrome Laser Dyes, Lambda Physik GmbH, Göttingen einzeln oder als Gemische enthält und somit zu einer effektiven Absorption, Konzentration und Weiterleitung der Sonnenstrahlung führt. Refle xionsschichten 12 aus Aluminium oder Silber unter stützen die Weiterleitung und Konzentration der Strahlung an den Kanälen 11. Die Absorption der Strahlung wird darüber hinaus durch die Absorber schichten 13 und den Wärmeträger in den Kanälen 11 gewährleistet. Die aufgezeigte Vorrichtung vereinigt in sich sowohl Kollektor- als auch Konzentratoreigen schaften.According to FIG. 3, the light funnel 6 shown in cross section is modified in order to capture diffuse and direct solar radiation, to concentrate it and to pass it on to rectangular or circular channels 11 that conduct liquid heat carriers. The device shown in Fig. 3 Darge acts as an optical component for a solar collector. The funnel-shaped device 6 consists of an optically transparent molded polymer body, the different fluorescent de dyes, for. B. 0.1% perylenes, stilbenes, Couma rine, Rhodamine oxazines, naphthalates, perchlorates, fluoresceins, iodides and naphthalimides or other cataloged fluorescent substances such as. B. IR-26, IR-125, IR-140, IR-144, Nile-Blau, Fluoresceine, Oxadiazole, Azaquinolone, Sulfaflavine, Uranine, Fluorole, e.g. B. Kokak, Optical Products, Laser Dyes; U. Brackmann, Lambdachrome Laser Dyes, Lambda Physik GmbH, Göttingen, individually or as mixtures and thus leads to effective absorption, concentration and transmission of solar radiation. Reflection layers 12 made of aluminum or silver support the transmission and concentration of the radiation on the channels 11 . The absorption of the radiation is also ensured by the absorber layers 13 and the heat transfer medium in the channels 11 . The device shown combines both collector and concentrator properties.
Durch die erfindungsgemäße spezifische Anordnung der Kanäle 11 in der Vorrichtung 6 erfolgt in Kombination mit den angebrachten Reflexions- und Absorberschich ten 12 und 13 eine hohe Absorption und Konzentration der Solarstrahlung im gesamten Spektralbereich. The inventive specific arrangement of the channels 11 in the device 6 , in combination with the attached reflection and absorber layers 12 and 13, results in high absorption and concentration of the solar radiation in the entire spectral range.
Daraus folgen eine höhere Effizienz der Energiewand lung und höhere Temperaturen für den Wärmeträger. Die Vorrichtung kann somit auch zur Erzeugung von Prozeß wärme eingesetzt werden (T < 100°C).This results in a higher efficiency of the energy wall and higher temperatures for the heat transfer medium. The The device can thus also be used to generate a process heat can be used (T <100 ° C).
Im folgenden werden einige Anwendungsbeispiele für erfindungsgemäße Vorrichtungen und das erfindungsge mäße Verfahren, wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, ge schildert:In the following some application examples for devices according to the invention and the method according to the invention, as shown in FIGS . 1 and 2, are described:
Auf dem Dach eines Gebäudes sind zum Bündeln des Lichtes Parabolspiegel angebracht, die das Sonnen licht bündeln. In Brennpunktnähe sind Lichtleitstäbe oder Bündel von Lichtleitfasern angeordnet, in die das Licht eingekoppelt wird. Die Anordnung der op tischen Komponenten wird so gewählt, daß am Ort der Konzentration des Lichtes keine zu hohen Temperaturen entstehen, die die lichtführenden Komponenten zerstö ren würden. Über die lichtführenden Komponenten wird das Licht in das Gebäude zu den Verbrauchern gelei tet. Je nach Notwendigkeit enthalten die lichtführen den Komponenten fluoreszierende Additive, die als Wellenschieber wirken und zum Beispiel den UV-Anteil des Sonnenlichtes in den sichtbaren Spektralbereich transformieren.On the roof of a building are for bundling the Light parabolic mirror attached to the sun bundle light. There are light guide rods near the focal point or bundles of optical fibers arranged in the the light is coupled. The arrangement of the op table components is chosen so that at the place of Concentration of light not too high temperatures arise that destroy the light-conducting components would. About the light-guiding components the light in the building to the consumers tet. Depending on the need, the light guides included the components fluorescent additives, which as Wave shifters work and, for example, the UV component of sunlight in the visible spectral range transform.
In das Dach eines Hauses werden Lichtmodule, beste hend aus ebenen oder gewölbten Fresnellinsen (Focus- Länge 30 cm) integriert, die eine Konzentration des diffusen oder direkten Sonnenlichtes realisieren. Nach der Konzentration des Lichtes erfolgt entweder die Weiterleitung des Lichtes durch Strahlung auf einen opaleszierenden oder vorwärtsstreuenden Kunst stoff, der das Licht verteilt und damit als Licht quelle wirkt oder es erfolgt eine Einkopplung in eine faseroptische Beleuchtungstechnik, vorzugsweise ver mittelt durch Lichtleitstäbe oder Faserbündel. Die Lichtmodule können dabei auch aus Anordnungen von einzelnen ebenen oder gewölbten Fresnellinsen beste hen.In the roof of a house there are light modules, the best from flat or curved Fresnel lenses (focus Length 30 cm) integrated, which is a concentration of Realize diffuse or direct sunlight. After the concentration of light occurs either the transmission of light by radiation an opalescent or forward-scattering art fabric that distributes the light and thus as light source acts or there is a coupling into a fiber optic lighting technology, preferably ver averaged by light guide rods or fiber bundles. The Light modules can also be made from arrangements of individual flat or curved Fresnel lenses best hen.
Durch Anwendung dieser Vorrichtungen ist es möglich, das Sonnenlicht zur Beleuchtungszwecken auf Dachböden oder auch zu Weiterleitung und Anwendung in den unte ren Etagen bis in die Kellerräume zu nutzen.By using these devices it is possible to the sunlight for lighting purposes in attics or also for forwarding and application in the below to use their floors up to the basement.
Die das Licht sammelnden Lichtmodule, vorzugsweise aus optischen Kunststoffen gestaltet, können auch aus Array′s von Kugeln oder Halbkugeln bestehen, die da bei die Funktion der Lichtkonzentration vornehmen.The light modules collecting the light, preferably designed from optical plastics, can also from Array’s consist of spheres or hemispheres that exist there to perform the function of light concentration.
Das beschriebene Beispiel kann auf Markthallen, öf fentliche und Fabrikgebäude, Sporteinrichtungen und weitere Einrichtungen, die einen hohen Lichtbedarf aufweisen, ausgedehnt werden.The example described can on market halls, often public and factory buildings, sports facilities and other facilities that require a lot of light have to be expanded.
Für die landwirtschaftliche und gärtnerische Nutzung der Solarenergie werden ebene oder gewölbte Polymer formkörper, zum Beispiel aus Platten oder Folien, auf Basis von Acrylglas, Pleximid, Polycarbonat, Polysty ren, Cycloolefinen (COC) oder Polyethylen mit Couma rin- und/oder Stilben-Laserfarbstoffen versetzt (10-4-10-3 molarer Zusatz). For agricultural and horticultural use of solar energy, flat or curved polymer moldings, for example made of plates or foils, based on acrylic glass, pleximide, polycarbonate, polystyrene, cycloolefins (COC) or polyethylene with Couma rin and / or stilbene laser dyes added (10 -4 -10 -3 molar additive).
Durch diese Dotierung der Polymerformkörper wird be reits an ihrer Oberfläche der UV-Anteil des Sonnen lichtes, der nur partiell die Polymermaterialien durchdringt, in den sichtbaren Bereich von ca. 400-500 nm transformiert und durchdringt die die Pflanzen beschützenden Abdeckkomponenten. Durch diese Lichttransformation wird die Beleuchtungsstärke zum einen wesentlich erhöht, zum anderen wird der spek trale Anteil verstärkt, der für eine wirksame Photo synthese der Pflanzen wichtig ist. Die Pflanzen schä digende UV-Anteile werden eliminiert. Eine weitere Ausführungsvariante besteht darin, daß die dotierten Polymermaterialien auf undotierte Polymerformkörper aus beispielsweise Acrylglas, cycloolefin-Polymerglä ser, Pleximid, Polycarbonaten, Polyethylene und/oder Silikatglasscheiben als Schichten oder Folien aufge bracht werden und somit durch Lichttransformation den durch das Glas hindurchgehenden Lichtanteil erhöhen und damit zu einem Lichtverstärkungseffekt in biolo gisch günstigen Spektralbereichen führen.This doping of the polymer molded body is the UV component of the sun is already on its surface light that only partially the polymer materials penetrates into the visible area of approx. 400-500 nm transforms and penetrates the Plant-protecting cover components. Through this Light transformation turns the illuminance to one significantly increased, on the other hand the spec central portion reinforced for an effective photo plant synthesis is important. The plants are beautiful only UV components are eliminated. Another Design variant is that the doped Polymer materials on undoped polymer moldings from, for example, acrylic glass, cycloolefin polymer glass ser, pleximide, polycarbonates, polyethylenes and / or Silicate glass panes applied as layers or foils be brought and thus by light transformation Increase the amount of light passing through the glass and thus to a light amplification effect in biolo genetically favorable spectral ranges.
Zur Beleuchtung von Bergwerken, Tunneln, Höhlen u.ä. wird zunächst über Tage eine Lichtsammelstation er richtet unter Anwendung von lichtkonzentrierenden, wellenlängentransformierenden und wellenleitenden Komponenten. Von dort wird das Licht durch Lichtwel lenleiter und durch direkte Strahlung über Schächte unter Tage geleitet und dort zu Beleuchtungs- und Anzeigezwecken verteilt.For lighting mines, tunnels, caves, etc. is a light collecting station for days aligns using light-concentrating, wavelength transforming and waveguiding Components. From there, the light is transmitted through the world of light conductor and through direct radiation through shafts directed underground and there to lighting and Distributed for display purposes.
In der Lichtsammelstation befindet sich eine zentrale künstliche Lichtquelle, deren Licht bei Unterschrei tung der Sonnenlichtintensität unter eine kritische Grenze automatisch in das Versorgungssystem eingekop pelt wird.There is a central one in the light collecting station artificial light source, whose light when underscored Sunlight intensity below a critical Border automatically coupled into the supply system pelt is.
In einer weiteren Variante wird das Gebäude mit einem zentralen Lichtschacht ausgerüstet, in den das Licht durch eine Anzahl von Spiegeln von einer großen Flä che aufgenommen und durch den freien Raum durch Strahlung geleitet wird. Im Lichtschacht sind Vertei ler angeordnet, die das Licht weiter konzentrieren, in der Frequenz transformieren und in lichtleitende Stäbe oder Faserbündel einkoppeln. Von dort wird das Licht an die dezentralen Abnahmestellen geleitet.In a further variant, the building with a central light well in which the light through a number of mirrors from a large area che recorded and through the free space Radiation is conducted. There are districts in the light well arranged to further concentrate the light, transform in frequency and light-guiding Couple rods or fiber bundles. From there it will Light directed to the decentralized delivery points.
Auf die Kunststoff-Abdeckung einer Solarzelle in ei nem Taschenrechner wird eine Polymethylmethacry lat(PMMA)- und/oder Polycarbonat-Schicht der Dicke von 20 µm aufgebracht. Das PMMA enthält molekular gelöst die fluoreszierenden Farbstoffe Naphthalimid und Pe rylen-Rot mit einem Anteil von je 10 Gewichts-Prozen ten. Die eintreffende Solarstrahlung wird nach Trans mission dieser Schicht in ihrem Spektralbereich in das Rote verschoben. Dadurch erhöht sich die Effekti vität der Lichtumwandlung in elektrische Energie in der Solarzelle. Der Rechner funktioniert nun auch bei ungünstigeren Lichtverhältnissen. Eine ähnlich positi ve Wirkung wird erreicht, wenn man die erfindungsge mäßen fluoreszierenden Polymerschichten und -Schicht systeme auf Fotodioden aufbringt. On the plastic cover of a solar cell in egg A calculator becomes a polymethyl methacrylic lat (PMMA) and / or polycarbonate layer of the thickness of 20 µm applied. The PMMA contains molecularly dissolved the fluorescent dyes naphthalimide and Pe Rylene red with a proportion of 10 percent by weight The incoming solar radiation is trans mission of this layer in its spectral range in the red shifted. This increases the effect vity of light conversion into electrical energy in the solar cell. The calculator now also works with less favorable lighting conditions. A similarly positive ve effect is achieved if you have the inventive moderate fluorescent polymer layers and layers systems on photodiodes.
Zur Nutzung bei der ökologischen Insektenvernichtung wird ein gelber fluoreszierender Farbstoff, z. B. auf Perylen-Basis, in einen Kunststoff-Insektensticker im Volumen eingebracht oder als Schicht aufgebracht. Der Kunststoff-Sticker besteht dabei vorzugsweise aus den optisch transparenten Polymeren, Polymethylmethacry lat, Polycarbonat oder Polystyren. Polyvinylchlorid, Polyester oder Pleximide sind auch geeignet. Der fluoreszierende Insektensticker hat eine höhere Wir kung hinsichtlich Insektenanziehung und Selektivität für bestimmte Insekten.For use in ecological insect extermination a yellow fluorescent dye, e.g. B. on Perylene base, in a plastic insect sticker in the Volume introduced or applied as a layer. Of the Plastic stickers are preferably made of optically transparent polymers, polymethylmethacry lat, polycarbonate or polystyrene. Polyvinyl chloride, Polyester or pleximide are also suitable. Of the fluorescent insect sticker has a higher us Insect attraction and selectivity for certain insects.
Durch Einbringung fluoreszierender Additive in Kunst stoff-Uhrgläser, z. B. auf Basis von Polymethylmetha crylat und Polycarbonat oder eines anderen optisch transparenten Kunststoffes, ist es möglich, ein "intelligentes" Uhrglas zu schaffen, welches auf eine starke UV-Strahlenbelastung mit einem optischen Warn signal reagiert. Dazu werden in den Uhrglas-Formkör per beispielsweise die fluoreszierenden Additive Naphthalimide, Naphthalate, Stilbene, Oxazole, Oxadiazole, Coumarine, Fluoresceine, Rhodamine oder Syryle einzeln oder im Gemisch in einer Konzentration von ca. 0,1% gelöst eingebracht. Durch eine Gravur im Uhrglas ist dann bei starker UV-Strahlung ein Warnsignal auf dem Uhrglas zu beobachten, dessen spektrale Charakteristik von den fluoreszierenden Additiven abhängt. By incorporating fluorescent additives into art fabric watch glasses, e.g. B. based on polymethylmetha crylate and polycarbonate or another optically transparent plastic, it is possible to use a To create an "intelligent" watch glass, which is based on a strong exposure to UV rays with an optical warning signal responds. For this, in the watch glass moldings for example, the fluorescent additives Naphthalimides, naphthalates, stilbenes, oxazoles, Oxadiazoles, coumarins, fluoresceins, rhodamines or Syryle individually or in a mixture in one concentration 0.1% dissolved. Through an engraving is then in the watch glass when there is strong UV radiation Watch the warning signal on the watch glass, its spectral characteristic of the fluorescent Additives depends.
Eine weitere wichtige Anwendung betrifft polymere Hydrogele, die mit fluoreszierenden Farbstoffen do tiert sind (Dotierung beispielsweise 0,1 Gewichts%). Die dotierten Polymergele werden z. B. in Blumenvasen, Pflanzentöpfen und anderen Pflanzenzüchtungs- sowie -aufbewahrungsbehältnissen, oder in Gartenteichen verwendet. Insbesondere bei im blauen und/oder roten Spektralbereichen emittierenden Farbstoffen wird das Pflanzenwachstum begünstigt oder zum Beispiel die Haltbarkeit der Pflanzen verlängert. Ein weiterer Anwendungsfall betrifft die Anwendung dotierter Poly mergele zur Stimulierung des Algenwachstums im Meer und/oder Süßwasser.Another important application relates to polymers Hydrogels that do with fluorescent dyes are doped (doping, for example 0.1% by weight). The doped polymer gels are e.g. B. in flower vases, Plant pots and other plant breeding as well as storage containers, or in garden ponds used. Especially in blue and / or red Dyes emitting spectral ranges will Plant growth favors or for example the The shelf life of the plants is extended. Another Use case concerns the use of doped poly marls for stimulating seaweed growth and / or fresh water.
Claims (24)
ein Lichteinfangelement (3) zum Einfang und zur Konzentration der von der Sonne ausgehenden elektromagnetischen Strahlung (1),
ein Lichttransportelement (4) zum Transport der eingefangenen und konzentrierten elektromagneti schen Strahlung sowie
ein Lichtverteiler (9) zur Ausstrahlung der transportierten elektromagnetischen Strahlung.1. Device for using solar energy, characterized by
a light trapping element ( 3 ) for trapping and concentrating the electromagnetic radiation ( 1 ) coming from the sun,
a light transport element ( 4 ) for transporting the captured and concentrated electromagnetic radiation's and
a light distributor ( 9 ) for emitting the transported electromagnetic radiation.
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