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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leuchte mit Leuchtmitteln und Solarzellen-Modulen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein Ausgangspunkt für die vorliegende Erfindung sind Leuchten, die Solarzellen-Module als Bestandteile aufweisen. Derartigen Leuchten liegt der grundsätzliche Gedanke zugrunde, die Solarzellen zur Stromgewinnung für die Leuchte einzusetzen. Die Solarzellen-Module sind dabei in oder an der Leuchte verbaut und die Leuchten werden üblicherweise mit einem Akkumulator und ohne Netzspannungsquelle betrieben. Die Aufladung des Akkumulators erfolgt über die Solarzellen-Module und eine externe Lichtquelle, wobei insbesondere Sonnenlicht verwendet wird. Derartige Leuchten sind dementsprechend überwiegend für den Außeneinsatz, also beispielsweise in Gärten vorgesehen.
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Ein weiterer Ausgangspunkt für die vorliegende Erfindung sind übliche Leuchten, die mit einer Netzspannungsquelle und ohne Solarzellen betrieben werden. Solche Leuchten weisen im prinzipiellen Aufbau ein Gehäuse und ein Leuchtmittel auf.
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Der Nachteil derartiger Leuchten besteht darin, dass ein gewisser Teil des von der oder den Lichtquellen emittierten Lichtes vom Gehäuse oder anderen Komponenten der Leuchte absorbiert wird bzw. nicht in der gewünschten Lichtabstrahlrichtung abgegeben wird und somit nicht mehr sinnvoll nutzbar ist.
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Ferner gibt es Leuchten oder Lichtquellen, die nicht einfach austauschbar bzw. auswechselbar sind und bei denen gewisse Eigenschaften des abgegebenen Lichtes unerwünscht oder zumindest nicht optimal sind hinsichtlich eines entsprechend gewünschten Anwendungszweckes. Auch solche Lichtquellen geben in einem gewissen Sinne nutzloses Licht ab. In solchen Fällen handelt es sich um beispielsweise fest verbaute Leuchten, die lediglich Licht einer bestimmten Farbe abgeben.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, aus bisher eher nutzlosen oder ungenutzten Lichtanteilen von Leuchten einen Nutzen zu ziehen, um die Effizienz der Leuchte zu verbessern.
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Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit dem in dem unabhängigen Anspruch angegebenen Gegenstand gelöst. Besondere Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gegeben.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist hierbei eine Leuchte vorgesehen, welche Leuchtmittel und mindestens ein Solarzellen-Modul aufweist. Die Leuchte weist ferner und in üblicher Weise ein Gehäuse auf und wird vorzugsweise über eine Netzspannungsquelle betrieben. Dabei ist die Auslegung bzw. Anordnung des Solarzellenmoduls derart gewählt, dass dieses bei Betrieb der Leuchtmittel das Licht bzw. die Lichtenergie der Leuchtmittel mindestens teilweise aufnimmt bzw. in elektrische Energie konvertiert. Es werden vorzugsweise genau diejenigen von der oder den Lichtquellen emittierten Lichtanteile konvertiert, die ansonsten keinen Nutzen hätten. Bei diesen Anteilen handelt es sich beispielsweise um Licht, welches ohne das Solarzellen-Modul z.B. vom Gehäuse der Leuchte absorbiert oder in ungewünschte Richtungen gelenkt worden wäre.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die konvertierte Energie, die im Folgenden Solarzellenenergie genannt wird, der selben Leuchte oder einer Leuchtenkomponente als elektrische Energie zur Verfügung gestellt. Auf diese Weise wird ein erhöhter Nutzwirkungsgrad der Leuchte erzielt.
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Vorteilhafterweise wird die Solarzellenenergie des Solarzellen-Moduls mindestens teilweise dazu verwendet, die Leuchtmittel selbst wieder mit Energie zu versorgen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Leuchte mindestens ein weiteres Leuchtmittel auf, das im Wesentlichen ausschließlich mit der Solarzellen-Energie betrieben wird. Bei diesem weiteren Leuchtmittel handelt es sich z.B. um ein LED-Modul, dass vorteilhafterweise eine Baueinheit mit dem Solarzellen-Modul bildet. Insbesondere kann das LED-Modul ohne einen Energiespeicher betrieben werden bzw. mit einer externen Energieversorgungsquelle physisch verbunden sein.
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Dabei wird dann also das LED-Modul von einem anderen Leuchtmittel der Leuchte mit Energie versorgt.
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Das LED-Modul bildet dann vorzugsweise einen trennbaren und/oder austauschbaren Bestandteil der Leuchte. Insbesondere ist das Austauschen ohne größeren Aufwand und vorzugsweise ohne Werkzeug möglich.
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Vorzugsweise soll das LED-Modul eine primäre Lichtabgabefläche der Leuchte bilden. Das bedeutet, dass andere vorhandene Leuchtmittel der Leuchte in diesem Fall lediglich dazu verwendet werden, das LED-Modul mit Energie zu versorgen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Leuchte einen Energiespeicher auf, vorzugsweise einen Akkumulator, der dazu ausgelegt ist, die Solarzellenenergie zu speichern.
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Die erfindungsgemäße Leuchte kann weiterhin mindestens ein Notleuchtmittel aufweisen, welches dazu ausgelegt ist, bei Ausfall einer primären Energieversorgung der Leuchte den Akkumulator als sekundäre Energieversorgung zu benutzen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Leuchte wenigstens eine erweiterte Betriebseinheit mit erweiterten Funktionen auf. Bei solchen erweiterten Betriebseinheiten handelt es sich insbesondere um eine Steuereinheit, ein Leuchtmittel zur Akzentbeleuchtung und/oder eine Kommunikationseinheit, die fähig ist, mit insbesondere einer externen Fernbedienung oder Steuereinheit zur Leuchtensteuerung zu kommunizieren.
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Ferner kann die Steuereinheit der Leuchte dazu ausgebildet sein, den Akkumulator mit vorzugsweise der Solarzellenenergie aufzuladen. Eine andere Aufladungsmöglichkeit besteht über die Netzspannungsquelle.
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In vorteilhafter Weise soll die Solarzellenenergie dazu genutzt werden, die erweiterten Betriebseinheiten mit Energie zu versorgen, insbesondere die bereits erwähnte Akzentbeleuchtung und/oder die Kommunikationseinheit.
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Gemäß einem letzten Aspekt der Erfindung ist die Steuereinheit schließlich dazu ausgelegt, vorzugsweise autonom zu entscheiden, wie die Solarzellenenergie zwischen dem Akkumulator und den erweiterten Betriebseinheiten verteilt wird.
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Generell gibt es keine Einschränkungen, wofür die Solarzellenenergie benutzt wird. Die Versorgung aller möglichen energieverbrauchenden Einheiten einer Leuchte wäre denkbar.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von mehreren Ausführungsbeispielen und mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Querschnittskizze einer Leuchte mit Solarzellen-Modulen gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 eine perspektivische Skizze einer üblichen Leuchte mit offenem Gehäuse ohne Solarzellen-Modul;
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3 eine Querschnittskizze der Leuchte aus 2 zusätzlich mit Solarzellen- Modulen gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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4 eine Querschnittskizze einer Leuchte, die austauschbare LED-Module mit Solarzellen-Modulen aufweist, gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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5 ein Schaltbild einer elektrischen Schaltungsanordnung, die Bestandteil einer Leuchte gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist; und
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6 ein Schaltbild einer elektrischen Schaltungsanordnung, die Bestandteil einer Leuchte gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung ist.
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Alle Leuchten in den folgenden Ausführungsbeispielen weisen vorzugsweise eine nicht näher dargestellte Netzspannungsquelle als primäre Energieversorgung auf.
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In 1 ist eine Querschnittskizze einer Leuchte 1 mit einem länglichen U-förmigen Gehäuse 2 gezeigt. Das Leuchtmittel 3 ist im Inneren des Gehäuses 2 positioniert und kann beispielsweise aus einer Ansammlung von LEDs bestehen, die in Längsrichtung des Gehäuses 2 hintereinander angeordnet sind. Die Unterseite des Gehäuses 2 könnte hierbei durch ein nicht dargestelltes transparentes Lichtabstrahlelement verschlossen sein.
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Bei derartigen Leuchten 1 sind das Leuchtmittel 3 und etwaige optische Komponenten dazu ausgelegt, Licht in Richtung der schematisch dargestellten Lichtstrahlen 5 zu emittieren. Jedoch ist selbst bei optimaler Auslegung der verschiedenen Komponenten der Leuchte 1 unvermeidlich, dass ein zumindest geringer Teil des Lichts in andere Bereiche gelangt, insbesondere in seitliche Bereiche 4 des Leuchteninneren, die durch zwei elliptische Formen in 1 angedeutet sind. Dieses Licht würde letztendlich vom Gehäuse 2 oder anderen Komponenten absorbiert und wäre somit nicht mehr nutzbar.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist nunmehr vorgesehen, dass sich in den Bereichen 4 Solarzellen-Module 6 befinden. Dies entspricht einer Leuchte 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der Licht, insbesondere nutzloses und von der Leuchte 1 selbst erzeugtes Licht, zur Energiegewinnung für dieselbe Leuchte 1 genutzt wird. Die gewonnene Energie wird dann dazu verwendet, die Effizienz bzw. den Nutzwirkungsgrad der Leuchte 1 zu erhöhen. Beispielsweise könnte hierzu mit Hilfe der Solarzellen-Module 6 im Sinne einer Energierückkopplung die externe Stromzufuhr zur Leuchte 1 reduziert werden ohne dabei den nutzbaren Lichtstrom der Leuchtmittel 3 zu verringern.
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In 2 ist eine perspektivische Skizze einer aus dem Stand der Technik bekannten Leuchte 9 gezeigt, bei der die Leuchtmittel 11 auf einem länglichen plattenartigen Trägerelement 12 angeordnet sind, von dem sich divergierend zwei seitliche Reflektorflügel 10 erstrecken.
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Als Abwandlung der Leuchte gemäß 2 zeigt 3 ein erfindungsgemäßes zweites Ausführungsbeispiel zur Energieoptimierung in einer Querschnittskizze. Hier wird also eine Leuchte 9‘ gezeigt, die der Leuchte 9 aus 2 mit Solarzellen-Modulen 16 entspricht. Letztere sind hierbei an den Innenseiten der Reflektorflügel 10 angeordnet.
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Die Solarzellen-Module 16 nehmen in diesem Fall also das auf die Innenseiten der Reflektorflügel 10 gerichtete Licht auf. Die auf diese Weise gewonnene Energie wird dann wiederum der Leuchte 9‘ zur Verfügung gestellt und kann von dieser anderweitig genutzt werden. Die Leuchte 9‘ versorgt sich somit ebenfalls teilweise selber mit Energie, was zu einer Erhöhung der Effizienz bzw. Wirkungsgrad der Leuchte 9‘ führt.
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In 4 ist ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Leuchte 20 gezeigt, welche mehrere Lichtquelleneinheiten aufweist, die unterschiedliche Funktionen erfüllen. Bei diesen Lichtquelleneinheiten handelt es sich um eine nachfolgend als Versorgungseinheit 21 bezeichnete Einheit mit Leuchtmitteln 25 sowie um drei LED-Module 22. Die LED-Module 22 weisen rückseitig Solarzellen-Module 23 und vorderseitig LEDs 24 auf. Die Ausgestaltung der Versorgungseinheit 21 ist in diesem Ausführungsbeispiel ähnlich zu der der Leuchte 9 aus 2 gewählt, wobei generell keine Einschränkungen für die Versorgungseinheit 21 gelten. Die gesamte Konstruktion weist im Wesentlichen drei erfindungsgemäße Besonderheiten auf.
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Als erstes bilden die LED-Module 22 eine Baueinheit mit den Solarzellen-Modulen 23 und weisen vorzugsweise keinen externen Stromversorgunganschluss auf. Infolgedessen können die LED-Module 22 nur durch eine unmittelbare Bestrahlung mit Licht betrieben werden, was durch die Leuchtmittel 25 der Versorgungseinheit 21 erfolgt.
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Als zweites bildet die Versorgungseinheit 21 keine primäre, vorzugsweise gar keine Lichtabgabefläche der Leuchte 20. Stattdessen sind ausschließlich die LEDs 24 der LED-Module 22 für die eigentliche Lichtabgabe der Leuchte 20 zuständig. Es ist in diesem Fall also vorgesehen, die Versorgungseinheit 21 sozusagen als drahtlosen Energielieferanten für die LED-Module 22 zu verwenden.
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Als drittes schließlich sind die LED-Module 22 Bestandteile der Leuchte 20, welche beliebig ersetzbar bzw. austauschbar bzw. auswechselbar ausgelegt sind. Die Integration der LED-Module 22 in die Leuchte 20 ist vorzugsweise derart gewählt, dass ein Austausch eines jeden LED-Moduls 22 möglichst einfach durchführbar ist. Das bedeutet, dass beispielsweise kein Werkzeug verwendet werden muss und insbesondere keine Verbindung mit Stromversorgungsleitungen erforderlich ist.
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Die Leuchte 20 ist in ihrer Konstruktion insofern vorteilhaft, als das Licht der Versorgungseinheit 21 über die LED-Module 22 im Wesentlichen komplett in Licht mit anderen Eigenschaften umgewandelt werden kann. Hinsichtlich der Eigenschaften der LEDs 24 wie beispielsweise der Farbe oder Farbtemperatur soll es generell keine Einschränkungen geben. Da ferner die LED-Module 22 mit den zugehörigen Solarzellen 23 eine abgekapselte Baueinheit bilden, ist ein Austausch einzelner Module 22, um beispielsweise die Lichtabgabeeigenschaften der Leuchte 20 zu modifizieren oder einer defektes Modul 22 auszutauschen, sehr einfach durchzuführen. Dies ist insofern relevant, als bislang zu Vermeidung von Schäden an den LEDs oder zur Einhaltung entsprechender Schutzvorschriften die LEDs vor einer Berührung geschützt werden mussten. Die entsprechenden LED-Platinen wurden deshalb in der Regel derart in der Leuchte verbaut, dass ein Austausch durch den Endverbraucher selbst gar nicht möglich war, während hingegen bei der erfindungsgemäßen Lösung dies kein Problem mehr darstellt.
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In 5 ist ein Schaltbild einer elektrischen Schaltungsanordnung gezeigt, die Bestandteil einer Leuchte 27 nach einem vierten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel sein kann.
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Die Leuchte 27 weist hierbei Hauptleuchtmittel 28 und Notleuchtmittel 29 auf, wobei beide in diesem Ausführungsbeispiel aus LEDs bestehen. Ferner weist die Leuchte 27 eine Steuereinheit 35, einen Akkumulator 30, ein Solarzellenmodul 31, einen Gleichrichter 34 und eine Sensoreinheit 33 auf. Die Steuereinheit 35 ist insbesondere eine erweiterte Betriebseinheit, die erweiterte Funktionen aufweist. Die Leuchte 27 wird über eine Wechselspannungsquelle 32 als primäre Energiezufuhr betrieben.
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Der Gleichrichter 34 ist dazu ausgelegt, die Wechselspannung in Gleichspannung für die LEDs der Haupt- und Notleuchtmittels 28 und 29 und den Akkumulator 30 umzuwandeln.
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Es wird davon ausgegangen, dass das Solarzellen-Modul 31 wiederum dazu ausgelegt ist, gemäß dem Vorbild der vorangegangenen Ausführungsbeispiele Lichtenergie der leuchteneigenen Leuchtmittel 28 und/oder 29, insbesondere der Hauptleuchtmittel 28 aufzunehmen. Die Solarzellenenergie wird dann dazu verwendet, insbesondere den Akkumulator 30 mit Energie zu versorgen.
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Die Steuereinheit 35 ist dazu ausgelegt, regelmäßig den Ladezustand des Akkumulators 30 abzufragen. Falls der Ladezustand unzureichend ist, sorgt die Steuereinheit 35 mit Hilfe des Schalters S1 dafür, dass der Akkumulator 30 aufgeladen wird. Hierzu wird vorzugsweise die Solarzellenenergie verwendet, falls die Solarzellen-Module 31 eine genügend große Spannung aufweisen.
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Bei einem eventuellen Ausfall der primären Energieversorgung meldet die Sensoreinheit 33 diesen Zustand der Steuereinheit 35. Daraufhin schließt die Steuereinheit 35 den Schalter S2 und schließt somit den Stromkreis zwischen dem Akkumulator 30 und dem Notleuchtmittel 29. Der Akkumulator bildet dann insbesondere eine sekundäre Energiequelle für das Notleuchtmittel 29.
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In 6 ist ein Schaltbild einer zweiten elektrischen Schaltungsanordnung gezeigt, die Bestandteil einer Leuchte 27‘ nach einem fünften erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist.
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Die Leuchte 27‘ unterscheidet sich von der Leuchte 27 aus 5 dadurch, dass zwei zusätzliche erweiterte Betriebseinheiten vorgesehen sind. Bei diesen handelt es sich um eine Kommunikationseinheit 40 innerhalb der Steuereinheit 35‘ zur Kommunikation mit einer externen Fernbedienung und einem Leuchtmittel 39 zur Akzentbeleuchtung. Die restlichen Eigenschaften gleichen denen der Leuchte 27.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel bestehen verschiedene Möglichkeiten die Solarzellenenergie des Solarzellen-Moduls 31 auf die einzelnen Komponenten der Leuchte 27‘ zu verteilen. Insbesondere wird hier die Solarzellenenergie dazu verwendet, die Kommunikationseinheit 40 und das Akzentbeleuchtungsmittel 39 mit Energie zu versorgen. Die Steuereinheit 35‘ ist dann dazu ausgelegt, autonom und/oder durch einen manuellen Steuerbefehl über die Kommunikationseinheit 40 zu entscheiden, in welcher Weise die Solarzellenenergie zwischen dem Akkumulator 30 und den erweiterten Betriebseinheiten 39 und 40 zu verteilen ist. Die Versorgung des Akzentbeleuchtungsmittels 39 steuert die Steuereinheit 35‘ über den Schalter S3.
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Gegebenenfalls können auch die Steuereinheiten 35 aus 5 und 35‘ aus 6 mit der Solarzellenenergie versorgt werden. Die Versorgung geschieht in diesem Fall vorzugsweise indirekt über den Akkumulator 30.
