DE2934995A1

DE2934995A1 - Vorrichtung zur verwendung von solarenergie fuer beleuchtung von geschlossenen raeumen

Info

Publication number: DE2934995A1
Application number: DE19792934995
Authority: DE
Inventors: Arnaldo Maria Angelini
Original assignee: Enel SpA
Current assignee: Enel SpA
Priority date: 1978-08-31
Filing date: 1979-08-30
Publication date: 1980-03-13
Also published as: JPS5598703A; GB2029883A; IT7827195A0; IT1098721B; FR2434996A1

Description

Ente Nazionale Per L'Energia Elettrica Enel, Via Martini, 3 - OO19 8 Roma - Italien

Vorrichtung zur Verwendung von Solarenergie für Beleuchtung von geschlossenen Räumen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verwendung von Solarenergie für Beleuchtung von geschlossenen, dem Sonnenlicht nicht zugänglichen Räumen.

Es ist bekannt, daß die augenblickliche Energiekrise die Untersuchung von Alternativ- oder Ersatzenergiequellen, wie z.B., Solarenergie, geothermische Energie und ähnlicher Quellen noch attraktiver als bisher macht.

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BOEHMERT & BOEHVIERT

Insbesondere bei der Solarenergie wurde bisher hauptsächlich die direkte Ausbeutung von Wärme bezweckt (Erwärmen von Räumen oder geschlossenen Räumen oder Öfen) oder die indirekte Ausnutzung der Wärme (Gewinnung von Dampf um umwandler anzutreiben).

Eine andere praktische Anwendung kann die Verwendung von Sonnenenergie direkt im sichtbaren Bereich für Beleuchtungszweeke sein.

Durch dieses soll das Sammeln, der Transport und die Verteilung eines Lichtflusses für die Beleuchtung von geschlossenen, dem Sonnelicht nicht zugänglichen Räumen bezeichnet werden.

Tatsächlich wird ein beträchtlicher Prozentsatz der elektrischen Energie für Beleuchtungszwecke sogar während der Tageszeit eingesetzt, sowohl in Gebäuden, die als Büros eingesetzt werden, als auch in anderen Anwendungen, wie z.B. bei großen öffentlichen Plätzen, Autounterführungen, Unterführungen und anderen geschlossenen Räumen, in welche Sonnenlicht nicht eindringen kann.

Weiterhin ist bekannt, daß die Effizienz einer normalen Glühlampe außerordentlich niedrig und im Bereich von 2,5% liegt (Leuchtenergie, W, / elektrische Energie W,) da der Hauptteil der abgestrahlten Energie im Infrarotband liegt.

Fluoreszenzlampen haben eine bessere Ausbeute, 5,5% (W, /W ,), ihre Ausbeute ist jedoch immer noch sehr niedrig. Ein großer Anteil der Energie wird daher ver-

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schwendet. Offensichtlich könnten große Vorteile erzielt werden, wenn die Beleuchtung geschlossener, dem Sonnenlicht nicht zugänglicher Räume durch Transport des Sonnenlichtstromes erreicht werden könnte.

Ein weiterer, in Betrachtung zu ziehender Faktor besteht darin, daß die für die Beleuchtung von dunklen, umschlossenen Räumen benötigte Energie am Tag praktisch gleichzeitig mit dem maximalen Stromverbrauch industrieller Benutzer auftritt, d.h., wenn die Energiekosten größer sind.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Verwendung von Solarenergie im sichtbaren Bereich mit Hilfe von Elementen, die für das Sammeln, die Übertragung und Verteilung dieser Energie dienen zu Beleuchtungszwecken, zu ermöglichen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Vorrichtung gelöst, die einen Sonnenlichtsammler, der der Sonne ausgesetzt ist, eine oder mehrere optische Fasern, die durch den Sammler beleuchtet werden und einen oder mehrere Diffuseren aufweist . welche die Verteilung des aus den optischen Fasern kommenden Lichtes in dem geschlossenen Raum bewirken, aufweist.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Verwendung der Solarenergie aufgrund des Einsatzes von optischen ^Fasern erfolgt, wodurch die Beleuchtung von geschlossenen Räumen, die nicht direkt dem Sonnenlicht zugänglich sind, erreicht werden kann.

Es soll darauf hingewiesen werden, daß der Terminus "optische Faser" in der Beschreibung in beiden,

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BOEHMERT & BOEHMERT

akzeptierten Bedeutungen von: a) ein einzelner Lichtleiter, bestehend, wie bekannt^aus einem inneren Kern und einer äußeren Umhüllung mit einem niedrigeren Brechungsindex; und b) einem optischen Kabel, welches aus einer Vielzahl einzelner . Fasern besteht, welche mit geeigneten Überzügen oder Umhüllungen sowie mechanischem Schutz umgeben sind.

Für die oben beschriebenen Zwecke liefert die Erfindung eine Vorrichtung zur Nutzbarmachung solarer Energie für die Beleuchtung von geschlossenen Räumen, die dem Sonnenlicht nicht zugänglich sind.

Bevorzugt ist der Sammler derart orientierbar, daß er sich entsprechend der Sonnenstellung mit Hilfe eines Heliostaten einrichtet.

Die für die erfindungsgemäße Vorrichtung eingesetzten optischen Fasern sind optische Multi-Mode-Silizium-Fasern des Typs "Faser-Bündel mit Überzug" welche eine konstante Dämpfung aller Wellenlängen im sichtbaren Bereich zeigen.

Der Sammler der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann ein parabolischer Sammler sein, welcher Spiegel mit einem externen Brennpunkt besitzt, oder ein Sammler mit einer Fresnel-Linse.

Dementsprechend kann der Diffusor der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Diffusor mit Zerstreuungslinsen und -gläsern sein oder ein Diffusor mit optischen Fasern.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben

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BOEHMERT & BOEHMERT

sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung erläutert sind. Dabei zeigt:

Fig. 1 Eine Darstellung des Spektrums

mittlerer Solarenergie als Funktion der Wellenlänge;

Fig. 2 eine Darstellung des qualitativen

Verlaufs der spezifischen mittleren Energie, die von der Sonne während eines Tages gestrahlt wird;

Fig. 3 eine Darstellung des Verlaufs der mittleren Tages-Sonnenscheindauer als Funktion der Monate des Jahres für eine Anzahl italienischer Städte und Großstädte;

Fig. 4 eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung/ die einen einzelnen Diffusor aufweist;

Fig. 5 eine bevorzugte Ausführungsform der

erfindungsgemäßen Vorrichtung_/die eine Vielzahl von Diffusoien aufweist (Verteiler-Netz);

Fig. 6 eine Darstellung eines Sammlers der Vorrichtung der Fig. 4 oder 5; und

Fig. 7 eine detaillierte Darstellung des

Diffusors der Vorrichtung der Fig. 4 oder 5.

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BOEHMERT & BOSHMERT

Geeigneterweise soll der Beschreibung der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Würdigung der Bedingungen, unter der sie zu arbeiten haben wird, d.h., der Sonnen bestrahlung, vorangestellt werden.

Das Spektrum der mittleren Sonnenenergie (in Watt/m pm ) ist in Fig. 1 als
Mikrometer dargestellt.

pm ) ist in Fig. 1 als Funktion der Wellenlänge in

Die mittlere spezifische Energie des gesamten Spektrums ist während der Bestrahlungsdauer in der Größenordnung von:

E -j 185 Watt/m² m —

2 (Maximalwerte im Bereich von 1000 Watt/m entsprechend maximaler Sonnenbestrahlung, können auftreten).

Wenn jedoch lediglich der sichtbare Teil ν (Wellenlängen 0,4 - 0,75 ^im) betrachtet wird, wird die mittlere spezifische Energie:

E =100 Watt/m²

mv '

Fig. 2 zeigt den qualitativen Verlauf der mittleren spezifischen Energie während eines Tages, zuerst im Falle eines unbedeckten Himmels, dann im Fall der Anwesenheit von Störungen.

Offensichtlich führt das Passieren von Störungen zu plötzlichen und beträchtlichen Reduktionen (sogar höher als 5O%) die untragbar wären, wenn sie zu Rückschlägen in der Beleuchtung von Zimmern oder geschlossenen Räumen führen wurden. Beim Entwerfen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es daher notwendig, Mittel anzuwenden, welche die schwerwiegenderen Nach-

— D —

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- 40-teile der Bestrahlungsvariationen abhängig von der Tageszeit und Störungen umgehen, d.h. Mittel, die dazu befähigt sind, ein fast konstantes Niveau der Beleuchtung bei zumindest 70% der Sonnenscheindauer aufrecht zu erhalten.

Die Zeichnung der Fig. 3 zeigt den Verlauf der mittleren Sonnenstunden pro Tag als Funktion der Monate des Jahres für eine Anzahl italienischer Großstädte und Städte (insbesondere von Mailand (MI), Venedig (VE), Rom (R) und Trapani (TP)).

Die Dispersion oder Streuung zwischen den vier Probe-Großstädten ist relativ gering; ein mittlerer Tageswert von sechs Stunden über die gesamte Jahresspanne kann angenommen werden.

Nachdem dieses von vorneherein erläutert worden ist, wird aus Fig. 4 ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung im wesentlichen aus einem Sonnenstrahlensammler 1 besteht, welcher der Sonne ausgesetzt wird, aus einer oder mehreren optischen Fasern 2 in Form eines Bündels, die durch den Sammler 1 bestrahlt werden sowie aus einem;Diffusor 3 für das Licht, das aus den optischen Fasern in den zu erleuchtenden Raum oder Zimmer austritt, besteht.

Die Fig. 5 zeigt eine Vorrichtung ähnlich der der Fig. 4, bei der jedoch eine Vielzahl von Lichtdiffusern 3' vorgesehen ist, und, daraus folgend, ein Verteilungsnetz von optischen Fasern 2^l, die von der Hauptop-s Faser oder Fasern 2 ausgehen, die das Licht vom Sammler 1 empfangen oder empfängt.

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Offensichtlich spielen die optischen Fasern eine wichtige Rolle in dieser Vorrichtung, insbesondere da ihre Anbringung mit Hilfe industrieller Verfahren möglich ist. Aus ihrer Verwendung ergibt sich die Möglichkeit der flexiblen und effektiven Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, um Licht in irgendwelchen geschlossenen Räume, die nicht durch die Sonne erhellt werden, zu übertragen.

Bisher wurden optische Fasern hauptsächlich für die Transmission von Signalen eingesetzt. Tatsächlich ist as bekannt, daß die Entwicklung von elektro-optischen Systemen für Übertragung von analogen und digitalen Signalen beträchtliche Qualitätsverbesserungen optischer Fasern vorwärtsgetrieben hat, insbesondere im Bereich des nahen Infraroten (A= 0,75 - 1,5

In diesem Fall ist das Material, welches das beste Verhalten zeigt, Silizium.

Leitung im sichtbaren Bereich ist :»bisher nur über kurze Distanzen (eine Maximallänge weniger Meter) eingesetzt worden, wo die Dämpfung, sogar wenn sie beträchtlich ist, keinen merkenswerten Einfluß hat. Kommerzielle Fasern, die sich am besten für die Leitung von sichtbarem Licht eignen, sind Quarzfasern.

Die Dämpfung von Fasern dieses Typs ist in der Größenordnung von 1OOO dB/km gegen die wenigen dB/km der

besseren Fasern für Signalübertragung {Dämpfung (dB) = 10 1σ Ρ Eingang).
^y10 P Ausgang

Erfindungsgemäß ist gefunden worden,

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BOEHMERT & ROEHMFRT

daß es möglich ist, optische Siliziumfasern herzustellen, welche eine gemäßigte Dämpfung < 5O dB/km aufweisen, welche praktisch im Bereich des sichtbaren und des nahen infraroten Bereiches konstant ist und es daher erlaubt, Sonnenlicht mit relativ geringen Verlusten zu übertragen, ohne chromatische Variationen (weißes Licht) zu bewirken. Diese Fasern sind optische Multi-

Mode-Siliziumfasern mit groSem Kern und hoher numerischex Apertur, die nahe aneinander angeordnet werden, um ein Bündel aus vielen Einzelfassm herzustellen, welches einen Durchmesser einiger Millimeter aufweist und geeignet überzogen und geschützt ist. Es ist vorhersehbar, daß die Verwendung dieser Fasern in großem Maßstab sehr schnelle Industrialisierung derselben ermöglichen wird, wodurch eine Reduktion der gegenwärtig hohen Kosten sowie weitere technische Verbesserungen folgen werden.

Die Verwendung der optischen Multi-Mode-Siliziumfasern im Fall der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist entscheidend für das Erreichen guter Resultate in der Praxis.

Da der Endabbau . aller Energie in thermische Form stattfindet, ist die Maximalenergie, die längs einer optischen Faser vermittelt werden kann, grundsätzlich mit der Möglichkeit, die unterschiedlichen Energieverluste zu verteilen, verbunden, ohne Temperaturen, die zu hoch für die Faser selbst und für die anderen, inerten Materialien, wie z.B. Zemente und äußere Umhüllungen- sind, zu erreichen.

Beispielsweise wird ein Faserbündel mit einer

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Dämpfung von 1 dB/m (1000 dB/km) im sichtbaren Bereich, in welches ein Leuchtpotential von 1000 Watt eingeführt wird, dazu veranlaßt, im ersten Meter eine Energie von 260 Watt zu dispergieren.—ein Wert, der als Maximalwert betrachtet werden kann — wobei eine maximale Überhitzung von etwa 200°C in Abwesenheit von erzwungener Ventilation angenommen werden kann.

Andererseits würde . Faserbündel mit einer Dämpfung von O,05 dB/m {50 dB/km) die maximale Ubertemperatur bei einer Eingangsenergie von 26 kW erreichen. Es erscheint daher offensichtlich, daß zwar -im ersten Fall-die Begrenzung der Maximalenergie, die durch die Vorrichtung übermittelt werden kann, von den Übermittlungsverlusten längs der Faser abhängt, im zweiten Fall (wobei diese Verluste sehr viel kleiner sind) wird sie von anderen Faktoren bestimmt, z.B. durch die Eingangsverluste, die üblicherweise nicht weniger als 50% der Eingangsenergie betragen.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die in den Fig. 4 bis 7 dargestellt ist, wird bevorzugt in praxi ein Bündel 4 optischer Multi-Mode-Siliziumfasern mit einem großen Kern, geeignet geschützt und bedeckt oder überzogen (Fig. 6 und 7) eingesetzt, welche die folgenden Charakteristika aufweisen:

Zahl der optischen Fasern im Bündels 550

Material der optischen Fasern: Silikat

Durchmesser des Kernes einer einzelnen

optischen Faser: 200 pm

funktioneller Durchmesser des Bündels: 5,3 mm

Packungskoeffizient des Bündels: 0,78

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numerische Apertur der Fasern: 0,19

konstante Dämpfung für Wellenlängen (O,35 -

im sichtbaren Bereich: 0,75 um)

20 dB/km

Das Faserbündel ist mit einem doppelten Plastiküberzug und mit einer Metallscheide ausgerüstet.

Die Dimension des Sammlers 1 der erfindungsgemäßen Vorrichtung (Fig. 6) hängt direkt mit der Energie zusammen, mit welcher er verwendet werden soll, hat jedoch prinzipiell gleichbleibende Konfiguration. Er weist einen parabolischen Außenspiegel 5, einen Innenspiegel 6, eine fotochromatische Glasplatte 7, Radiatoren 8 und einen Heliostat (oder Sonnen-Folgevorrichtung), welcher nicht in den Abbildungen dargestellt ist, auf.

Die Verwendung eines doppelten Spiegelsystems erlaubt es, den Lichtstrahl besser zu konzentrieren, wobei die Fokussierung außerhalb des Hauptsammlers stattfindet und die konzentrierte thermische Energie durch das Passieren zweier aufeinanderfolgender Oberflächen reduziert wird. Es kann notwendig sein, die Spiegel aus einem Material herzustellen, welches sichtbare Strahlung reflektiert und infrarote Strahlung durchläßt.

Fotochromatisches Glas ist, wie bekannt, dadurch charakterisiert, daß es seine Durchlässigkeit als Funktion der Lichtstärke ändert, mit der es bestrahlt wird. Aus diesem Grunde eignet es sich sehr gut für den erfindungsgemäßen Zweck.

Genauer aesagt, nimmt die Durchlässigkeit Mt. Anwachsen der Strahlungsenergie ab. es erscheint daher offensichtlich,

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daß ein derartiges Element für partielle Kompensation der Lichtstärke eingesetzt werden kann.

In Saitmlem kleiner Dimensionen kann die fotochromatische Glasplatte als Abdeckung für den Haupt-Parabol-Spiegel positioniert werden, während bei größeren Vorrichtungen die Glasplatte zwischen dem zweiten Parabolspiegel und dem Brennpunkt eingesetzt werden muß.

Die Anwesenheit der Radiatoren 8 ist notwendig, um einen Teil der Wärmeenergie bei Sammlern großer Dimensionen zu dissipieren. Mit geeigneten Austauschern ist Verwendung dieser Energie möglich (z.B. zum Heizen, in diesem Fall ist der Sammler ein Wärmegewinnungssammler)

Aufgrund der begrenzten :■ Brennweite . muß das zielende oder konzentrierende System des Sammlers sehr genau arbeiten.

Es ist daher notwendig, einen Heliostat des selbststeuernden elektronischen Typs zu verwenden.

Der beschriebene Sammler besitzt konventionelle Parabolspiegel.

Eine weitere mögliche Lösung (nicht gezeigt) gründet auf der Verwendung von Fresnel-Linsen; diese sind, wie bekannt, Linsen mit einer flachen inneren Oberfläche, wobei die äußere Oberfläche, die der Sonne ausgesetzt ist, geeignet geformt ist. Die Linsen sammeln den Lichtstrahl, der durch sie fällt*an einem geeigneten Brennpunkt. Der Sammler kann mit Hilfe einer einzigen Linse oder mehrer Linsen, wobei jede von diesen an einem

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O c '. ■'■■ ϊ 1 / O 8 2 4

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Bündel optischer Fasern gekoppelt ist, gebildet werden. Fresnel-Linsen können direkt aus fotochromatischem Material hergestellt werden. Im allgemeinen haben Sammler, welche Fresnel-Linsen aufweisen, größere Verluste als solche, deren Sammler Spiegel aufweisen.

Es bleibt nun übrig, den Diffusor 3 der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu beschreiben. Dieses Element ist insofern notwendig, da der Lichtstrahl, wenn er die optische Faser verläßt, mit einem relativ geringen Winkel austritt (Apertur bei Halbwert zwischen 10 bis 30 ), welcher ungenügend ist, um uniforme Bestrahlung über eine große Fläche sicherzustellen.

Es können zwei Arten Diffusoren 3 eingesetzt werden: Ein Diffusor mit optischen · Fasern, wie der in Fig. gezeigte, oder ein Diffusor mit Zerstreuungslinsen und Gläsern (nicht gezeigt).

Der erste Typ, welcher die vorgegebenen, öffnungswinkel jeder einzelnen Faser verwendet, bewirkt keine beträchtlichen zusätzlichen Verluste und erlaubt eine gute Zerstreuung, benötigt jedoch eine hoch entwickelte Technik. Der zweite Typ, welcher zwar Verluste bis zu 30% der Eingangsenergie bewirkt, hat den Vorteil, Blendung zu vermeiden und keine macht technologischen Schwierigkeiten. Schließlich kann lokale Variation der Helligkeit oder des Strahlens leicht durch Abschirmen eines Teils des leuchtenden Flusses mit einem geeigneten, opaken Körper erreicht werden.

Bei der in Fig. 7 dargestellten bevorzugten Ausführungs-

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BOEHMERT & BOEHMERT

form der Erfindung bringt der Diffusor der erfindungsgemäßen Vorrichtung für die optischen Fasern des Faserbündels, welche sich nahe aneinander durch das Bündel selbst erstrecken, die Fasern dazu, an ihren Enden zu divergieren und in dieser Position mit Hilfe eines geeigneten inerten Zementes gehalten zu werden. Die Enden der Fasern, welche Punktlichtguellen bilden, werden derart über eine bogenförmige Oberfläche verteilt, von der aus jedes Licht mit Winkel Jj emittiert, welche, wie in Fig. 7 gezeigt, sich überschneiden, wodurch eine gute Licht-Verteilung geliefert wird.

Es kann viele praktische Anwendungsbereiche großen allgemeinen Interesses für die erfindungsgemäße Vorrich tung geben. Zur Zeit scheint es sinnvoll, die Aufmerksamkeit auf die folgenden der prinzipiellen Anwendungsbereiche zu lenken:

a) Diffuse Beleuchtung großer Räume oder Hallen, welche kommerziellen, erzieherischen, Rekreations-, künstlerischen und ähnlichen Zwecken dienen;

b) lokalisierte Bestrahlung von Kunstwerken in Museen, Kirchen und ähnlichem;

c) Bestrahlung von städtischen Unterführungen, Autotunnel und Bergwerksstollen;

d) Beleuchtung von geschlossenen Räumen, wo die Verwendung von elektrischer Energie gefährlich oder demzumindest schwierig ist;

e) Drehen von Filmen (execution of a sheeting of

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films) und fotografieren, sowohl außen als auch im Studio;

f) Bestrahlung während Unterwasserarbeiten;

g) Entwicklung von Quellen "kalten" Lichtes hoher Intensität für Laborzwecke.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann sowohl in stationärer als auch in mobiler Form hergestellt werden.

In manchen Fällen kann die von Solarenergie abgeleitete Strahlung mit konventieller elektrischer Bestrahlung integriert werden. Entsprechend der Sonnenscheindauer wird es möglich sein, eine wesentliche Energieeinsparung zu erreichen. In anderen Fällen kann es zum Zwecke des Energiesparens möglich sein, beträchtliche Vorteile bezüglich der Sicherheit, der Anwendbarkeit und hoher Zuverlässigkeit zu erreichen.

In jedem Fall kann ersatzweise konventionelle elektrische Beleuchtung durch Hilfe einer einzelnen Primärquelle hoher Energie erhalten werden, welche parallel mit dem Sonnen sammler unter Verwendung des optischen Faserbündels für die Verteilung angeordnet sein kann.

Für ein besseres Verständnis der Erfindung werden nun einige Beispiele von Konstruktionsberechnungen für Anwendungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegeben, um einige praktische Aufgabenstellungen zu lösen. Diese Beispiele sollen keineswegs den Erfindungsgedanken eingrenzen.

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Beispiel I Beleuchtung eines geschlossenen Raumes

Es wird angenommen, daß ein Raum von 10 χ 10 m (100 m ), welcher als Büroraum eingesetzt werden soll, beleuchtet werden muß; wobei eine Beleuchtung von 10.000 lumen'

2 in fotometrischen Einheiten (100 lumen /m = 1OO lux) , entsprechend 10.000/668 = 15 Lichtwatt (Strahlen-Einheiten) , benötigt wird.

Die durch Glühlampen notwendig einzusetzende Energie, bei einer Ausbeute von 16 lumen /Vf₁ ist 10.000/16 = 625 W.

Andererseits ergibt sich, wenn Beleuchtung durch Sonnenlicht des oben erwähnten Typs eingesetzt . wird, das folgende:

- benötigte Leuchtenergie 15 W

- Energieverlust im Diffusor mit optischen

Fasern (1 dB) 3,9 W

- Energieverlust in der Faser

(Länge = 10 m, Dämpfung = 0,05 dB/m, 0,5 dB) 2,3 W

- Energieverlust am Fasereingang

(3 dB) 21,2 W

- Energieverlust im Sammler (3 dB) 42,4 W

- Energie, die im Sammler benötigt wird 84,8 W

In diesem Fall ist ein Sammler von etwa 0,85 m mit einem Durchmesser von ungefähr 1 m notwendig.

Durch die Verwendung von foto chromatischem Glas, welches die Kompensation von Lumineszenzvariationen bis zu 50% erlaubt, wird die im Sammler benötigte Energie 170 W,

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0 3 0 Π 1 1 / Π ft 2 U

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für welche eine Fläche von 1,7 m (Sammlerdurchmesser 1,5 m) notwendig ist.

Im letzteren Fall müssen der Sammler sowie die fotochroma tische Glasplatte eine Maximalenergie folgender Größe verteilen:

(185 - 100) χ 1,7 = 144 W Energie im Infraroten die nicht übertragen wird, sowie

85 + 42 = 127 W, Energie, welche in der fotochromatischen Glasplatte (Zeitraum maximaler Sonnenbestrahlung) dissipiert wird, sowie im Sammler. Gesamt = 271 W.

Andererseits kann durch Verwendung eines Sammlers mit Fresnel-Linsen und Auslassen der fotochromatischen Glasplatte im Sammler ein Verlust von O,5 dB erzielt werden, entsprechend 5,2 W, bei einer benötigten Gesamtenergie von 47,6 W, welche durch eine Linse mit einem Durchmesser von 800 mm (oder zwei 560-mm-Linsen) erreicht werden kann.

Beispiel II Beleuchtung eines Straßentunnels

Die Ausbeutung von Sonnenenergie ist in diesem Fall besonders nützlich, da die Beleuchtung im Tunnel, insbesondere in Anfangsbereichen,mit einer Intensität proportional der Außenbeleuchtung stattfinden muß, um Blendungsphänomene oder zeitweilige Blindheit zu vermeiden. Dieses erlaubt Weglassen der niveauausgleichenden Einrichtungen (fotochromatische Glasplatten) und Wegfallen der daraus entstehenden Verluste.

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Im Zentralbereich kann andererseits die Beleuchtung mit einem konstanten Niveau aufrechterhalten werden, jedoch mit einer geringen Leuchtintensität.

In diesem Fall kann Solarenergie vorteilhaft für die Bereich in der Nähe der Enden eingesetzt werden und konventionelle Beleuchtung kann nur im Zentralabschnitt verwandt werden.

Es wird angenommen, daß . der Anfangsbereich (1OO m) eines Tunnels mit 6 m Breite durch eine optische Faseranordnung erleuchtet werden soll, wozu

2
60.000 lumen (100 lumen /m ) notwendig sind. Eie entsprechende totale Leuchtenergie entspricht daher 90 Lichtwatt (3750 elektrische Watt mit Glühlampen).

Wenn man konservativ die gesamte benötigte Energie über die ■-. Länge einer Faser von 1OO m transportiert, ergibt sich das folgende:

- benötigte Leuchtenergie 90 W

- Energieverlust in den optischen

Faser-Diffusoren{1dB χ 5 Diffusor = 5dB) 195 W

- Energieverlust in der Faser

(Länge = 100 m, Dämpfung = O,O5 dB/m,

5 dB) 616 W

- Energieverlust am Fasereingang

(3 dB) 901 W

- Energieverlust im Sammler (3 dB) 1802 W

- Im Sammler benötigte Energie 3600 W

2 In diesem Fall ist ein Sammler von etwa 36 m mit einem Durchmesser von 6,7 m notwendig.

Um . Sammler zu großer Dimension . zu umgehen, welche

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BOEHMERT & BOEHMERT

Ursache beträchtlicher mechanischer Schwierigkeiten sind, kann eine Gruppe von Sammlern geringerer Dimensionen eingesetzt werden.

Die Verwendung von Fresnel-Linsen würde ermöglichen,

daß die würde.

daß die gesamte Sammelfläche nur etwa 20 m betragen

Die in der vorstehenden Beschreibung, der Zeichnung,
sowie in den nachfolgenden Ansprüchen offenbarten Merkmale und Vorteile der Erfindung können sowohl einzeln
als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen
wesentlich sein.

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BEZUGSZSICHENLISTE (LIST OP REFERENCE NUMERALS)

1	Sammler	1
P	optische Faser	2
3	Diffusor	'S
4	Faserbündel	4-
5	Außenspiegel
6	Innenspiegel	6
7	fotochromatische Glasplatte	7
8	Radiator	8
9		9
10		10
11		11
12		12
13		13
14		14
15		15
16		16
17		17
18		18
19		19
20		20
21		21
22		22
23		23
24		24
25		25
?6		26
27		27
28		28
29		29
30		30

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ORIGINAL INSPECTED

Leerseite

Claims

BOEHMERT ft FOFHMEPT

E 867

ANSPRÜCHE

⁽ 1. Vorrichtung zur Verwendung von Solarenergie für beleuchtung von geschlossenen, dem Sonnenlicht nicht zugänglichen Räumen, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Sonnenlichtsammler (1), der der Sonne ausgesetzt ist, eine oder mehrere optische Fasern (2), die durch den Sammler (1) beleuchtet werden und einen oder mehrere Diffusoren aufweist , welche die Verteilung des aus den optischen Fasern kommenden Lichtes in dem geschlossenen Raum bewirken, aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammler (1) nach dem Sonnenstand einrichtbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung des Sammlers (1) kontinuierlich mit Hilfe eines servogelenkten, elektronischen Heliostaten gesteuert wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eingesetzten optischen Fasern optische Multi-

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BOEHMERT & BOEHMERT

Mode-Siliziumfäsern des Typs "Faserbündel mit Überzug", sind wobei eine konstante Dämpfung aller Wellenlängen im sichtbaren Bereich gegeben ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pasern einen großen Kern mit hoher numerischer Apertur haben, nahe aneinander gelegt sind, um ein Bündel, bestehend aus vielen Fasern, zu bilden und einen Durchmesser einiger - Millimeter haben.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammler ein Parabol-Sammler mit Spiegeln und einem externen Brennpunkt ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammler ein Parabol-Sammler mit Spiegeln mit externem Brennpunkt ist und einen äußeren Parabolspiegel, einen inneren Parabolspiegel sowie eine fotochromatische Glaseingangsplatte aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammler ein Fresnel-Linsen-Sammler ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Filter für die Infrarotstrahlung im Sammler (1) angebracht ist, welcher, wenn notwendig, ' Wärmegewinnungseinrichtungen für die Wärme der Infrarotstrahlung aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusor ein Diffusor mit Zerstreuungslinsen und -gläsern ist.

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11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusor ein Diffusor mit optischen Fasern ist, wobei die Fasern des Faserbündels durch den Sammler beleuchtet werden und dazu veranlaßt werden, am Ausgangsende in einer einheitlich verteilten Art und Weise zu divergieren, wobei diese Enden in einer festen Stellung mit Hilfe eines inerten Zements gehalten sind.

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