DE60026684T2

DE60026684T2 - Autonome fotovoltaisch betriebene Infrarrotdetektionsvorrichtung

Info

Publication number: DE60026684T2
Application number: DE60026684T
Authority: DE
Inventors: Francis Thiebaud; Keith Brooks
Original assignee: Greatcell Solar S A; GREATCELL SOLAR SA
Current assignee: GREATCELL SOLAR S.A., LUTRY, CH
Priority date: 2000-07-21
Filing date: 2000-07-21
Publication date: 2006-12-21
Also published as: ATE320640T1; EP1178454B1; EP1178454A1; DE60026684D1; DE60026684T8

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine autonome fotovoltaische betriebene Infrarotdetektionsvorrichtung.
Eine Infrarotdetektionsvorrichtung umfasst mindestens:

– eine Energiequelle mit mindestens einem fotovoltaischem Element,
– einen Infrarotdetektor,
– ein optisches Element, und
– einen elektronischen Schaltkreis.

Diese Ausführung ist in Patentnr. 4,982,176 mit dem Titel "Solar powered lighting and alarm system activated by motion detection (Durch Bewegungsdetektion aktiviertes solarbetriebenes Beleuchtungs- und Alarmsystem) gut veranschaulicht.
Einer der Nachteile dieses Geräts ist, dass die fotovoltaische Vorrichtung von dem Infrarot-Detektor und dem optischen Element räumlich getrennt ist.
Die deutsche Patentanmeldung DE 44 19 019 offenbart eine kombinierte programmierte Ein- und Ausschalt- sowie multiple Dimmereinheit zur Steuerung der die Haushaltsbeleuchtung oder ähnlichen Energiebedarf versorgenden Anschlusskästen, die dazu ausgebildet ist, auf verschiedene Typen von Signaleingängen entweder mit Druckknopf oder Drehknopf oder als Ausgang von Umgebungssensoren manuell zu reagieren. Ein impulgesteuerter Fernbetrieb durch handelsübliche Infrarot- oder Ultraschall-Signaltransmitter ist somit dafür geeignet, die Verwendung von TV-Steueurungsmodulen zu ermöglichen, wobei eine Lernfunktion eingebaut ist, um eine Reaktion auf eine spezifische Kodierung falls notwendig zu ermöglichen. Mit dem impulsgesteuerten System kann ein Benutzer einer Ein/Aus- oder Dimmeranweisung auswählen, deren Länge von einer Impulsanzahl abhängt.
Das deutsche Gebrauchsmuster DE 298 23 657 U1 offenbart Solarzellmodulen (Fotovoltaische Zellen oder Wärmerückgewinnungseinheiten), die auf Trägern angebracht sind. Zusätzlich zu der Tragfunktion übernehmen die sogenannten Träger weitere Funktionen wie Isolierung, Temperaturausgleich oder Abschirmung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kompakte und autonome Infrarotdetektionsvorrichtung vorzuschlagen, die die Nachteile der Geräte aus dem Stand der Technik nicht hat.
Weitere Aufgabe de Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung oben genanntem Typ wirtschaftlich zu schaffen.
Hierzu ist Gegenstand der Erfindung eine kompakte und autonome Einrichtung vom vorstehend genannten Typ besonders dadurch gekennzeichnet, dass das sogenannte optische Element der Detektionsvorrichtung physisch derart angeordnet ist, dass es wesentlich die gesamte aktive Fläche des fotovoltaischen Elementes überdeckt, und

– dass das sogenannte optische Element eine hohe Transparenz in mindestens einem Teil des Spektrums aufweist, in welchem die fotovoltaische Vorrichtung fähig ist, Photonen in elektrische Energie umzuwandeln und
– dass mindestens ein Teil dieses sogenannten optischen Elementes die einkommende Infrarotstrahlung auf den Infrarotdetektor ablenkt.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung als nicht einschränkendes Beispiel mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung verständlicher erläutert. Es zeigt
1A bis 1K: schematischer Ausschnitt einer Grundausbildung (1A) und optionaler Ausbildungen (1B bis 1K) der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
2: Teile einer autonomen Infrarotdetektionsvorrichtung, die für einen erfindungsgemäßen kompakten Aufbau geeignet ist.
Eine kompakte und autonome Infrarotdetektionsvorrichtung 1 ist in den 1A bis 1K und 2 ersichtlich.
Diese autonome Detektionsvorrichtung 1 umfasst mindestens:

– eine Energiequelle 2 mit mindestens einem fotovoltaischem Element 3,
– einen Infrarotdetektor 4,
– ein optisches Element 5,
– einen elektronischen Schaltkreis 6.

Ein Infrarotdetektor 4 ist eine Vorrichtung, die die Infrarot-Strahlung "B" aufnimmt und sie in ein elektrisches Signal umwandelt.
Ein fotovoltaisches Element ist eine Vorrichtung, die eingehende Photonen aufnimmt und sie in Elektrizität umwandelt.
Ein erfindungsgemässes optisches Element 5 ist eine Vorrichtung, die mindestens einen Teil der eingehenden elektromagnetischen Strahlung "A" an den Infrarotdetektor und die fotovoltaischen Vorrichtung überträgt.
Ein erfindungsgemässer elektronischer Schaltkreis 6 ist eine Vorrichtung zur Umwandlung des primären elektrischen Signals des Infrarotdetektors in ein zweites elektronisches Signal "S", das ein weiteres elektrisches oder elektronisches Element aktiviert.
Bemerkenswert ist das optische Element 5 der Detektionsvorrichtung 1 physisch derart angeordnet, dass es wesentlich die gesamte Fläche des fotovoltaischen Element 3 abdeckt, und

– das genannte optische Element 5 weist eine hohe Transparenz in mindestens einem Teil des Spektrums auf, in welchem das fotovoltaische Element 3 die Umwandlung von Photonen in elektrische Energie durchführen kann und
– mindestens ein Teil des gesagten optischen Elementes 5 als optisches Infrarotelement dient.

Eine autonome Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des optischen Elements 5, der eine Funktion in dem Infrarotteil des Spektrums hat, die einkommende Infrarotstrahlung auf den Infrarotdetektor 4 ablenkt.
Bemerkenswert ist der Teil des optischen Elements 5, der als optisches infrarotes Element dient, ein Teil, der mindestens die einkommende Infrarotstrahlung auf den Infrarotdetektor 4 ablenkt.
In einer Ausführungsvariante ist der Infrarotdetektor 4 auf der aktiven Fläche 3A des fotovoltaischen Elementes 3 (1A und 1D bis 1K) angeordnet.
Die aktive Fläche 3A des fotovoltaischen Elements 3 ist der Teil der Fläche dieses Elements, der Photonen aufnimmt und sie in Strom umwandelt.
In einer weiteren Variante ist der Infrarotdetektor 4 in einem Holraum 3B in der aktiven Fläche 3A des fotovoltaischen Elements 3 angeordnet (1B).
In einer weiteren Ausführungsvariante ist der Infrarotdetektor 4 hinter dem fotovoltaischen Element 3 angeordnet, so dass die Infrarotstrahlung "B" auf den genannten Infrarotdetektor 4 durch eine Öffnung 3C (1C) trifft.
Auf diese Weise kann eine Detektionsvorrichtung 1 in kompakter Ausführung aufgebaut werden.
In einer Ausführung (1D) umfasst die Energiequelle 2 also mindestens.

– eine nichtaufladbare Batterie 2A,
– eine aufladbare Batterie 2B,
– einen Kondensator 2C.

Somit kann eine Detektionsvorrichtung 1 zugleich kompakt und autonom ausgebildet sein.
In einer besonderen Ausbildung kann die autonome Detektionsvorrichtung 1 ein Umfangsgehäuse 7 umfassen und innerhalb des genannten Gehäuses 7 ist ein Spiegel 8 zum Rückfang der Photonen angeordnet, die von der aktiven Fläche 3A des fotovoltaischen Elements 3 reflektiert wurden, wodurch die Möglichkeit, durch das fotovoltaische Element 3 Photonen aufzufangen, vergrößert wird (1E).
Vorzugsweise umfasst die autonome Detektionsvorrichtung 1 außerdem eine Alarmanlage 9. Die Alarmanlage 9 könnte zum Beispiel eine Vorrichtung, die Licht oder Ton verwendet, um die Aufmerksamkeit zu erwecken (1F und 1J).
In einer Variante umfasst die autonome Detektionsvorrichtung 1 außerdem ein Umschaltelement 10 für eine andere elektrische oder elektronische Vorrichtung 11 (1G und 1I).
In einer auf 1H dargestellten Ausführung umfasst die autonome Detektionsvorrichtung 1 außerdem mindestens einen HF-Sender 12 zur Kommunikation mit einem zweiten mit mindestens einem HF-Empfänger 14 versehenen elektronischen System 13.
In einer weiteren Variante umfasst die autonome Detektionsvorrichtung außerdem mindestens einen HF-Sender 12 zur Kommunikation mit einem mit mindestens einem HF-Empfänger 14 versehenen Umschaltelement 10 (1I).
In einer Variante umfasst die autonome Detektionsvorrichtung 1 außerdem mindestens einen IR-Sender 15 zur Kommunikation mit einem zweiten mit mindestens einem IR-Empfänger 16 versehenen elektronischen System 13 (1H).
In einer anderen Variante umfasst die autonome Detektionsvorrichtung 1 außerdem mindestens einen IR-Sender 15 zur Kommunikation mit mindestens einem IR-Empfänger 16 versehenen Umschaltelement 10 (1I).
In einer Ausführung ist das gesagte zweite elektronische System 13 eine Alarmanlage (1J).
Die autonome Detektionsvorrichtung 1 umfasst außerdem mindestens eine zusätzliche Detektierungsvorrichtung 17 für die infrarote, ultraviolette oder sichtbare Strahlung (1K und 2).
Die autonome Detektionsvorrichtung 1 umfasst außerdem mindestens eine zusätzliche Detektierungsvorrichtung 17 zur Temperatur- oder Feuchtigkeitsmessung (1K und 2).

Claims

Autonome fotovoltaische betriebene Infrarotdetektionsvorrichtung (1) wenigstens umfassend: – eine Energiequelle (2) mit mindestens einem fotovoltaischem Element (3), – einen Infrarotdetektor (4), – ein optisches Element (5), – einen elektronischen Schaltkreis (6), dadurch gekennzeichnet, dass das sogenannte optische Element (5) der Detektionsvorrichtung (1) physisch derart angeordnet ist, dass es wesentlich die gesamte aktive Fläche (3A) des fotovoltaischen Elementes (3) überdeckt, und – dass das sogenannte optisches Element (5) eine hohe Transparenz in mindestens einem Teil des Spektrums, in welchem die fotovoltaische Vorrichtung (3) fähig ist, Photonen in elektrische Energie umzuwandeln und – dass mindestens ein Teil dieses sogenannten optischen Elementes (5) die einkommende Infrarotstrahlung auf den Infrarotdetektor (4) ablenkt.
Autonome Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der sogenannte Infrarotdetektor (4) an der aktiven Fläche (3A) des fotovoltaischen Elements (3) angeordnet ist.
Autonome Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der sogenannte Infrarotdetektor (4) in einem Hohlraum (3B) in der aktiven Fläche (3A) des fotovoltaischen Elements (3) angeordnet ist.
Autonome Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der sogenannte Infrarotdetektor (4) hinter dem fotovoltaischen Elements (3) angeordnet ist, so dass die Infrarotstrahlung den sogenannten Detektor durch eine Öffnung (3C) erreicht.
Autonome Detektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle (2) eine nicht aufladbare Batterie (2B) umfasst.
Autonome Detektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle (2) eine aufladbare Batterie (2B) umfasst.
Autonome Detektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle (2) einen Kondensator (2C) umfasst.
Autonome Detektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Umfangsgehäuse (7) umfasst und innerhalb des genannten Gehäuses (7) ein Spiegel (8) zur Rückfang der Photonen angeordnet ist, die von der aktiven Fläche (3A) des fotovoltaischen Elements reflektiert wurden.
Autonome Detektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem eine Alarmanlage (9) umfasst.
Autonome Detektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem ein Umschaltelement (10) für eine andere elektrische oder elektronische Vorrichtung (11) umfasst.
Autonome Detektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem mindestens einen HF-Sender (12) zur Verbindung mit einem zweiten elektronischen System (13) umfasst, das mindestens mit einem HF-Empfänger (14) versehen ist.
Autonome Detektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem mindestens einen HF-Sender (12) zur Verbindung mit einem mit mindestens einem HF-Empfänger (14) versehenen Umschaltelement (10) umfasst.
Autonome Detektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem mindestens einen IR-Sender (15) zur Kommunikation mit einem zweiten mit mindestens einem IR-Empfänger (16) versehenen Elektroniksystem (13) umfasst.
Autonome Detektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem mindestens einen IR-Sender (15) zur Kommunikation mit einem mit mindestens einem IR-Empfänger (16) versehenen Umschaltelement (10) umfasst.
Autonome Detektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das sogenannte elektronische System (13) eine Alarmanlage ist.
Autonome Detektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem mindestens eine zusätzliche Detektierungsvorrichtung (17) für die infrarote, ultraviolette oder sichtbare Strahlung umfasst.
Autonome Detektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem mindestens eine zusätzliche Detektierungsvorrichtung (17) zur Temperatur- oder Feuchtemessung umfasst.