EP2912696A1 - Verfahren zur drahtlosen energieübertragung in geschlossenen räumen - Google Patents

Verfahren zur drahtlosen energieübertragung in geschlossenen räumen

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EP2912696A1
EP2912696A1 EP13801982.3A EP13801982A EP2912696A1 EP 2912696 A1 EP2912696 A1 EP 2912696A1 EP 13801982 A EP13801982 A EP 13801982A EP 2912696 A1 EP2912696 A1 EP 2912696A1
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EP
European Patent Office
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energy
light
light source
solar cell
converted
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13801982.3A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes Sebald
Hendra Kesuma
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Airbus Defence and Space GmbH
Original Assignee
Airbus DS GmbH
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/30—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using light, e.g. lasers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/40—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using two or more transmitting or receiving devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/20—Optical components
    • H02S40/22—Light-reflecting or light-concentrating means
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Definitions

  • the invention relates to a method for the wireless transmission of energy emitted by at least one light source in enclosed spaces, in which the light energy emanating from the light source is received by at least one solar cell module arranged in the space and converted into electrical energy. Furthermore, it relates to an apparatus for carrying out this method.
  • wireless energy transfer generally refers to the transfer of electrical energy from an energy source to an electrical load without a conductive physical connection.
  • Solar cell module is received and converted into electrical energy, has become known from US 2009/010 3 925 AI.
  • DE 10 2009 055 684 AI a system for increasing the yield of photovoltaic systems for feeding energy into an AC mains, for heating support and hot water has become known, in which the photovoltaic system is operated by the supply of artificial light.
  • DE 102 33 005 B4 a similar arrangement has become known from DE 102 33 005 B4, in which an artificial light source and PV modules are provided in a device for supplying a sensor located at a high electrical potential in a paint shop with electrical energy.
  • an energy storage which consists of an evacuated storage vessel, which is highly reflective mirrored inside the entire surface and the input side is connected in each case via locks on the output side, each with a further vessel.
  • the input-side vessel is also mirrored in this known arrangement, while the output-side vessel is completely lined with solar cells, which are provided for discharging the electric power with outwardly reaching terminals.
  • the first object of the invention is to design a method of the type mentioned in such a way that it exploits the properties of the available surface materials of the closed space and that it can be used in particular for space missions.
  • an apparatus for carrying out this method is to be provided by the invention.
  • the invention achieves the first object by providing a method in which at least part of the light energy emanating from the light source is reflected at a reflecting surface in the interior of the room and then received in the at least one solar cell module and converted into electrical energy.
  • the solution of the further object is achieved according to the invention in that in an arrangement according to the preamble of the new claim 2, at least a portion of the space has a consisting of a multi-layer Insulations- surface reflective inner surface on which the at least one light source outgoing light energy is reflective.
  • the advantages of such an arrangement are, on the one hand, that the light source or a plurality of light sources can be placed flexibly in the interior of the room, that, moreover, the distribution of the light can be optimized by the reflecting surface and, in addition, the placement of the solar cell module comparatively is not critical to a successful application of the method according to the invention.
  • a plurality of light sources can be provided.
  • a plurality of reflective surfaces of different nature may be provided.
  • the light source (s) can be turned on and off as needed, and can be used both with coherent and with incoherent light in the visible as well as in the invisible range, i. in the infrared and ultraviolet light range.
  • the figure shows a wireless energy transfer device using reflections on multi-layer insulation or MLI surfaces for a wireless sensor network in space missions.
  • a light source 2 is located in a closed room whose walls 1 are lined with MLI surfaces.
  • a solar cell module 3 receives the light either directly or through reflections on the MLI surfaces.

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  • Optics & Photonics (AREA)
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Abstract

Bei einem Verfahren zur drahtlosen Übertragung der von wenigstens einer Lichtquelle ausgehenden Energie in geschlossenen Räumen bei Weltraummissionen wird die von einer oder von mehreren Lichtquellen ausgehende Lichtenergie an einer reflektierenden Oberfläche im Inneren des Raumes reflektiert und in einem oder mehreren Solarzellenmodulen empfangen und in elektrische Energie umgewandelt. Die reflektierende Oberfläche besteht aus einer Multi-Layer-Insulations-Oberfläche.

Description

Verfahren zur drahtlosen Energieübertragung
in geschlossenen Räumen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur drahtlosen Übertragung der von wenigstens einer Lichtquelle ausgehenden Energie in geschlossenen Räumen, bei dem die von der Lichtquelle ausgehende Lichtenergie von wenigstens einem in dem Raum angeordneten Solarzellenmodul empfangen und in elektrische Energie umgewandelt wird. Ferner betrifft sie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens .
Der Terminus "drahtlose Energieübertragung" bezeichnet dabei ganz allgemein die Übertragung elektrischer Energie von einer Energiequelle zu einer elektrischen Last ohne eine leitende physikalische Verbindung. Die häufigste Form einer solchen drahtlosen
Energieübertragung erfolgt mittels Induktion, wobei diese in der Regel durch eine resonante magnetische Induktion realisiert wird. Andere Verfahren machen Gebrauch von der Übertragung elektromagnetischer Strahlung in Form von Mikrowellen oder Laserlicht. Neuere Entwicklungen zu diesem Thema sind beispielsweise im Internet unter dem Link "http://zomobo.net/Power-beaming" zu finden. Ein Verfahren der eingangs genannten Art, bei dem in einem geschlossenen Raum die von einer Lichtquelle ausgehende Lichtenergie direkt von einem
Solarzellenmodul empfangen und in elektrische Energie umgewandelt wird, ist aus der US 2009/010 3 925 AI bekannt geworden. Daneben ist aus der DE 10 2009 055 684 AI ein System zur Erhöhung des Ertrages von Photovoltaikanlagen zur Einspeisung von Energie in ein Wechselspannungsnetz, zur Heizungsunterstützung und zur Warmwasserbereitung bekannt geworden, bei dem die Photovoltaikanlage durch die Zufuhr künstlichen Lichtes betrieben wird. Weiterhin ist aus der DE 102 33 005 B4 eine ähnliche Anordnung bekannt geworden, bei der in einer Einrichtung zur Versorgung eines auf hohem elektrischem Potential liegenden Sensors in einer Lackieranlage mit elektrischer Energie eine künstliche Lichtquelle sowie PV-Module vorgesehen sind. Schließlich ist aus der DE 100 37 254 AI ein Energiespeicher bekannt geworden, der aus einem evakuierten Speichergefäß besteht, das innen gesamtflächig hochreflektierend verspiegelt ist und das jeweils über Schleusen eingangsseitig und ausgangsseitig mit jeweils einem weiteren Gefäß verbunden ist. Das eingangsseitige Gefäß ist bei dieser bekannten Anordnung ebenfalls verspiegelt, während das ausgangsseitige Gefäß vollständig mit Solarzellen ausgekleidet ist, die zur Abgabe der Elektroenergie mit nach außen reichenden Anschlüssen versehen sind.
Während die vorgenannten Verfahren und Anordnungen sämtlich terrestrischen Zwecken dienen und dementsprechend ausgebildet sind, ist beispielsweise in dem Artikel "Wireless Power Transmission for Solar Power Satellite (SPS) " von N. Shinohara in www. sspi . gatech. edu/wptshinohara .pdf ein Verfahren zur drahtlosen Übertragung der von wenigstens einer Lichtquelle ausgehenden Energie beschrieben, das insbesondere auch bei Weltraummissionen einsetzbar ist. Bei diesen stellen das Gewicht der Kabel und deren Anforderungen beim Einbau von Sensoren in die Trägerrakete ein erhebliches Problem für eine effiziente Energieübertragung dar. Ferner führt die Verwendung von Batterien für ein drahtloses Sensornetzwerk zu Wartungsproblemen dieser Batterien. Schließlich bringen auch die sogenannten Energy- Harvesting-Verfahren mit einem thermoelektrischen Element oder einem piezoelektrischen Element Probleme mit sich, die insbesondere in einer Identifikation geeigneter Orte und der richtigen Platzierung der Elemente in geschlossenen Räumen liegen.
Erste Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, dass es die Eigenschaften der verfügbaren Oberflächen-Materialien des geschlossenen Raumes ausnutzt und dass es insbesondere bei Weltraummissionen einsetzbar ist. In einer weiteren Aufgabe soll durch die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens bereitgestellt werden.
Die Erfindung löst die erste Aufgabe dadurch, dass sie ein Verfahren bereitstellt, bei dem zumindest ein Teil der von der Lichtquelle ausgehenden Lichtenergie an einer reflektierenden Oberfläche im Inneren des Raumes reflektiert und danach in dem wenigstens einen Solarzellenmodul empfangen und in elektrische Energie umgewandelt wird. Die Lösung der weiteren Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, dass bei einer Anordnung gemäß dem Oberbegriff des neuen Anspruchs 2 zumindest ein Teilbereich des Raumes eine aus einer Multi-Layer-Insulations- Oberfläche bestehende reflektierende innere Oberfläche aufweist, an der die von wenigstens einer Lichtquelle ausgehende Lichtenergie reflektierbar ist.
Die Vorteile einer derartigen Anordnung liegen zum einen darin, dass die Lichtquelle bzw. mehrere Lichtquellen im Inneren des Raumes flexibel platziert werden kann bzw. können, dass außerdem durch die reflektierende Oberfläche die Verteilung des Lichtes optimiert werden kann und dass außerdem die Platzierung des Solarzellenmoduls vergleichsweise unkritisch für eine erfolgreiche Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können insbesondere mehrere Lichtquellen vorgesehen werden. Ferner können mehrere reflektierende Oberflächen unterschiedlicher Beschaffenheit vorgesehen sein. Schließlich ist es vorteilhaft, wenn auch mehrere unterschiedlich beschaffene Solarzellenmodule vorgesehen sind. Die Lichtquelle bzw. die Lichtquellen können nach Bedarf ein- und ausgeschaltet werden, ferner können sie sowohl mit kohärentem als auch mit inkohärentem Licht im sichtbaren ebenso wie im nicht- sichtbaren Bereich, d.h. im Bereich infraroten und ultravioletten Lichtes, betrieben werden.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die Abbildung zeigt eine Vorrichtung zur drahtlosen Energieübertragung mit Hilfe von Reflexionen an Multi- Layer-Insulation- oder MLI-Oberflachen für ein drahtloses Sensornetzwerk in Weltraummissionen. Eine Lichtquelle 2 befindet sich in einem geschlossenen Raum, dessen Wände 1 mit MLI-Oberflachen ausgekleidet sind. Ein Solarzellenmodul 3 empfängt das Licht entweder direkt oder durch Reflektionen an den MLI- Oberflächen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur drahtlosen Übertragung der von wenigstens einer Lichtquelle ausgehenden Energie in geschlossenen Räumen, bei dem die von der Lichtquelle ausgehende Lichtenergie von wenigstens einem in dem Raum angeordneten Solarzellenmodul empfangen und in elektrische Energie umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der von der Lichtquelle ausgehenden Lichtenergie an einer reflektierenden Oberfläche (1) im Inneren des Raumes reflektiert und danach in dem wenigstens einen Solarzellenmodul (3) empfangen und in elektrische Energie umgewandelt wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 mit wenigstens einem im Inneren des Raumes angeordneten Solarzellenmodul, in dem die Lichtenergie empfangbar und in elektrische Energie umwandelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teilbereich des Raumes eine aus einer Multi -Layer- Insulations- Oberfläche bestehende reflektierende innere Oberfläche (1) aufweist, an der die von wenigstens einer Lichtquelle (2) ausgehende Lichtenergie reflektierbar ist .
3. Vorrichtlang nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Lichtquellen (2) vorgesehen sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3 , dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (2) unterschiedlicher Wellenlängen aufweisen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere unterschiedlich reflektierende Oberflächen (1) vorgesehen sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere unterschiedlich beschaffene Solarzellenmodule (3) vorgesehen sind.
EP13801982.3A 2012-10-23 2013-10-22 Verfahren zur drahtlosen energieübertragung in geschlossenen räumen Withdrawn EP2912696A1 (de)

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WO (1) WO2014063680A1 (de)

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