EP3087170A1 - Solarlinsenpaneel - Google Patents

Solarlinsenpaneel

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Publication number
EP3087170A1
EP3087170A1 EP15744855.6A EP15744855A EP3087170A1 EP 3087170 A1 EP3087170 A1 EP 3087170A1 EP 15744855 A EP15744855 A EP 15744855A EP 3087170 A1 EP3087170 A1 EP 3087170A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
light
lens panel
elements
solar lens
holding
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15744855.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Joachim Grill
Roland Riepl
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BIOSYNTEX S.R.L.
Original Assignee
Sun Algae Technology Srl
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Filing date
Publication date
Application filed by Sun Algae Technology Srl filed Critical Sun Algae Technology Srl
Publication of EP3087170A1 publication Critical patent/EP3087170A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G02B19/0042—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with ambient light for use with direct solar radiation
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    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Definitions

  • the invention relates to a solar lens panel with a number of juxtaposed in a plane Lichtsammeimaschinen, the number of light ammel implantn corresponding number of optical fibers, each Lichtsammeielement a light guide is associated with a light entrance surface, and each light guide in each case in a holding element at a distance is held to the light ammelettin, wherein the distance between the light ammelettin and the light entry surfaces of the light guide at least approximately the focal length of the light ammeletti corresponds and the area between the light entry surfaces of the light guide and the light ammelettin is preferably free of light deflecting optical elements and preferably between the Lichtsammeimaschinen and the optical fibers no direct mechanical connection. Furthermore, the invention relates to a lighting system comprising at least one light supply element and a Biomassezucht- aläge comprising at least one tank for receiving the biomass and at least one lighting system.
  • DE 197 05 046 A1 describes a device for using solar energy with a light trapping element for trapping and concentrating the electromagnetic radiation emanating from the sun, a light transport element for transporting the captured and concentrated electromagnetic radiation and a light distributor for irradiating the transported electromagnetic radiation.
  • the use of this device is the lighting of buildings or enclosed spaces, the heating of buildings or enclosed spaces, the display of information in buildings or enclosed spaces, such as the cover of a solar cell, attracting insects, the design of watch glasses or Illumination of organisms such as algae, plants, indicated.
  • DE 10 2007 018 675 A1 describes a biomass growing system with a container for holding biomass-containing aqueous solution, with at least one guided into the container light guide for supplying light energy to the biomass-containing aqueous solution, and with a controllable light guide connected to the light guide for selectively supplying light in selected areas of the container is coupled, wherein the container is divided into segments, each having the light guide via the light distributor selectively connectable Lichtabstrahlflä- chen, coupled the light guide with a unit for collecting sunlight and directing the collected solar energy in the light guide is provided, and a control unit for controlling the light distributor is provided, which is arranged for distributing the available in the optical waveguide light power to the light emitting surfaces such that an additional supply to another light emitting surface takes place when the m it supplied light power from the light guide at least one Lichtabstrahl Structure is supplied with a significant mass increase of the biomass required illuminance and more light power is available to supply the other light emitting also with a necessary to appreciable mass increase of the biomass
  • a coupling unit for coupling sunlight into a fiber of a block of light-conducting material comprising a surface for light entry, a light guide with an entrance side and a counterpart, which on the entry side light entering the opposite side and a fiber coupling for coupling the device to the fiber.
  • This coupling unit is connected directly to the optical lens.
  • this coupling unit a maintenance-free and robust assembly for light coupling into a fiber is achieved.
  • this should reduce the manufacturing costs and the operating costs of solar lens panels for lighting.
  • a disadvantage is that the optical assemblies of the lens and the coupling unit in the mass production of such solar lens panels still high production costs Causes, since relatively much material is needed and the production time of this system is also relatively high.
  • the present invention has for its object to provide a solar lens panel of the type mentioned, which can be produced in series cost and with a high degree of automation, so that so solar lens panels such a broader acceptance for lighting, especially in biomass production, find and thus energy costs and greenhouse gases can be reduced.
  • This object of the invention is achieved in the aforementioned Solarlinsenpaneel characterized in that the light entry surfaces of the light guide are arranged within the holding elements.
  • the object of the invention with the aforementioned lighting system is solved, which comprises such a solar lens panel.
  • the object of the invention is achieved by the biomass growing plant mentioned at the beginning, which comprises such a lighting system.
  • the solar lens panel per optical fiber only a single optical element, namely the light-collecting element comprises. It is thus a simplification of the structure of the solar lens panel possible, in particular, a coordination between the primary optics, ie the light-collecting elements, and a secondary optics, as used in the prior art, no longer required.
  • this has the disadvantage that the accuracy of the distance adjustment between the primary optics and the light guides must meet higher requirements, however, the advantage of the smaller number of individual components prevails. components this disadvantage.
  • the manufacturing costs are reduced to an extent that is greater than the additional effort for the exact adjustment of the distance between the Lichtsammeimaschinen and the light guides. It is further advantageous that the production of Einzelb parts in mass production is easier possible, for example by means of an injection compression molding method, whereby also a corresponding cost advantage can be generated.
  • the light guides are each arranged in a holding element.
  • the optical fibers can be better kept in the required position, whereby the adjustment of the Lichtsammei shame with respect to the light guide can be made easier.
  • the light entry surfaces of the light guides are arranged within the holding elements.
  • an overheating protection is formed in the region of the light entry surface. Namely, impurities in this area can lead to an absorption of energy, so that heat the holding elements.
  • the fact that the focus is on the light entry surfaces of the light guide within the holding elements, the focused light beam when entering the holding element is still relatively wide, so that the energy is insufficient to heat the holding elements so far that the holding elements are damaged and thus in more Follow the light guides lose their exact relative position with respect to the Lichtsam- meletti.
  • a further improvement in terms of the degree of automation of the production of the solar lens panel and thus also with regard to a cost reduction can be achieved if several light ammeletti form a one-piece light-collecting element module. But it is also the setting of the distance between the light ammelettin and the
  • the light entry surfaces of the light guide simplified because not every single distance must be set separately. This in turn leads to a further simplification of the assembly of the solar lens panel and thus to a further reduction of the manufacturing costs.
  • the light ammeletti by Fresnel lenses it can thus be achieved a significant reduction of the required installation space of the solar lens panel, so that it can be made flatter.
  • a plurality of holding elements are arranged in a, in particular one-piece, holding element module. This in turn makes it possible to achieve a further reduction in production costs through a higher degree of automation and a simpler assembly of the solar lens panel.
  • the plurality of holding elements can be arranged in a common plane easier.
  • the light ammelelement- module (s) and the / the holding element module (s) spacers are arranged, in particular the light or the ammelelementmodul ( e) are connected to the or the holding element module (s) via the spacers.
  • the light ammeletti and the holding elements are arranged in a common frame, whereby the solar lens panel can be made more resistant to environmental influences.
  • the light collecting elements are covered by a transparent cover. It is thus achieved a better protection of the light ammelemia and the underlying light guide from environmental influences. In particular, an improvement with regard to the avoidance of contamination of the holding elements can thus also be achieved, with which also overheating of these holding elements by energy absorption (better) can be avoided. It is thus possible that bonds within the solar lens panel can be produced more cost-effectively with less material, for example, the bonding of the light guide with the holding elements. Likewise, the bonds or the materials within the solar lens panel can be better protected against the influence of UV radiation.
  • the light ammeletti and holding elements are arranged in a closed system, wherein preferably the closed system comprises the frame, the transparent cover and a base plate, wherein the frame and / or on the transparent cover and / or at least one membrane is arranged on the base plate.
  • the solar Lens panel are completely closed, so that contamination of the Solarlinsenpa- neels indoors prevented or at least significantly reduced, via the at least one membrane an air and water vapor exchange between the interior of the solar lens panel and the surrounding atmosphere is achieved.
  • the base plate is preferably formed by the or the holding element module (s), since this can be achieved a further simplification of the structure of the solar lens panel, whereby material costs can be reduced as a result.
  • FIG. 1 shows an optical assembly for a solar lens panel
  • FIG. 2 shows an optical assembly for a solar lens panel
  • FIG. 3 shows a detail of an optical assembly
  • 4 shows a light-collecting element module in an oblique view
  • 5 shows a base plate in an oblique view.
  • Fig. 6 is a partially assembled solar lens panel in an oblique view
  • Fig. 8 shows a detail of a biomass growing plant.
  • Fig. 1 shows a simplified optical assembly 1 for e.g. shown in Fig. 7 solar lens panel 2.
  • This optical assembly consists of a light-collecting element 3 and a light guide 4.
  • the light-collecting element 3 is designed as a converging lens.
  • the converging lens is a so-called plano-convex lens.
  • the light guide 4 is arranged below the light ammelides 3. It has a light-entry surface 5, which faces the light-collecting element 3 and is at right angles to an optical axis 6 of the light-collecting element 3.
  • the optical waveguide 4 preferably extends through the center of the light entry surface 5 of the optical waveguide 4 which has an at least approximately circular cross section.
  • the optical waveguide 4 is guided by a holder 7 which is plate-shaped, for example, whereby the optical waveguide 4 can be guided through a bore in the holder 7 , kept at a distance 8.
  • the distance 8 between the light-collecting element 3 and the light inlet surface 5 of the light guide 4 corresponds at least approximately to the focal length of the light-collecting element 3.
  • the focal length is defined as the distance of a main plane 9 of the light-collecting element 3 from a focal point 10 of the light-collecting element 3.
  • incident light 11 is focused by the light collecting element 3 at least approximately or precisely onto the light entry surface 5 of the light guide 4.
  • At least approximately to the light entry surface 5" means in the context of the invention that a diameter 12 of a light cone 13 at the light entrance surface 5 of the light guide 4 by not more than 20%, in particular by not more than 10%, is greater than the diameter of the light entrance surface 5 of the light guide 4.
  • the diameter 12 of the light cone 13 can also correspond to the diameter of the light entry surface 5 of the light guide 4 or can be the focal point of the light collecting element 3 in the light entry surface 5 of the light guide 4.
  • the focal point of the Lichtsammeiettis 3 is within the light guide 4 below the light entrance surface 5, as shown in Fig.
  • the distance of the focal point from the light entry surface 5 can be up to a maximum of 1.5 mm (ie between 0 mm and 1.5 mm), in particular up to a maximum of 1 mm.
  • the distance 8 between the light collecting element 3 and the light entry surface 5 of the light guide 4 thus preferably corresponds at most to the focal length of the light collecting element 3 with a tolerance range of + 0.1 mm.
  • optical axis "focal length” and “focal point” are used according to the usual meaning in optics, and no other optical elements, ie, no secondary optics, are arranged between the light collecting element 3 and the light guide 4.
  • the area between the light collecting element 3 and the light entry surface 5 of the light guide 4 is therefore free of light refractive elements and of light deflecting elements, Furthermore, there is no direct mechanical connection between the light guide 4 and the light collecting element 3.
  • optical assembly 1 an embodiment of the optical assembly 1 is shown in cross section, wherein in turn the same reference numerals or component designations as in FIG the description of FIG. 1 are used. To avoid unnecessary repetition, reference is made to the detailed description above.
  • the optical assembly 1 is the preferred embodiment of the invention.
  • the optical subassembly 1 in turn consists of the light collecting element 3 and the light guide 4 with the light entry surface 5.
  • the light-collecting element 3 is preferably a Fresnel lens. Since Fresnel lenses are known in principle, reference is made to the relevant prior art. But it can also be used another suitable lens shape.
  • the light entry surface 5 of the light guide 4 is arranged in the above-described distance 8 from the light collecting element 3.
  • the light guide 4 is held in a holding element 14, in particular glued to this, which in turn is arranged on the holder 7. It is also possible that the holding element 14 and the holder 7 form a one-piece component made of a material.
  • the light entry surface 5 is arranged inside the holding element 14.
  • a distance 16 between the end surface 15 of the holding element 14 and the light-collecting element 3 is thus preferably smaller than the distance 8 between the light-collecting element 3 and the light entry surface 5 of the light guide 4.
  • the holding element 14 has a recess, in particular a blind hole.
  • the cross section of this recess is preferably larger than the cross section of the light guide 4 viewed in the same direction.
  • the recess may have, for example, an oval or in particular quadrangular, preferably square cross-section.
  • the light guide 4 preferably has an at least approximately circular cross-section.
  • a transverse bore is introduced by the holding element 14, which extends from the outside into the recess. It is possible that over the height of the embedding of the light guide 4 and / or distributed over the circumference of the recess a plurality of such transverse bores are introduced. The air can also escape through these transverse bores and a seal or closure of these transverse bores can be achieved via the emerging adhesive.
  • the adhesive used is preferably a UV-resistant adhesive. It is further preferred if the adhesive does not cause optical refraction of the passing light.
  • the holding element 14 is formed, at least in the preferred embodiment variant of the invention, from a transparent (transparent) material. However, no light deflection takes place in the holding element 14.
  • no optically active (in the sense of light deflection) element is arranged between the light collecting element 3 and the light entry surface 5 of the light guide 4.
  • the end surface 15 of the holding element 14 is preferably formed shiny or high gloss (but not reflective).
  • the end face 15 is preferably oriented parallel to the main plane 9 (see FIG.
  • the holding element 14 consists of a material which has a refractive index which differs by not more than 5%, in particular by not more than 3%, from the refractive index of the material of the optical waveguide 4.
  • the holding element 14 may be formed, for example in the form of a cylinder or cuboid, these forms are not intended to be limiting.
  • the holding element 14 may be part of a holding element module and the light collecting element 3 may be part of a light ammelelementmoduls. These two modules can be connected to each other via spacers. These spacers are located next to the holding elements 14, ie not within the scope of the invention directly below the
  • the solar lens panel 2 has a plurality of optical assemblies 1 (FIGS. 1 and 2).
  • the solar lens panel has a number of light ammelettin 3 and one of the number of Lichtsammeimaschine 3 corresponding number of optical fibers 4.
  • All Lichtsammeielement 3 are preferably arranged in a plane.
  • the light entry surfaces 5 of the light guides 4 are preferably arranged in a plane.
  • the plane of the light entry surfaces 5 of the light guides 4 is preferably aligned parallel to the plane of the light collecting elements 3. 4, a further embodiment of the invention is shown, with which the arrangement of the light ammeletti 3 can be simplified in one plane.
  • the Lichtsam- mel elements 3 are preferably in turn Fresnel lenses.
  • a plurality of light-collecting elements 3 form an integral light-collecting element module 17.
  • the light-collecting element module 17 comprises twenty-five light-collecting elements 3, which are divided into five rows and five columns.
  • the light-collecting element module 17 can also have more or less than twenty-five light-collecting elements 3, for example one hundred, so that the representation in FIG. 4 has merely exemplary character. Further, the light collection element module 17 need not necessarily be square (as shown), i. that the number of rows and columns can be different from each other.
  • FIG. 5 A further possibility for simplifying the adjustment of the light entry surfaces 5 of the light guides 4 (FIGS. 1 and 2) is shown in FIG. 5, in which a further embodiment variant is shown, which alternatively or additionally to the embodiment variant according to FIG. 4 in the solar lens panel 2 (Fig. 7) may find application.
  • a plurality of holding elements 14 in a, in particular one-piece, holding element module 18 are arranged.
  • the location of the holding elements 14 in the holding element module 18 is selected so that in each case a holding element 14 - and thus also a light guide 4 - is arranged below a Lichtsammeiiatas 3, as shown in FIGS. 1 and 4.
  • the holding element module 18 has 100 holding elements 14, which are divided into 10 rows and 10 columns. But it is also possible that the holding element module 18 more or fewer holding elements 14, for example, up to 200, and that the number of rows is different from the number of columns. In the preferred embodiment, however, the holding element module is formed with more holding elements 14 than would correspond to the number of light collecting elements 3 of the Lichtsammelelement- module 17 of FIG. 4, so that per holding element module 18 more light ammelelementmodule 17 are installed in the solar lens panel 2, as this from Fig. 6 and 7 can be seen.
  • FIG. 6 shows a solar lens panel module 19 that has a holding element module 18 corresponding to FIG. 5 and four ammelelement modules 17 corresponding to FIG. 4. Furthermore, the optical waveguides 4 which are held by the holding elements 14 can be seen from FIG.
  • the solar lens panel 2 can have a plurality of these solar lens panel modules 19, for example twenty-five as shown in FIG. 7, but also more or less. To better illustrate the relationship, the solar lens panel modules have been partially shown in FIG. 6 in FIG. Of course, all Solarlinsenpaneelmodule 19 entirely with the light ammelettin 17 are provided.
  • the solar lens panel 2 is thus largely modular.
  • the solar lens panel 2 between the or the light-collecting element module (S) 17 and the holding element or module (s) 18 spacers 20 may be arranged, as shown in particular in FIGS. 2 and 5 can be seen.
  • the light collecting element module (s) 17 can be connected to the holding element module (s) 18, for example by gluing or welding the spacers 20 to the light collecting element module (s) 17 with the holding element module (s) 18 Generally, they are connected in a coherent manner.
  • the spacers 20 are installed outside the area between the light collecting elements 3 and the light guides 4, so that therefore the light collecting elements 3 and the light guides 4 are not directly connected to each other, but indirectly via the spacers 20 which in turn connect the light ammelelementmodul (e) 17 and holding element module (s) 18 with each other.
  • the spacers 20 are preferably rod-shaped and have in the end regions in each case a pin 21, 22, as can be seen from FIG.
  • the pins 21 can engage in holes 23 (FIG. 5) or recesses in the retaining element module 18.
  • the pins 22 in turn can engage in bores 24 (FIG. 4) or recesses in the collecting element module 17.
  • the pins 21, 22 can only be inserted into the bores 23, 24.
  • the pins 21, 22 can also be adhesively bonded or welded to the collecting element modules 17 and / or the holding element modules 18 or can be connected in a generally cohesive manner.
  • the bores 24 in the holding element module 18 are arranged next to the holding elements 14, as can be seen from FIG. 5. In particular, they are arranged in the center of the area spanned by four holding elements 14.
  • the holes 23 in the light ammelelementmodul 17 are preferably arranged in the corner points between the collecting elements 3.
  • a spacer 20 can be connected to more than one collecting element module 17.
  • two or four collecting element modules 17 arranged next to one another can be provided or connected to a common spacer 20, as can be seen from FIG. 6.
  • the solar lens panel 2 can have only one light-collecting element module 17 and / or only one retaining element module 18.
  • the light-emitting elements 3 or the light-collecting element modules 17 and the holding elements 14 or the holding-element modules 18 can be arranged within a common frame 25.
  • the frame 25 may be made of aluminum or an aluminum alloy, for example.
  • the frame 25 comprises the entire arrangement of the light collecting elements 3 or the light collecting element modules 17 and the holding elements 14 or the holding element modules 18 at their outermost circumference. It can further be provided that the light collecting elements 3 or the light collecting element modules 17 are covered by a transparent cover 26, as can be seen from FIG.
  • the cover 26 may be made of a polymeric plastic or of glass, or of another suitable material.
  • the cover 26 is connected to the frame 25, in particular glued, so that there is no direct contact between the light collecting elements 3 or the light ammelelementmodulen 17 with the cover 26.
  • supporting webs 27 can be arranged between the light-collecting elements 3 and the light-collecting element modules 17 and optionally between the holding elements 14 and the holding element modules 18, as can be seen from FIG is.
  • the light-collecting elements 3 and the light-collecting element modules 17 and the holding elements 14 and the holding element modules 18 are arranged within a closed system, which is preferably formed by the frame 25, the transparent cover 26 and a base plate 28 ( Figure 5) wherein the base plate 28 may be formed by or comprise one or more retaining element modules 18. But it is also possible that the base plate 28 forms its own component on which the holding elements 14 and the holding element modules 18 are arranged and in particular may be connected thereto.
  • An advantage with regard to the heating and cooling of the interior of this closed system due to the temporary solar radiation is when the frame and / or on the transparent cover and / or on the base plate at least one diaphragm 29 is arranged and connected thereto, with which at least one opening through the frame 25 and / or the transparent cover 26 and or the base plate 28 is closed.
  • a plurality of apertures are formed, each of which is closed by a membrane 29, wherein a membrane 29 can also close a plurality of apertures.
  • a gas exchange exchange of air
  • a removal of water vapor from the interior of the closed system can take place.
  • the light-collecting elements 3 or the light-collecting element modules 4 and / or the holding elements 14 or the holding element modules 18 can be at least partially, preferably for
  • the light guides 4 may be made of glass or of a polymeric, synthetic plastic, for example of PMMA.
  • the guide 4 and the or the holding element module (s) 18 made of the same material.
  • the production of the holding elements 14 or the holding element modules 18 and / or the light-collecting elements 3 and the light-collecting element modules 17 is preferably carried out by an injection-compression molding method. Since the injection-compression molding is known per se, reference is made to the relevant literature.
  • the holding elements 14 or the holding element modules 18 and / or the light collecting elements 3 or the light collecting element modules 17 can also be made by injection molding or by machining processes, eg milling. or the light-collecting elements 3 or the light-collecting element modules 17 with extremely low tolerances (in particular maximum + 0.05 mm) to produce.
  • the solar lens panel 2 is used in particular for a lighting system, for example, to direct sunlight into the interior of a building.
  • the illumination system is used in a biomass growing facility 30, as shown schematically in FIG. 8.
  • the biomass growing plant 30 comprises at least one
  • Light supply element 31 which is part of the illumination system and is formed by the solar lens panel 2.
  • the biomass growing facility 30 comprises at least one tank 32 in which the biomass, e.g. Algae, being bred.
  • a light distribution element 33 can be arranged between the at least one solar lens panel 2 and the at least one tank.
  • the solar lens panel 2 can be connected to a drive device in order to enable tracking to the traveling sun.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Solarlinsenpaneel (2) mit einer Anzahl von nebeneinander angeordneten Lichtsammelelementen (3), einer der Anzahl an Lichtsammelelementen (3) entsprechenden Anzahl an Lichtleitern (4), wobei jedem Lichtsammelelement (3) ein Lichtleiter (4) mit einer Lichteintrittsfläche (5) zugeordnet ist, und jeder Lichtleiter (4) jeweils in einem Haltelement (14) in einem Abstand (8) zu den Lichtsammelelementen (3) gehalten ist, und wobei der Abstand (8) zwischen den Lichtsammelelementen (3) und den Lichteintrittsflächen (5) der Lichtleiter (4) zumindest annähernd der Brennweite der Lichtsammelelemente (3) entspricht. Die Lichteintrittsflächen (5) der Lichtleiter (4) sind innerhalb der Halteelemente (14) angeordnet.

Description

Solarlinsenpaneel
Die Erfindung betrifft ein Solarlinsenpaneel mit einer Anzahl von in einer Ebene nebeneinan- der angeordneten Lichtsammeielementen, einer der Anzahl an Lichts ammelelementen entsprechenden Anzahl an Lichtleitern, wobei jedem Lichtsammeielement ein Lichtleiter mit einer Lichteintrittsfläche zugeordnet ist, und jeder Lichtleiter jeweils in einem Haltelement in einem Abstand zu den Lichts ammelelementen gehalten ist, wobei der Abstand zwischen den Lichts ammelelementen und den Lichteintrittsflächen der Lichtleiter zumindest annähernd der Brennweite der Lichts ammelelemente entspricht und der Bereich zwischen den Lichteintrittsflächen der Lichtleiter und den Lichts ammelelementen bevorzugt frei ist von lichtumlenkenden optischen Elementen und bevorzugt zwischen den Lichtsammeielementen und den Lichtleitern keine direkte mechanische Verbindung besteht. Weiter betrifft die Erfindung ein Beleuchtungssystem umfassend zumindest eine Lichtzufuhrelement sowie eine Biomassezucht- anläge umfassend zumindest einen Tank zur Aufnahme der Biomasse und zumindest ein Beleuchtungssystem.
Neben den klassischen Anwendungen von Sonnenenergie in der Bereitstellung von Warmwasser und zur Erzeugung von elektrischem Strom ist aus dem Stand der Technik bereits be- kannt, Sonnenenergie in der Gebäudebeleuchtung und in der Herstellung von Biomasse, insbesondere Algen, einzusetzen.
So beschreibt z.B. die DE 197 05 046 AI eine Vorrichtung zur Nutzung der Solarenergie mit einem Lichteinfangelement zum Einfang und zur Konzentration der von der Sonne ausgehen- den elektromagnetischen Strahlung, einem Lichttransportelement zum Transport der eingefangenen und konzentrierten elektromagnetischen Strahlung sowie einem Lichtverteiler zur Ausstrahlung der transportierten elektromagnetischen Strahlung. Als Verwendung dieser Vorrichtung werden die Beleuchtung von Gebäuden oder abgeschlossenen Räumen, die Erwärmung von Gebäuden oder abgeschlossenen Räumen, die Anzeige von Informationen in Ge- bäuden oder abgeschlossenen Räumen, wie die Abdeckung einer Solarzelle, zur Anlockung von Insekten, zur Gestaltung von Uhrgläsern oder zur Beleuchtung von Organismen wie Algen, Pflanzen, angegeben. Die DE 10 2007 018 675 AI beschreibt eine Biomassezuchtanlage mit einem Behälter zur Aufnahme biomassehaltiger wässriger Lösung, mit mindestens einem in den Behälter geführten Lichtleiter zur Zufuhr von Lichtenergie zur biomassehaltigen wässrigen Lösung, und mit einem steuerbaren Lichtleiter, der mit dem Lichtleiter zur wahlweisen Lichtzufuhr in ausge- wählte Bereiche des Behälters gekoppelt ist, wobei der Behälter in Segmente aufgeteilt ist, die jeweils mit dem Lichtleiter über den Lichtverteiler wahlweise ankoppelbare Lichtabstrahlflä- chen haben, der Lichtleiter mit einer Einheit zum Auffangen von Sonnenlicht und Leiten der aufgefangenen Sonnenenergie in den Lichtleiter gekoppelt ist, und eine Steuerungseinheit zur Ansteuerung des Lichtverteilers vorgesehen ist, die zur Verteilung der im Lichtleiter verfüg- baren Lichtleistungen zu den Lichtabstrahlflächen derart eingerichtet ist, dass eine zusätzliche Versorgung einer weiteren Lichtabstrahlfläche erfolgt, wenn die mit Lichtleistung aus dem Lichtleiter versorgte mindestens eine Lichtabstrahlfläche mit einer zum nennenswerten Massezuwachs der Biomasse erforderlichen Beleuchtungsstärke versorgt ist und weitere Lichtleistung zur Verfügung steht, um die weitere Lichtabstrahlfläche ebenfalls mit einer zum nen- nenswerten Massezuwachs der Biomasse erforderlichen Beleuchtungsstärke zu versorgen, und dass eine Abschaltung an weitere Lichtabstrahlflächen derart erfolgt, dass in Abhängigkeit des kumulierten Beleuchtungszeitraums eines Segments ein vorgegebener Mindestzeitraum kumulierter Dunkelphasen bereitgestellt wird. Ein wesentliches Element bei derartigen Nutzungen von Sonnenenergie ist das optische System, mit dem das Sonnenlicht in die Lichtleiter eingeleitet wird.
Aus der EP 2 189 711 A2 ist eine Koppeleinheit zur Einkopplung von Sonnenlicht in eine Faser aus einem Block aus lichtleitendem Material bekannt, umfassend eine Oberfläche zum Lichteintritt, eine Lichtführung mit einer Eintrittsseite und einer Gegenseite, welche auf der Eintritts seite eintretendes Licht auf die Gegenseite abbildet, sowie eine Faserankopplung zur Ankopplung der Vorrichtung an die Faser. Diese Koppeleinheit wird unmittelbar mit der optischen Linse verbunden. Mit dieser Koppeleinheit wird eine wartungsfreie und robuste Baugruppe zur Lichteinkopplung in eine Faser erreicht. Zudem sollen damit die Herstellkosten und die Betriebskosten von Solarlinsenpaneelen zur Beleuchtung verringert werden. Nachteilig dabei ist jedoch, dass die optischen Baugruppen aus der Linse und der Koppeleinheit in der Serienfertigung derartiger Solarlinsenpaneele trotzdem noch hohe Produktionskosten ver- Ursachen, da relativ viel Material benötigt wird und die Produktionszeit dieses Systems ebenfalls relativ hoch ist.
Im Stand der Technik wurden aber auch schon zweiteilige optische Baugruppen beschrieben, bei denen die Lichtleiter nicht direkt an die optischen Linsen angekoppelt werden. Ein derartiges System ist beispielsweise aus der US 6,299,317 B l bekannt. Danach wird Licht über Fresnel-Linsen eingefangen und in einen Lichtleiter projiziert, wobei zwischen den Fresnel- Linsen und den Lichtleitern keine direkte Verbindung besteht. Allerdings weist dieses System zwischen den Fresnel-Linsen und den Lichtleitern konische, parabolische Konzentratoren als weitere optische Elemente auf, um eine Konzentration der einfallenden Lichtbündel auf die
Lichtleiter zu erreichen. Durch diese Sekundäroptik und den damit verbundenen komplexeren Aufbau verteuert sich das System.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Solarlinsenpaneel der eingangs genannten Art zu schaffen, das in Serie kostengünstig und mit einem hohen Automatisierungsgrad herstellbar ist, sodass damit derartige Solarlinsenpaneele eine breitere Akzeptanz für Beleuchtungen, insbesondere in der Biomasseherstellung, finden und somit Energiekosten und Treibhausgase reduziert werden können. Diese Aufgabe der Erfindung wird bei dem eingangs genannten Solarlinsenpaneel dadurch gelöst, dass die Lichteintrittsflächen der Lichtleiter innerhalb der Halteelemente angeordnet sind. Weiter wird die Aufgabe der Erfindung mit der eingangs genannten Beleuchtungssystem gelöst, das ein derartiges Solarlinsenpaneel umfasst. Zudem wird die Aufgabe der Erfindung durch die eingangs genannte Biomassezuchtanlage gelöst, die ein derartiges Beleuchtung ssys- tem umfasst.
Von Vorteil ist, dass das Solarlinsenpaneel pro Lichtleiter nur ein einziges optisches Element, nämlich das Lichtsammelelement, aufweist. Es ist damit eine Vereinfachung des Aufbaus des Solarlinsenpaneels möglich, insbesondere ist eine Abstimmung zwischen der Primäroptik, d.h. den Lichtsammelelementen, und einer Sekundäroptik, wie sie im Stand der Technik verwendet wird, nicht mehr erforderlich. Zwar ist damit der Nachteil verbunden, dass die Genauigkeit der Abstandsjustierung zwischen der Primäroptik und den Lichtleitern höheren Anforderungen genügen muss, allerdings überwiegt der Vorteil der geringeren Anzahl an Einzel- bauteilen diesen Nachteil. Zudem werden durch die Vermeidung einer Sekundäroptik die Herstellkosten in einem Umfang reduziert, der größer ist, als der zusätzliche Aufwand für die genaue Einstellung des Abstandes zwischen den Lichtsammeielementen und den Lichtleitern. Es ist dabei weiter von Vorteil, dass die Herstellung der Einzelb auteile in der Serienfertigung einfacher möglich ist, beispielsweise mittels eines Spritzprägeverfahrens, wodurch ebenfalls ein entsprechender Kostenvorteil generiert werden kann.
Es ist vorgesehen, dass die Lichtleiter jeweils in einem Haltelement angeordnet sind. Damit können die Lichtleiter besser in der erforderlichen Position gehalten werden, wodurch die Justierung der Lichtsammeielemente in Bezug auf die Lichtleiter einfacher erfolgen kann.
Weiter ist vorgesehen, dass die Lichteintrittsflächen der Lichtleiter innerhalb der Halteelemente angeordnet sind. Es wird damit ein Überhitzungsschutz im Bereich der Lichteintritts- fläche ausgebildet. Verunreinigungen in diesem Bereich können nämlich zu einer Absorption von Energie führen, sodass sich die Halteelemente erhitzen. Dadurch, dass der Fokus auf die Lichteintrittsflächen der Lichtleiter innerhalb der Halteelemente liegt, ist der fokussierte Lichtstrahl beim Eintritt in das Halteelement noch relativ breit, sodass die Energie nicht ausreicht, die Halteelemente so weit zu erhitzen, dass die Halteelemente beschädigt werden und damit in weitere Folge die Lichtleiter ihre genau relative Lage in Bezug auf die Lichtsam- melelemente verlieren.
Eine weitere Verbesserung in Hinblick auf den Automatisierungsgrad der Herstellung des Solarlinsenpaneels und damit auch in Hinblick auf eine Kostensenkung ist erreichbar, wenn mehrere Lichts ammelelemente ein einstückiges Lichtsammelelementmodul bilden. Es ist da- mit aber auch die Einstellung des Abstandes zwischen den Lichts ammelelementen und den
Lichteintrittsflächen der Lichtleiter vereinfacht, da nicht jeder einzelne Abstand separat eingestellt werden muss. Dies wiederum führt zu einer weiteren Vereinfachung des Zusammenbaus des Solarlinsenpaneels und damit zu einer weiteren Reduktion der Herstellkosten. Vorzugsweise sind die Lichts ammelelemente durch Fresnel-Linsen. Es kann damit eine deutliche Reduktion des erforderlichen Bauraums des Solarlinsenpaneels erreicht werden, sodass dieser flacher ausgestaltet werden kann. Nach einer anderen Ausführungsvariante des Solarlinsenpaneels kann vorgesehen sein, dass mehrere Halteelemente in einem, insbesondere einstückigen, Halteelementmodul angeordnet sind. Wiederum ist damit eine weitere Reduktion der Herstellkosten durch einen höheren Automatisierungsgrad und eine einfacheren Zusammenbau des Solarlinsenpaneels erreichbar. Darüber hinaus kann damit auch erreicht werden, dass die mehreren Haltelemente einfacher in einer gemeinsamen Ebene angeordnet werden können.
Zur einfacheren Justierung des Brennpunktes der Lichts ammelelemente auf die Lichteintritts- flächen der Lichtleiter kann vorgesehen sein, dass zwischen dem/den Lichts ammelelement- modul(en) und dem/den Halteelementmodul(en) Abstandhalter angeordnet sind, insbesondere das oder die Lichts ammelelementmodul(e) über die Abstandhalter mit dem oder den Hal- teelementmodul(en) verbunden sind.
Vorzugsweise sind die Lichts ammelelemente und die Halteelemente in einem gemeinsamen Rahmen angeordnet, wodurch das Solarlinsenpaneel widerstandsfähiger gegen Umwelteinflüsse ausgebildet werden kann.
Es kann weiter vorgesehen sein, dass die Lichtsammeielemente von einer transparenten Abdeckung abgedeckt sind. Es wird damit ein besserer Schutz der Lichts ammelelemente und der darunter liegenden Lichtleiter vor Umwelteinflüssen erreicht. Insbesondere kann damit auch eine Verbesserung in Hinblick auf die Vermeidung der Verschmutzung des der Halteelemente erreicht werden, womit ebenfalls eine Überhitzung dieser Halteelemente durch Energieabsorption (besser) vermieden werden kann. Es ist damit möglich, dass Verklebungen innerhalb des Solarlinsenpaneels kostengünstiger mit weniger Material hergestellt werden können, beispielsweis die Verklebung der Lichtleiter mit den Halteelementen. Ebenso können damit die Verklebungen bzw. die Werkstoffe innerhalb des Solarlinsenpaneels besser vor dem Ein- fluss von UV-Strahlung geschützt werden.
Aus dem selben Grund kann vorgesehen sein, dass die Lichts ammelelemente und die Hal- teelemente in einem abgeschlossenen System angeordnet sind, wobei bevorzugt das abgeschlossene System den Rahmen, die transparente Abdeckung und eine Grundplatte umfasst, wobei am Rahmen und/oder an der transparenten Abdeckung und/oder an der Grundplatte zumindest eine Membran angeordnet ist. Durch letztere Ausführungsvariante kann das Solar- linsenpaneel vollständig verschlossen werden, sodass eine Verschmutzung des Solarlinsenpa- neels im Innenbereich verhindert oder zumindest deutlich reduziert werden kann, wobei über die zumindest eine Membran ein Luft- und Wasserdampfaustausch zwischen dem Innenraum des Solarlinsenpaneels und der Umgebungsatmosphäre erreicht wird.
Die Grundplatte ist bevorzugt durch das oder die Halteelementmodul(e) gebildet, da damit eine weitere Vereinfachung des Aufbaus des Solarlinsenpaneels erreicht werden kann, wodurch in der Folge Materialkosten reduziert werden können.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
Es zeigen jeweils in vereinfachter, schematischer Darstellung: Fig. 1 eine optische Baugruppe für ein Solarlinsenpaneel; Fig. 2 eine optische Baugruppe für ein Solarlinsenpaneel; Fig. 3 ein Detail einer optischen Baugruppe; Fig. 4 ein Lichtsammelelementmodul in Schrägansicht; Fig. 5 eine Grundplatte in Schrägansicht;
Fig. 6 ein teilweise zusammengebautes Solarlinsenpaneel in Schrägansicht;
Fig. 7 ein Solarlinsenpaneel in Schrägansicht;
Fig. 8 einen Ausschnitt aus einer Biomassezuchtanlage.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf glei- che Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.
Fig. 1 zeigt eine vereinfacht dargestellte optischen Baugruppe 1 für ein z.B. in Fig. 7 dargestelltes Solarlinsenpaneel 2 dargestellt.
Diese optische Baugruppe besteht aus einem Lichtsammelelement 3 und einem Lichtleiter 4.
Das Lichtsammelelement 3 ist als Sammellinse ausgebildet. Im der dargestellten Ausführungsvariante ist die Sammellinse eine so genannte plankonvexe Linse.
Der Lichtleiter 4 ist unterhalb des Lichts ammelelementes 3 angeordnet. Er weist eine Licht- eintrittsfläche 5 auf, die dem Lichtsammelelement 3 zugewandt ist und im rechten Winkel zu einer optischen Achse 6 des Lichtsammelelementes 3 steht. Vorzugsweise verläuft die optische Achse durch den Mittelpunkt der Lichteintrittsfläche 5 des mit zumindest annähernd kreisrundem Querschnitt ausgeführten Lichtleiters 4. Der Lichtleiter 4 wird von einer Halterung 7, die beispielsweise plattenförmig ausgeführt ist, wobei der Lichtleiter 4 durch eine Bohrung in der Halterung 7 geführt sein kann, in einem Abstand 8 gehalten. Der Abstand 8 zwischen dem Lichtsammelelement 3 und der Lichtein- trittsfläche 5 des Lichtleiters 4 entspricht zumindest annähernd der Brennweite des Lichtsammelelementes 3. Die Brennweite ist dabei definiert als der Abstand einer Hauptebene 9 des Lichtsammelelementes 3 von einem Brennpunkt 10 des Lichtsammelelementes 3. Mit anderen Worten ausgedrückt wird also einfallendes Licht 11 von dem Lichtsammelelement 3 zumindest annähernd oder genau auf die Lichteintrittsfläche 5 des Lichtleiters 4 fokussiert.
„Zumindest annähernd auf die Lichteintrittsfläche 5" bedeutet im Sinne der Erfindung, dass ein Durchmesser 12 eines Lichtkegels 13 an der Lichteintrittsfläche 5 des Lichtleiters 4 um nicht mehr als 20 %, insbesondere um nicht mehr als 10 %, größer ist als der Durchmesser der Lichteintritts fläche 5 des Lichtleiters 4. Der Durchmesser 12 des Lichtkegels 13 kann aber auch dem Durchmesser der Lichteintrittsfläche 5 des Lichtleiters 4 entsprechen bzw. kann der Brennpunkt des Lichtsammeielementes 3 in der Lichteintrittsfläche 5 des Lichtleiters 4 liegen. Vorzugsweise liegt jedoch der Brennpunkt des Lichtsammeielementes 3 innerhalb des Lichtleiters 4 unterhalb der Lichteintrittsfläche 5, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, sodass der Energieeintrag im Bereich der Lichteintrittsfläche 5 geringer ist, als wenn der Brennpunkt in der Lichteintrittsfläche 5 des Lichtleiters 4 liegen würde. Es wird damit erreicht, dass die Energie des Lichtkegels nicht ausreicht, den Kunststoff zu schmelzen. Der Abstand des Brennpunktes von der Lichteintrittsfläche 5 kann dabei bis zu maximal 1,5 mm (also zwischen 0 mm und 1,5 mm), insbesondere bis maximal 1 mm, betragen.
Der Abstand 8 zwischen dem Lichtsammeielement 3 und der Lichteintrittsfläche 5 des Lichtleiters 4 entspricht also bevorzugt maximal der Brennweite des Lichtsammeielementes 3 mit einem Toleranzbereich von + 0,1 mm.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Begriffe„optische Achse",„Brennweite" und„Brennpunkt" entsprechend der üblichen Bedeutung in der Optik verwendet werden. Zwischen dem Lichtsammeielement 3 und dem Lichtleiter 4 sind keine weiteren optischen Elemente, d.h. keine Sekundäroptik, angeordnet. Der Bereich zwischen dem Lichtsammeielement 3 und der Lichteintrittsfläche 5 des Lichtleiters 4 ist also frei von lichtbrechenden und fei von lichtumlenkenden Elementen. Weiter besteht zwischen dem Lichtleiter 4 und dem Lichtsammeielement 3 keine direkte mechanische Verbindung.
Mit anderen Worten ausgedrückt besteht also die optische Baugruppe 1 nach Fig. 1 aus dem Lichts ammelelement 3 und dem davon beabstandeten Lichtleiter 4.
In der Fig. 2 ist eine Ausführungsform der optischen Baugruppe 1 im Querschnitt gezeigt, wobei wiederum für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen bzw. Bauteilbezeichnungen wie in der Beschreibung zu Fig. 1 verwendet werden. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die detaillierte voranstehende Beschreibung hingewiesen bzw. Bezug genommen.
Die optische Baugruppe 1 ist die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Die optische Baugruppe 1 besteht wiederum aus dem Lichtsammelelement 3 und dem Lichtleiter 4 mit der Lichteintrittsfläche 5.
Das Lichtsammelelement 3 ist vorzugsweise eine Fresnel-Linse. Da Fresnel-Linsen prinzipiell bekannt sind, sei dazu auf den dafür einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Es kann aber auch eine andere geeignete Linsenform verwendet werden.
Die Lichteintrittsfläche 5 des Lichtleiters 4 ist in dem voranstehend näher beschriebenen Abstand 8 von dem Lichtsammelelement 3 angeordnet. Weiter ist der Lichtleiter 4 in einem Halteelement 14 gehalten, insbesondere mit diesem verklebt, das wiederum an der Halterung 7 angeordnet ist. Es ist dabei auch möglich, dass das Halteelement 14 und die Halterung 7 einen einstückigen Bauteil aus einem Werkstoff bilden.
In der bevorzugten und in Fig. 2 dargestellten Ausführungsvariante der optischen Baugruppe 1 ist die Lichteintrittsfläche 5 innerhalb des Halteelementes 14 angeordnet. Ein Abstand 16 zwischen der Endfläche 15 des Haltelementes 14 und des Lichtsammelelementes 3 ist also bevorzugt kleiner als der Abstand 8 zwischen dem Lichtsammelelement 3 und der Lichtein- trittsfläche 5 des Lichtleiters 4. Für die Verklebung des Lichtleiters 4 innerhalb des Halteelementes 14 ist bevorzugt vorgesehen, dass das Halteelement 14 eine Ausnehmung, insbesondere eine Sacklochbohrung aufweist. Der Querschnitt dieser Ausnehmung ist bevorzugt größer als der Querschnitt des Lichtleiters 4 in gleicher Richtung betrachtet. Es wird damit möglich, zwischen dem Lichtleiter 4 und der Wandung der Ausnehmung zumindest einen Kanal auszubilden, über den die Luft, die sich in der Ausnehmung befindet, durch den Kleber, der durch das Einführung des Lichtleiters 4 in die Ausnehmung verdrängt wird, entweichen kann. Durch den verdrängten Kleber kann zudem eine Versiegelung der Ausnehmung an der Unterseite des Halteelementes 14, an der der Lichtleiter 4 aus dem Halteelement 14 austritt, erreicht werden. Die Ausnehmung kann beispielsweise einen ovalen oder insbesondere viereckigen, bevorzugt quadratischen Querschnitt aufweisen. Der Lichtleiter 4 weist bevorzugt einen zumindest annähernd kreisrunden Querschnitt auf.
Für den gleichen Zweck ist aber auch möglich, zumindest einen Kanal in der Wandung der Ausnehmung als Vertiefung in dieser auszubilden.
Gemäß einer nicht bevorzugten Ausführungsvariante dazu besteht die Möglichkeit, dass durch das Halteelement 14 eine Querbohrung eingebracht wird, die von außen bis in die Ausnehmung reicht. Es ist dabei möglich, dass über die Höhe der Einbettung des Lichtleiters 4 und /oder über den Umfang der Ausnehmung verteilt mehrere derartige Querbohrungen eingebracht werden. Über diese Querbohrungen kann die Luft ebenfalls entweichen und kann über den austretenden Kleber eine Versiegelung bzw. ein Verschluss dieser Querbohrungen er- reicht werden.
Durch die Vermeidung von Lufteinschlüssen zwischen dem Lichtleiter 4 und dem Halteelement 14 kann eine Veränderung des optischen Verhaltens der Kombination Halteelement 14/Lichtleiter 4 und eine gegebenenfalls auftretende Überhitzung des Lichtleiters 4 im Be- reich der Lichteintrittsfläche 5 besser vermieden werden.
Als Kleber wird bevorzugt ein UV-beständiger Kleber verwendet. Es ist weiter bevorzugt, wenn der Kleber keine optische Brechung des hindurchtretenden Lichts hervorruft. Das Haltelement 14 ist aus diesem Grund zumindest in der bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung aus einem lichtdurchlässigen (transparenten) Werkstoff gebildet. Allerdings findet in dem Halteelement 14 keine Lichtumlenkung statt. Es ist also auch bei dieser Ausführungsvariante der optischen Baugruppe 1 nach Fig. 2 zwischen dem Lichtsammeielement 3 und der Lichteintrittsfläche 5 des Lichtleiters 4 kein optisch aktives (im Sinne von Lichtum- lenkung) Element angeordnet. Des Weiteren ist die Endfläche 15 des Halteelementes 14 vorzugsweise glänzend oder hochglänzend (aber nicht reflektierend) ausgebildet. Zudem ist die Endfläche 15 vorzugsweise parallel zur Hauptebene 9 (siehe Fig. 1) des Lichtsammelelemen- tes 3 und insbesondere auch zur Lichteintrittsfläche 5 des Lichtleiters 4 orientiert. Es ist weiter bevorzugt wenn das Halteelement 14 aus einem Werkstoff besteht, der einen Brechungsindex aufweist, der um nicht mehr als 5 %, insbesondere um nicht mehr als 3 %, vom Brechungsindex des Werkstoffes des Lichtleiters 4 abweicht.
Vorzugsweise findet also im Halteelement 14 keine weitere Lichtbrechung statt.
Das Halteelement 14 kann beispielsweise in Form eines Zylinders oder Quaders ausgebildet sein, wobei diese Formen nicht beschränkend zu verstehen sind.
Weiter besteht bei dieser Ausführungsvariante der Erfindung keine direkte Verbindung zwischen dem Lichts ammelelement 3 und dem Lichtleiter 4. Mit anderen Worten ausgedrückt ist also der Bereich (Raum) unmittelbar unterhalb des Lichtsammelelementes 3 und zwischen dem Lichts ammelelement 3 und dem Lichtleiter 4 mit Ausnahme des Halteelementes frei von weiteren Elementen oder Bauteilen. Der Raum zwischen dem Lichts ammelelement 3 und dem Lichtleiter 4 kann also mit einem Gas gefüllt sein oder evakuiert sein. Wie nachstehend noch ausgeführt wird, können das Haltelement 14 Teil eines Halteelementmoduls und das Lichtsammeielement 3 Teil eines Lichts ammelelementmoduls sein. Diese beiden Module können über Abstandhalter miteinander verbunden sein. Diese Abstandhalter befinden sich neben den Halteelementen 14, also im Sinne der Erfindung nicht im Bereich unmittelbar unterhalb des
Lichtsammelelementes 3 und zwischen dem Lichts ammelelement 3 und dem Lichtleiter 4 und haben keine optische Funktion im Sinne von Lichtleitung oder Lichtumlenkung.
Das Solarlinsenpaneel 2 nach der Erfindung, wie er beispielsweise in Fig. 7 in der bevorzug- ten Ausführungsvariante dargestellt ist, weist mehrere optische Baugruppen 1 (Fig. 1 und 2) auf. Somit weist also das Solarlinsenpaneel eine Anzahl von Lichts ammelelementen 3 auf und eine der Anzahl dieser Lichtsammeielemente 3 entsprechende Anzahl an Lichtleitern 4. Sämtliche Lichtsammeielement 3 sind bevorzugt in einer Ebene angeordnet. Ebenso sind die Lichteintrittsflächen 5 der Lichtleiter 4 bevorzugt in einer Ebene angeordnet. Vorzugsweise ist die Ebene der Lichteintrittsflächen 5 der Lichtleiter 4 parallel zur Ebene der Lichtsammeielemente 3 ausgerichtet. In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung dargestellt, mit der die Anordnung der Lichts ammelelemente 3 in einer Ebene vereinfacht werden kann. Die Lichtsam- melelemente 3 sind vorzugsweise wiederum Fresnel-Linsen. Bei dieser Ausführungsvariante bilden mehrere Lichtsammelelemente 3 ein einstückiges Lichtsammelelementmodul 17.
In der dargestellten Ausführungsvariante umfasst das Lichtsammelelementmodul 17 fünfundzwanzig Lichtsammelelemente 3, die auf fünf Reihen und fünf Spalten aufgeteilt sind.
Das Lichtsammelelementmodul 17 kann aber auch mehr oder weniger als fünfundzwanzig Lichtsammelelemente 3 aufweisen, beispielsweise hundert, sodass die Darstellung in Fig. 4 lediglich beispielhaften Charakter hat. Weiter muss das Lichtsammelelementmodul 17 nicht zwingend quadratisch (wie dargestellt) ausgeführt sein, d.h. dass die Anzahl der Reihen und Spalten zueinander unterschiedlich sein kann.
Eine weitere Möglichkeit zur Vereinfachung der Justierung der Lichteintrittsflächen 5 der Lichtleiter 4 (Fig. 1 und 2) ist in Fig. 5 dargestellt, in der eine weitere Ausführungsvariante gezeigt ist, die alternativ oder zusätzlich zur Ausführungsvariante nach Fig. 4 im Solarlinsen- paneel 2 (Fig. 7) Anwendung finden kann.
Bei dieser Ausführungsvariante sind mehrere Halteelemente 14 in einem, insbesondere einstückigen, Halteelementmodul 18 angeordnet. Die Situierung der Halteelemente 14 auf in dem Halteelementmodul 18 wird dabei so gewählt, dass jeweils ein Halteelement 14 - und damit auch ein Lichtleiter 4 - unterhalb eines Lichtsammeielementes 3 angeordnet ist, wie dies in den Fig. 1 und 4 dargestellt ist.
Das Halteelementmodul 18 nach Fig. 5 weist 100 Halteelemente 14 auf, die auf 10 Reihen und 10 Spalten aufgeteilt sind. Es ist aber auch möglich, dass das Halteelementmodul 18 mehr oder weniger Halteelemente 14, beispielsweise bis zu 200, aufweist und dass die Anzahl der Reihen unterschiedlich ist zur Anzahl der Spalten. In der bevorzugten Ausführungsvariante ist aber das Halteelementmodul mit mehr Halteelementen 14 ausgebildet, als der Anzahl der Lichtsammelelemente 3 des Lichtsammelelement- moduls 17 nach Fig. 4 entsprechen würde, sodass also pro Halteelementmodul 18 mehrere Lichts ammelelementmodule 17 in dem Solarlinsenpaneel 2 eingebaut werden, wie dies aus Fig. 6 und 7 ersichtlich ist.
In Fig. 6 ist ein Solarlinsenpaneelmodul 19 ersichtlich, dass ein Haltelementmodul 18 entsprechend Fig. 5 und vier S ammelelementmodule 17 entsprechend Fig. 4 aufweist. Weiter sind aus Fig. 6 die Lichtleiter 4 ersichtlich die von den Halteelementen 14 gehalten sind.
Aus Fig. 7 ist wiederum ersichtlich, dass das Solarlinsenpaneel 2 mehrere dieser Solarlinsen- paneelmodule 19 aufweisen kann, beispielsweise fünfundzwanzig wie in Fig. 7 dargestellt, aber auch mehr oder weniger. Um den Zusammenhang besser darzustellen, wurden in Fig. 7 die Solarlinsenpaneelmodule teilweise in Fig. 6 gezeigt dargestellt. Selbstverständlich sind alle Solarlinsenpaneelmodule 19 zur Gänze mit den Lichts ammelelementen 17 versehen.
Das Solarlinsenpaneel 2 ist also großteils modular aufgebaut.
Um den Zusammenbau dieses Solarlinsenpaneels zu vereinfachen, insbesondere um den Abstand 8 (Fig. 1 und 2) zwischen den Lichts ammelelementen 3 und den Lichteintrittsflächen 5 der Lichtleiter 4 einfacher einstellen zu können, können nach einer weiteren Ausführungsvariante des Solarlinsenpaneels 2 zwischen dem oder den Lichtsammelelementmodul(en) 17 und dem oder den Halteelementmodul(en) 18 Abstandhalter 20 angeordnet sein, wie dies insbesondere aus den Fig. 2 und 5 ersichtlich ist. Über diese Abstandhalter 20 können das oder die Lichtsammelelementmodul(e) 17 mit dem oder den Halteelementmodul(en) 18 verbunden werden, beispielsweise indem die Abstandhalter 20 mit den Lichtsammelelementmodul(e) 17 mit dem oder den Halteelementmodul(en) 18 verklebt oder verschweißt bzw. generell Stoff - schlüssig verbunden werden.
Diese Abstandhalter 20 werden außerhalb des Bereichs zwischen den Lichtsammeielementen 3 und den Lichtleitern 4 eingebaut, sodass also die Lichtsammelelemente 3 und die Lichtleiter 4 nicht direkt miteinander verbunden sind, sondern indirekt über die Abstandhalter 20 die wiederum die Lichts ammelelementmodul(e) 17 und Halteelementmodul(en) 18 miteinander verbinden. Die Abstandhalter 20 sind vorzugsweise stabförmig ausgebildet und weisen in den Endbereichen jeweils einen Zapfen 21, 22 auf, wie dies aus Fig. 2 ersichtlich ist. Die Zapfen 21 können in Bohrungen 23 (Fig. 5) bzw. Ausnehmungen in dem Halteelementmodul 18 eingreifen. Die Zapfen 22 wiederum können in Bohrungen 24 (Fig. 4) bzw. Ausnehmungen in dem Sam- melelementmodul 17 eingreifen. Zur Herstellung der Verbindung können die Zapfen 21, 22 lediglich in die Bohrungen 23, 24 eingesteckt sein. Zusätzlich dazu können die Zapfen 21, 22 aber auch noch mit den Sammelelementmodulen 17 und/oder den Halteelementmodulen 18 verklebt oder verschweißt bzw. generell stoffschlüssig verbunden sein.
Über die Abstandhalter 20 kann ein Verkippen des zumindest einen Haltelementmoduls 18 in Bezug auf das zumindest eine Sammelelementmodul 17 (besser) vermieden werden.
Die Bohrungen 24 in dem Haltelementmodul 18 sind neben den Haltelementen 14 angeordnet, wie dies aus Fig. 5 ersichtlich ist. Insbesondere sind sie im Mittelpunkt der durch vier Haltelemente 14 aufgespannten Fläche angeordnet.
Die Bohrungen 23 in dem Lichts ammelelementmodul 17 sind vorzugsweise in den Eckpunkten zwischen den Sammelelementen 3 angeordnet.
Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, kann ein Abstandhalter 20 mit mehr als einem Sammelele- mentmodul 17 verbunden sein. Insbesondere können zwei oder vier nebeneinander angeordnete Sammelelementmodule 17 mit einem gemeinsamen Abstandhalter 20 versehen bzw. verbunden sein, wie diese aus Fig. 6 ersichtlich ist.
Es ist auch möglich, dass das Solarlinsenpaneel 2 nur ein Lichtsammelelementmodul 17 und/oder nur ein Haltelementmodul 18 aufweist. Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist können die Lichts ammelelemente 3 bzw. die Lichtsammelele- mentmodule 17 und die Halteelemente 14 bzw. die Haltelementmodule 18 innerhalb eines gemeinsamen Rahmens 25 angeordnet sein. Der Rahmen 25 kann beispielsweise aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung hergestellt sein. Der Rahmen 25 umfasst insbesondere die gesamte Anordnung die Lichtsammeielemente 3 bzw. die Lichtsammelelementmodule 17 und die Halteelemente 14 bzw. die Haltelementmodule 18 an deren äußersten Umfang. Weiter kann vorgesehen sein, dass die Lichtsammeielemente 3 bzw. die Lichtsammelelementmodule 17 von einer transparenten Abdeckung 26 abgedeckt sind, wie dies aus Fig. 2 ersichtlich ist. Die Abdeckung 26 kann aus einem polymeren Kunststoff oder aus Glas, bzw. aus einem anderen geeigneten Werkstoff bestehen. Vorzugsweise ist die Abdeckung 26 mit dem Rahmen 25 verbunden, insbesondere verklebt, sodass kein direkter Kontakt zwischen den Lichtsammeielementen 3 oder den Lichts ammelelementmodulen 17 mit der Abdeckung 26 besteht.
Um bei großflächigeren Solarlinsenpaneelen 2 eine weitere Abstützung der Abdeckung 26 zu erreichen, können zwischen den Lichts ammelelementen 3 bzw. den Lichtsammelelementmo- dulen 17 und gegebenenfalls zwischen den Halteelementen 14 bzw. den Haltelementmodulen 18 Stützstege 27 angeordnet werden, wie dies aus Fig. 7 ersichtlich ist.
In der bevorzugten Ausführungsform sind die Lichtsammelelemente 3 bzw. die Lichtsammelelementmodule 17 und die Halteelemente 14 bzw. die Haltelementmodule 18 innerhalb eines abgeschlossenen Systems angeordnet, das vorzugsweise durch den Rahmen 25, die transparente Abdeckung 26 und eine Grundplatte 28 (Fig. 5) gebildet wird, wobei die Grundplatte 28 von einem oder mehreren Halteelementmodulen 18 gebildet werden kann bzw. diese umfassen kann. Es ist aber auch möglich, dass die Grundplatte 28 einen eigenen Bauteil bildet auf dem die Halteelemente 14 bzw. die Halteelementmodule 18 angeordnet und insbesondere damit verbunden sein können.
Von Vorteil hinsichtlich der Erwärmung und Abkühlung des Innenraums dieses abgeschlossenen Systems infolge der zeitweisen Sonneneinstrahlung ist dabei, wenn am Rahmen und/oder an der transparenten Abdeckung und/oder an der Grundplatte zumindest eine Membran 29 angeordnet und damit verbunden ist, mit der zumindest ein Durchbruch durch den Rahmen 25 und/oder der transparenten Abdeckung 26 und oder der Grundplatte 28 verschlossen wird. Vorzugsweise sind mehrere Durchbrüche ausgebildet, die von jeweils einer Memb- ran 29 verschlossen werden, wobei eine Membran 29 auch mehrere Durchbrüche verschließen kann. Über die Membran(en) 29 können ein Gasaustausch (Luftaustausch) und eine Abfuhr von Wasserdampf aus dem Innenraum des abgeschlossenen Systems erfolgen.
Die Lichtsammelelemente 3 oder die Lichtsammelelementmodule 4 und/oder die Halteele- mente 14 oder die Halteelementmodule 18 können zumindest teilweise, vorzugsweise zur
Gänze, aus einem polymeren, synthetischen Kunststoff hergestellt sein. Als Kunststoff kann beispielsweise PMMA oder PC bzw. generell ein hochtransparenter Kunststoff verwendet werden. Die Lichtleiter 4 können aus Glas oder aus einem polymeren, synthetischen Kunststoff bestehen, beispielsweise aus PMMA.
Vorzugsweise bestehen die Leitleiter 4 und das oder die Halteelementmodul(e) 18 aus dem gleichen Werkstoff.
Die Herstellung der Halteelemente 14 bzw. der Halteelementmodule 18 und/oder der Lichtsammelelemente 3 bzw. der Lichtsammelelementmodule 17 erfolgt bevorzugt durch nach einem Spritzprägeverfahren. Da das Spritzprägen an sich bekannt ist, sei dazu auf die einschlägige Literatur verwiesen.
Die Herstellung der Halteelemente 14 bzw. der Halteelementmodule 18 und/oder der Lichtsammelelemente 3 bzw. der Lichtsammelelementmodule 17 kann auch durch Spritzgießen oder mit spanabhebenden Verfahren, z.B. Fräsen, erfolgen Es ist mit diesem Verfahren möglich die Halteelemente 14 bzw. die Halteelementmodule 18 und/oder die Lichtsammelelemente 3 bzw. die Lichtsammelelementmodule 17 mit äußerst geringen Toleranzen (insbesondere maximal + 0,05 mm) herzustellen. Das Solarlinsenpaneel 2 wird insbesondere für ein Beleuchtungs System verwendet, beispielsweise um damit Sonnenlicht in das Innere eines Gebäudes zu leiten.
Vorzugsweise wird das Beleuchtungssystem in einer Biomassezuchtanlage 30 eingesetzt, wie schematisch in Fig. 8 dargestellt ist. Die Biomassezuchtanlage 30 umfasst zumindest ein
Lichtzufuhrelement 31, das Teil des Beleuchtungssystems ist und durch das Solarlinsenpaneel 2 gebildet wird.
Weiter umfasst die Biomassezuchtanlage 30 zumindest einen Tank 32, in dem die Biomasse, z.B. Algen, gezüchtet wird.
Um eine Verteilung des Lichts in den oder die Tanks 32 zu erreichen, kann zwischen dem zumindest einem Solarlinsenpaneel 2 und dem zumindest einen Tank noch ein Lichtverteilungselement 33 angeordnet sein.
Da derartige Biomassezuchtanlagen 30 prinzipiell aus dem Stand der Technik bekannt sind, sei zu weiteren Einzelheiten dazu auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen.
Das Solarlinsenpaneel 2 kann mit einer Antriebseinrichtung verbunden sein, um eine Nach- führung an die wandernde Sonne zu ermöglichen.
Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten des Solarlinsenpaneels 2, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind.
Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus des Solarlinsenpaneels 2 dieser bzw. dessen Bestandteile teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden. Bezugszeichenaufstellung Baugruppe Lichtzufuhrelement Solarlinsenpaneel Tank
Lichtsammelelement Lichtverteilungselement Lichtleiter
Lichteintrittsfläche
Achse
Halterung
Abstand
Hauptebene
Brennpunkt
Licht
Durchmesser
Lichtkegel
Halteelement
Endfläche
Abstand
Lichtsammelelementmodul
Halteelementmodul
Solarlinsenpaneelmodul
Abstandhaltet
Zapfen
Zapfen
Bohrung
Bohrung
Rahmen
Abdeckung
Stützsteg
Grundplatte
Membran
Biomassezuchtanlage

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Solarlinsenpaneel (2) mit einer Anzahl von, insbesondere in einer Ebene, nebeneinander angeordneten Lichtsammelelementen (3), einer der Anzahl an Lichtsammelelemen- ten (3) entsprechenden Anzahl an Lichtleitern (4), wobei jedem Lichts ammelelement (3) ein Lichtleiter (4) mit einer Lichteintrittsfläche (5) zugeordnet ist, und jeder Lichtleiter (4) jeweils in einem Haltelement (14) in einem Abstand (8) zu den Lichtsammelelementen (3) gehalten ist, wobei der Abstand (8) zwischen den Lichtsammelelementen (3) und den Lichteintrittsflä- chen (5) der Lichtleiter (4) zumindest annähernd der Brennweite der Lichts ammelelemente (3) entspricht und der Bereich zwischen den Lichteintrittsflächen (5) der Lichtleiter (4) und den Lichtsammelelementen (3) bevorzugt frei ist von lichtumlenkenden optischen Elementen und bevorzugt zwischen den Lichtsammelelementen (3) und den Lichtleitern (4) keine direkte mechanische Verbindung besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichteintrittsflächen (5) der Lichtleiter (4) innerhalb der Halteelemente (14) angeordnet sind.
2. Solarlinsenpaneel (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Lichts ammelelemente (3) ein, insbesondere einstückiges, Lichts ammelelementmodul (17) bilden.
3. Solarlinsenpaneel (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Lichts ammelelemente (3) durch Fresnel-Linsen gebildet sind.
4. Solarlinsenpaneel (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Halteelemente (14) in einem, insbesondere einstückigen, Halteelementmodul (18) angeordnet sind.
5. Solarlinsenpaneel (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem/den Lichtsammelelementmodul(en) (17) und dem/den Halteelementmodul(en) (18) Abstandhalter (20) angeordnet sind, insbesondere das oder die Lichtsammelelementmodul(e) (17) über die Abstandhalter (20) mit dem oder den Halteelementmodul(en) (18) verbunden sind.
6. Solarlinsenpaneel (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichts ammelelemente (3) und die Halteelemente (14) in einem gemeinsamen Rahmen (25) angeordnet sind.
7. Solarlinsenpaneel (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichts ammelelemente (3) von einer transparenten Abdeckung (26) abgedeckt sind.
8. Solarlinsenpaneel (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichts ammelelemente (3) und die Halteelemente (14) in einem abgeschlossenen Sys- tem angeordnet sind.
9. Solarlinsenpaneel (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das abgeschlossene System den Rahmen (25), die transparente Abdeckung (26) und eine Grundplatte (28) umfasst, wobei am Rahmen (25) und/oder an der transparenten Abdeckung (26) und/oder an der Grundplatte (28) zumindest eine Membran (29) angeordnet ist.
10. Solarlinsenpaneel (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (28) durch das oder die Halteelementmodul(e) (18) gebildet ist.
11. Beleuchtungssystem umfassend zumindest eine Lichtzufuhrelement, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Lichtzufuhrelement durch einen Solarlinsenpaneel (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 gebildet ist.
12. Biomassezuchtanlage (30) umfassend zumindest einen Tank (32) zur Aufnahme der Biomasse und zumindest ein Beleuchtungssystem, das mit dem Tank (32) wirkungsver- bunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Beleuchtungssystem entsprechend Anspruch 11 gebildet ist.
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