NL1031544C2

NL1031544C2 - Inrichting voor het omzetten van zonne-energie.

Info

Publication number: NL1031544C2
Application number: NL1031544A
Authority: NL
Inventors: Roy Bijl; Peter Penning
Original assignee: Suncycle B V
Priority date: 2006-04-07
Filing date: 2006-04-07
Publication date: 2007-10-09
Also published as: PL2005074T3; MY157275A; IL194536A; CA2658047A1; ES2390178T3; RU2434184C2; AU2007235726B2; AU2007235726A1; TNSN08390A1; BRPI0710673B1; WO2007117136A1; DK2005074T3; US8944047B2; SI2005074T1; EP2005074A1; CN101466984A; MX2008012901A; KR20090031664A; CA2658047C; RU2008144138A

Description

Korte aanduiding: Inrichting voor het omzetten van zonne-energie.

BESCHRIJVING

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het omzetten 5 van zonne-energie omvattende een zonlichtinvangeenheid, omvattende tenminste één lens voorzien van een intreevlak voor het invallende zonlicht en een uittreevlak voor het onder lichtbreking uitstralen van het zonlicht naar een zonlichtconcentreereenheid, omvattende een reflector-oppervlak voor het naar tenminste één doelgebied van de zonlichtconcentreereenheid reflecteren van het 10 vanaf het uittreevlak van de lens op het reflectoroppervlak invallende zonlicht.

Een dergelijke inrichting wordt bijvoorbeeld geopenbaard in het Amerikaanse octrooischrift nr. 4,230,094. Hierin wordt een zonlichtinvangeenheid geopenbaard, gecombineerd met een zonlichtconcentreereenheid voorzien van een reflectoroppervlak. Het op de lens van de zonlichtinvangeenheid invallende zonlicht 15 wordt onder verschillende hoeken gebroken en door het reflectoroppervlak gereflecteerd naar een doelgebied, alwaar het zonlicht wordt ingevangen en wordt omgezet in een andere energievorm.

Bij de uitvoeringsvorm, zoals getoond in het Amerikaanse octrooischrift nr. 4,230,094 is het doelgebied uitgevoerd als een langgerekte holle 20 buis, waardoor water wordt geleid. Het water dient door het reflectoroppervlak geconcentreerde en op het doelgebied invallende zonlicht te worden verwarmd. Zodoende wordt de zonne-energie omgezet in een warmte-energie en meer in het bijzonder in een temperatuurverhoging van het door de buis stromende water.

De constructie zoals geopenbaard in het Amerikaans octrooischrift 25 nr. 4,230,094 wordt enerzijds gekenmerkt door aanzienlijke constructieve afmetingen, die de constructie enerzijds duur en omslachtig maken maar bovendien ook qua inzet minder functioneel zijn. Daarnaast wordt deze bekende zonne-energie-omzetinrichting gekenmerkt door een algemeen wisselend rendement, omdat de omzetting van zonne-energie in een andere energievorm voor een groot 30 deel afhankelijk is van de stand van de zon.

De uitvinding beoogt nu juist een inrichting volgens bovengenoemde aanhef te realiseren, waarbij een efficiënte omzetting van zonne-energie 1031544¾ 2 kan plaatsvinden bij verschillende zonnestanden en die bovendien een inrichting verschaft met compacte, constructieve afmetingen.

Overeenkomstig de uitvinding wordt de inrichting hiertoe gekenmerkt doordat de inrichting is voorzien van positioneringsmiddelen voor het 5 ten opzichte van elkaar oriënteren van de zonlichtinvangeenheid en de zonlichtconcentreereenheid door middel van rotatie om tenminste één as loodrecht op een door de lens gevormd vlak. Doordat zowel de zonlichtinvangeenheid als de zonlichtconcentreereenheid ten opzichte van elkaar kunnen worden georiënteerd ten opzichte van de stand van de zon, wordt een continu concentreren van, door het 10 reflectoroppervlak gereflecteerd, zonlicht in één punt op het reflectoroppervlak bewerkstelligt.

Ten opzichte van onbeweeglijk opgestelde inrichtingen zoals uit US-A-4,230,940 wordt met de inrichting overeenkomstig de uitvinding een effectievere concentratie en omzetting van zonlicht in een andere energievorm bewerkstelligt. 15 Ten opzichte van bewegende inrichtingen zoals in EP-A-1174658 neemt de inrichting een onveranderlijke vorm in en is minder complex, hetgeen een kosten- en constructiebesparing oplevert. De inrichting is zodoende meer algemeen toepasbaar, bijvoorbeeld in bebouwing.

Bij een eerste uitvoeringsvorm zijn de rotatië-assen van de de 20 zonlichtinvangeenheid en de zonlichtconcentreereenheid twee verschillende assen, terwijl bij een andere, meer eenvoudig te regelen en meer compacte inrichting de rotatie-assen van de de zonlichtinvangeenheid en de zonlichtconcentreereenheid met elkaar samenvallen.

Bij een specifieke uitvoeringsvorm wordt deze gekenmerkt doordat 25 de zonlichtinvangeenheid en de zonlichtconcentreereenheid in afzonderlijke vlakken door de positioneringsmiddelen ten opzichte van elkaar oriënteerbaar zijn.

Door de onafhankelijke positionering van de zonlichtinvangeenheid alsook de zonlichtconcentreereenheid in afzonderlijke vlakken óf, anders gezegd, in twee parallel aan elkaar op enige afstand van elkaar gelegen vlakken, wordt een 30 optimale concentratie van het door de lens gebroken en op het reflectoroppervlak invallende zonlicht geconcentreerd in één specifiek doelgebied, ongeacht de stand van de zon aan de hemel gedurende de dag dat de inrichting bedreven wordt.

3

Hierdoor wordt een aanzienlijke verbetering van het rendement gerealiseerd omdat - afgezien van de gebruikelijke rendementsverliezen van de verschillende componenten - door de onderlinge oriëntatie in twee parallelle vlakken van de lens, respectievelijk het reflectoroppervlak, het zonlicht telkens in eenzelfde 5 punt wordt geconcentreerd. In dat ene punt kan derhalve volstaan worden met één zonne-energie-omzetcomponent hetgeen de constructie van de inrichting aanzienlijk vereenvoudigt, doch ook goedkoper maakt.

Een uiterst functionele uitvoeringsvorm van de inrichting overeenkomstig de uitvinding wordt gekenmerkt doordat de positioneringsmiddelen 10 zijn ingericht voor het ten opzichte van elkaar oriënteren van de zonlichtinvang-eenheid en de zonlichtconcentreereenheid op basis van de actuele positie van de zon aan de hemel, de optische eigenschappen van de inrichting als ook de oriëntatie van de inrichting. Op deze wijze wordt een volledig autonome inrichting gerealiseerd die bovendien op een zeer nauwkeurige wijze de exacte onderlinge oriëntatie c.q. 15 rotatie van de zonlichtinvangeenheid en de zonlichtconcentreer-èenheid regelt.

Meer specifiek wordt deze uitvoeringsvorm verder gekenmerkt doordat de positioneringsmiddelen een rekeneenheid omvatten, ingericht voor het vaststellen van de actuele positie van de zon aan de hemel op basis van de geografische positie en oriëntatie op aarde, als ook de dag en de tijd op de dag. Op 20 deze wijze kan op een nauwkeurige, autonome wijze doorlopend de exacte positie van de zon aan de hemel vastgesteld worden ten behoeve van een optimaal invangen van het zonlicht en geconcentreerd reflecteren van het zonlicht naar het doelgebied.

Bij een functionele uitvoeringsvorm overeenkomstig de uitvinding 25 omvat de inrichting een frame, waarin de zonlichtinvangeenheid en de zonlichtconcentreereenheid roteerbaar zijn opgenomen.

Een betrouwbare en robuuste oriëntatie van de zonlichtinvangeenheid en de zonlichtconcentreereenheid wordt gerealiseerd doordat in het frame een als glijgoot fungerende geleiding is opgenomen, waarover de zonlicht-30 invangeenheid en de zonlichtconcentreereenheid door de positioneringsmiddelen verplaatsbaar zijn. Bij een andere uitvoeringsvorm kunnen in het frame meerdere de zonlichtinvangeenheid en de zonlichtconcentreereenheid ondersteunende rollen zijn 4 opgenomen.

Daarbij kan tenminste één van de rollen door de positionerings-middelen aandrijfbaar zijn, waar bijvoorbeeld de rollen door middel van door de positioneringsmiddelen aanstuurbare motoren aandrijfbaar zijn. Bij een verdere 5 uitvoeringsvorm kunnen de zonlichtinvangeenheid en de zonlichtconcehtreer-eenheid door middel van een door de positioneringsmiddelen aanstuurbare snaaroverbrenging in het frame verplaatsbaar zijn over de geleiding dan wel over de rollen.

Bij specifieke uitvoeringsvoorbeelden van de lens wordt deze 10 gekenmerkt doordat het intreevlak van de lens vlak is uitgevoerd.

Teneinde een goede breking van het op de lens invallende licht in de richting van het reflectoroppervlak van de zonlichtconcentreereenheid re realiseren is hiertoe het lensoppervlak aan zijn van het zonlicht afgekeerde zijde als een getrapte lens uitgevoerd. Meer specifiek is dat het uittreevlak van de lens als 15 een getrapte rechte prismalens is uitgevoerd. In combinatie met het om een as roteren van de lens, wordt hiermee een vaste uittreehoek van het zonlicht uit het als een getrapte, en meer in het bijzonder een getrapte rechte prismalens, uitgevoerde uittreevlak gerealiseerd, ongeacht de stand van de zon aan de hemel, en derhalve ongeacht de invalshoek van het zonlicht op het intreevlak van de lens.

20 Meer specifiek is de prismalenshoek gelegen tussen 15° en 50\ in het bijzonder 36°.

Meer in het bijzonder is bij een uitvoeringsvorm de zonlichtinvangeenheid ingericht voor het onder een vaste uittreehoek naar de zonlichtcencentreereenheid uitstralen van zonlicht, gelegen tussen 15° en 55°, en in 25 het bijzonder onder een uittreehoek van 36°.

Teneinde een optimaal invangen van het zonlicht ook in de gematigde gebieden te realiseren is de inrichting onder een hoek ten opzichte van de horizontaal opstelbaar, in het bijzonder 45° voor Nederland.

Hoewel een vaste hoekinstelling van de inrichting ten opzichte van 30 de horizontaal te prefereren is, is een meer veelzijdige inrichting gekenmerkt doordat de hoek instelbaar is afhankelijk van de breedtegraad waar de inrichting is opgesteld. Deze hoek bedraagt voor Nederland 45°, maar voor de evenaar 0°.

5

Bi] een functionele uitvoeringsvorm bezit het reflectoroppervlak ten minste één holle kromming. Zodoende wordt een optimale reflectie van het uit het uittreevlak van de lens tredende zonlicht naar een concentratiepunt gerealiseerd. Dit leidt tot een aanzienlijke efficiëntieverbetering van de inrichting, doordat zo een 5 grotere hoeveelheid invallend zonlicht op een effectieve wijze kan worden geconcentreerd naar de in het doelgebied opstelbare zonne-energie-omzet-component.

Echter, het gebruik van een holle kromming kan resulteren in een gedeeltelijk verlies van uit de lens tredend zonlicht tussen de lens en de spiegel ter 10 plaatse van het doelgebied bepaald door de kromming. Om ook dit gedeelte van het door de lens gebroken zonlicht doelmatig door het reflectoroppervlak te reflecteren en te concentreren, is bij een verdere meer functionele uitvoeringsvorm het reflectoroppervlak zodanig uitgevoerd, dat de eerste holle kromming van het reflectoroppervlak nabij het bijbehorende doelgebied overgaat in een tweede van de 15 eerste verschillende holle kromming, dat eveneens een doelgebied voor zonlicht vormt. Zodoende wordt, over het volledige reflectoroppervlak van de zonlichtconcentreereenheid, het uit de lens uittredende licht effectief gereflecteerd en geconcentreerd in de beide doelgebieden.

Door de functionele kenmerken van de inrichting overeenkomstig de 20 uitvinding, waarbij op een effectieve wijze zoveel mogelijk zonlicht dat uit de lens treedt door het reflectoroppervlak wordt gereflecteerd en geconcentreerd in de doelgebieden, kan worden volstaan met slechts twee zonlichtcohcentratorcellen, die in elk doelgebied zijn opgenomen, danwel één cel, waarbij ook het in het tweede doelgebied vallende zonlicht naar deze cel wordt gereflecteerd (tezamen met het 25 zonlicht, dat in het eerste doelgebied valt).

Meer specifiek is de zonlichtconcentratorcel aan de rand van de reflector geplaatst, die zodoende met de reflector meebeweegt als gevolg van de oriëntatie door de positioneringsmiddelen.

De uitvinding zal nu aan de hand van een tekening nader worden 30 toegelicht, welke tekening achtereenvolgens toont in:

Figuur 1a en 1b twee uitvoeringsvormen van een inrichting overeenkomstig de uitvinding; 6

Figuur 2 een ander aanzicht van een inrichting overeenkomstig de uitvinding;

Figuur 3 een tabel inzake de rotatie-aansturing van de inrichtingen overeenkomstig de uitvinding; 5 Figuur 4 een deelaanzicht van een inrichting overeenkomstig de uitvinding;

Figuur 5a en 5b twee bedrijfssituaties van een inrichting overeenkomstig de uitvinding;

Figuur 6 een deelaanzicht van een inrichting overeenkomstig de 10 uitvinding.

Voor een beter begrip van de uitvinding worden in de navolgende figuurbeschrijving de in de figuren getoonde overeenkomende onderdelen met identieke referentie-cijfers aangeduid.

In de figuren 1a en 1b worden twee uitvoeringsvoorbeelden getoond 15 van een inrichting voor het omzetten van zonne-energie overeenkomstig de uitvinding. De inrichting 10 is opgebouwd uit een zonlichtinvanginrichting 11, hier schematisch weergegeven als een lens met een intreevlak 11a en een uittreevlak 11b. De lens a dient voor het invangen van zonlicht 1 dat door de zon Z wordt uitgestraald. Het zonlicht 1 zal zoals verderop besproken door de lens onder 20 Invloed van de brekingswetten van Snellius worden gebroken en onder een andere hoek dan de hoek waarmee het zonlicht 1 op het intreevlak 11a invalt worden gebroken in de richting van een zonlichtconcentreereenheid 12.

De zonlichtconcentreereenheid 12 omvat een reflector 12 voorzien van een reflectievlak 12a, bijvoorbeeld vervaardigd van een aluminium- of 25 ch roomcoating.

De lens 11 bezit een lensvlak, terwijl de omtreksrand van de reflector 12 eveneens een vlak vormt, waarbij de lens 11 en de reflector 12 dusdanig ten opzichte van elkaar zijn opgesteld dat de beide door de lens 11 respectievelijk de reflector 12 gevormde vlakken op enige afstand doch parallel aan elkaar zijn 30 gelegen. De as 11' van de lens 11 doorsnijdt op loodrechte wijze de beide denkbeeldige vlakken. Deze in de figuren 1a en 1b getoond opstelling is essentieel voor het begrip en bovenal voor het functioneren van de inrichting overeenkomstig 7 de uitvinding.

Zoals verderop zal worden toegelicht, zal de invalshoek van het op het intreevlak 11a invallende zonlicht 1 afhankelijk zijn van de stand van de zon Z aan de hemel. Dit wordt schematisch weergegeven in de figuren 1a en 1b waarbij de 5 zon, zoals aangeduid met het referentiecijfer Z, een stand aan de hemel inneemt gelijk aan 9.00 uur (in de ochtend), terwijl de zon aangeduid met het referentiecijfer Z’ een stand aan de hemel inneemt overeenkomend met het tijdstip van 13.00 uur (in de middag). Door de verschillende invalshoeken op het intreevlak 11a van het zonlicht 1 resp. 1' (afhankelijk van de zonnestand aan de hemel) zal het door de 10 lens 11 gebroken licht onder andere uittreehoeken uit het uittreevlak 11b treden in de richting van het reflectoroppervlak 12a van de reflector 12.

Teneinde dit gebroken zonlicht 1a respectievelijk 1a’ op een efficiënte wijze te concentreren en in te vangen in een doelgebied 13 bezit het reflectoroppervlak 12a van de reflector 12 een parabolische kromming. Door 15 bovendien overeenkomstig de uitvinding zowel de lens 11 als de reflector 12 met behulp van (niet weergegeven) positioneringsmiddelen door rotatie om de as 11’ ten opzichte van elkaar te oriënteren, wordt het uit de lens 11 tredende gebroken zonlicht 1a respectievelijk 1a’ door het reflectoroppervlak 12a gereflecteerd naar een doelgebied 13, dat zich aan de omtreksrand 12' van de reflector 12 bevindt (zie 20 Figuur 1b).

Hoewel in de figuur 1a en 1b het doelgebied 13 schematisch is weergegeven, dient in het doelgebied 13 een zonlichtconcentratorcel opgenomen te worden, bijvoorbeeld een fotovoltaïsche cel. Zodoende kan al het op deze cel invallende zonlicht, behoudens de aanwezige rendementsverliezen, op een 25 effectieve wijze worden omgezet in een andere energievorm, bijvoorbeeld elektrische energie. Deze energievorm kan op een voor de uitvinding niet van belang zijnde wijze vanuit het doelgebied 13 worden weggeleid voor verdere benutting.

Zoals de figuur 1a toont, worden zowel de lens als de reflector 12 30 roteerbaar om de as 11' van de lens 11 aangedreven en wel op een zodanige wijze dat de lens 11 een rotatie beweging uit kan voeren die onafhankelijk is van de rotatiebeweging van de reflector 12.

8

In de figuur 1b wordt een andere uitvoeringsvorm van de inrichting getoond, waarbij zowel de lens 11 als de reflector 12 in dezelfde richting op de as 11' worden geroteerd. Hiertoe zijn zowel de lens 11 ais de reflector 12 in een frame 10' (zie figuur 2) opgenomen en worden daarbij ondersteund door meerdere rollen 5 of wielen of lagers 15a respectievelijk 15b, waarvan voor het begrip van de uitvinding in figuur 1b slechts één rol 15a respectievelijk 15b is getoond. De rollen 15a-15b zijn aandrijfbaar door middel van geschikte motoren, bijvoorbeeld stappenmotoren 16a-16b die op een geschikte wijze worden aangedreven door de posïtioneringsmiddelen 14.

10 Anderzijds kunnen de lens 11 en de reflector 12 door middel van een snaaraandrijving of door plaatsing op een glijgoot op geschikte wijze in de inrichting worden geroteerd.

De posïtioneringsmiddelen 14 zijn dusdanig ingericht dat zij onafhankelijk van elkaar de motoren 16a-16b kunnen aansturen en dat derhalve 15 zowel de lens als de reflector 12 met verschillende rotatiesnelheden ten opzichte van elkaar kunnen worden georiënteerd om de as 11'.

De rotatie van de lens 11 en de reflector 12 wordt bepaald aan de hand van de actuele positie van de zon Z (respectievelijk Z’) aan de hemel, de optische eigenschappen van de lens 11 alsook de algehele oriëntatie van de 20 inrichting 10 ten opzichte van de horizontaal. Voor het vaststellen van de actuele positie van de zon Z (danwel Z') bezitten de posïtioneringsmiddelen 14 een rekeneenheid 14a die de actuele positie van de zon Z aan de hemel bepaalt op basis van de geografische positie en oriëntatie van de inrichting 10 op aarde, alsook de dag en de tijd op die dag.

25 De rekeneenheid 14a is hiervoor voorzien van geschikte opslagmiddelen en gegevensverwerkingsmiddelen, zoals een rekenprocessor, alsmede van een computerprogramma die op basis van de hierboven genoemde criteria de actuele stand van de zon aan de hemel vaststelt. Op basis hiervan worden via de posïtioneringsmiddelen de stappenmotoren 16a-16b aangestuurd 30 voor het ten opzichte van elkaar en de zon Z (Z') oriënteren van de lens 11 en de reflector 12.

Hoewel in de figuren 1a en 1b de lens 11 en de reflector 12 9 dusdanig zijn weergegeven dat de door beide onderdelen gevormde denkbeeldige vlakken parallel aan de horizontaal liggen, zal het duidelijk zijn dat voor het verkrijgen van een aanzienlijke rendementsverbetering de inrichting 10 onder een hoek α ten opzichte van de horizontaal 100 opstelbaar dient te zijn. Daarbij kan 5 bovendien de hoek α door middel van geschikte middelen variabel instelbaar zijn. Zodoende kan ook in gematigde gebieden, met name in de winter, waar de zonlichtintensiteit gering is, door een geschikte hoekoriëntatie de inrichting 10 naar de zon worden gericht. Zie figuur 2.

Ook zo kan de in die periode van het jaar geringe hoeveelheid 10 zonlicht op een efficiënte manier worden ingevangen en na breking en reflectie door de lens 11 respectievelijk de reflector 12 worden geconcentreerd in hét doelgebied 13, waarbij met behulp van een geschikte collectorcel de geconcentreerde zonne-energie kan worden omgezet in een andere energievorm. De rotatiehoek waarmee de lens 11 en de reflector 12 om de as 11' dient te worden verdraaid, is sterk 15 afhankelijk van de geografische positie op aarde, de hoekinstelling of oriëntatie van de inrichting ten opzichte van een horizontaal, maar bovenal van de stand van de zon en de fysische eigenschappen van de lens.

Met de inrichting overeenkomstig de uitvinding kan nu juist een sterk verhoogd rendement worden gerealiseerd, doordat de lens 11 voorzien is van 20 een vlak intreevlak 11a en waarbij het uittreevlak 11b van de lens 11 als een getrapte prismalens is uitgevoerd. Dit wordt getoond in de figuur 4, waarbij het uittreevlak 11b is voorzien van parallel aan elkaar verlopende rechte groeven 110', zodat een uittreevlak 11b wordt gerealiseerd met een zaagtandvorm. Meer specifiek is het uittreevlak 11b uitgevoerd als een getrapte rechte prismalens, zoals dat in de 25 figuren 4, 5a en 5b wordt getoond.

De rendementsverbetering van de inrichting overeenkomstig de uitvinding wordt met name bewerkstelligd doordat de lens 11 door de positioneringsmiddelen 14 om zijn as 11' wordt geroteerd. Zodoende treedt ongeacht de stand van de zon Z (Z’) aan de hemel het uittredende licht 1a telkens 30 onder dezelfde hoek uit het uittreevlak 11 b.

In figuur 4 wordt de situatie getoond bij een stationaire lens 11 . Met het referentiecijfer Z wordt de stand van de zon aan de hemel weergegeven bij een 10 tijdstip van 9.00 uur (in de ochtend). Het invallend zonlicht 1 zal na breking bij het intreevlak 11a na een tweede breking bij het uittreevlak 11b in de vorm van gebroken zonlicht 1a uit de lens 1 treden. Indien de zon om 12.00 uur ‘s middags loodrecht aan de hemel staat (weergegeven met het referentiecijfer Z’) zal het 5 loodrecht op het intreevlak 11a invallende zonlicht 1' onder een andere hoek uit het uittreevlak 11b treden (weergegeven als zonnestraal 1a’) dan het zonlicht 1a bij het tijdstip van 9.00 uur ‘s ochtends.

Bij een stationaire lens 11 zal derhalve afhankelijk van de stand van de zon aan de hemel het invallende zonlicht onder verschillende hoeken worden 10 gebroken en zodoende ook willekeurig door het onder de lens 11 opgestelde reflectoroppervlak 12b worden gereflecteerd. Een adequate of efficiënte concentratie van zonlicht 1a-1a’ in één doelgebied 13 zal met een stationair opgestelde lens 11 niet mogelijk zijn. Door de lens om zijn as 11' te roteren, kan door telkens andere oriëntatie van het getrapte prismalensoppervlak 11b constante 15 uitvalshoek voor het uittredende licht 1a-1a’ worden gerealiseerd zoals getoond in figuur 5b.

Proefondervindelijk is gebleken dat voor invallend zonlicht tussen een hoek van 20° en 90° op het vlakke intreevlak 11a van de lens 11, een uittreden van het zonlicht 1a-1a’ onder een vaste uitvalshoek kan worden gerealiseerd. Indien 20 de gehele inrichting 10 onder een hoek α van 45° op het zuiden wordt gericht, kan bijvoorbeeld in Nederland van 7.30-8.00 uur tot 16.00-16.30 uur op een effectieve wijze zonlicht worden ingevangen en na breking en reflectie worden geconcentreerd in het doelgebied 13.

Teneinde een vaste uitvalshoek van het uittredende zonlicht 1a-1a’ 25 te bewerkstelligen, dient de rotatie van de lens 11 door de rekeneenheid 14a te worden berekend. Zoals hierboven reeds is vermeld, spelen naast de actuele stand van de zon aan de hemel ook de optische eigenschappen van de lens 11 en de oriëntatie van de inrichting 10 ten opzichte van de horizontaal een rol.

De lens 11 kan van glas, perspex (PMMA), polycarbonaat of een 30 ander, goed doorzichting en duurzaam materiaal worden vervaardigd. Perspex en polycarbonaat zijn kunststoffen die eenvoudig in een mal kunnen worden verwerkt. De voorkeursuitvoering van de lens 11 bezit een vlak intree-oppervlak 11a en een 11 vertanding, bij voorkeur een rechte vertanding (zaagtand) die het uittreevlak 11b tot een getrapte rechte prismalens vormt.

Het rendement van de lens 11 wordt met name nadelig beïnvloed door de reflectie aan het vlakke intreevlak 11a, de transmissieverliezen van het 5 zonlicht door de iens 11 naar het uittreevlak 11b eventuele reflectie van zonlicht aan het uittreevlak 11b en het verlies van zonlicht als gevolg van de vertande profilering van het als getrapte prismalens gevormde uittreevlak 11b.

Proefondervindelijk is gebleken dat voor de gematigde gebieden, zoals Nederland, een lens 11 met een prismalenshoek 36° de beste efficiëntie 10 vertoont voor wat betreft het naar de reflector 12 leiden van zonlicht 1, indien deze voorzien is van een prismalenshoek van 36° en een vaste uittreehoek van 36° in de richting van het lensoppervlak 12b, waarbij de gehele inrichting 10 onder een hoek van 45 ° naar het zuiden is georiënteerd.

Bij deze lensconfiguratie worden de rotatiehoeken van de lens 11 15 (en de reflector 12) bij de verschillende zonnestanden aan de hemel·op 21 juni (in Nederland) weergegeven in de grafiek van figuur 3. In deze grafiek zijn langs de horizontale as de uren van de dag (hier 21 juni) weergegeven, waarbij langs de verticale as de specifieke rotatiehoeken van de lens 11 resp. de reflector 12 voor elk tijdstip zijn weergegeven. Deze rotatiehoeken worden bepaald aan de hand van het 20 rekenmodel (of rekenprogramma), dat door de rekeneenheid 14a wordt uitgevoerd aan de hand van de verschillende hemelstanden die de zon Z op 21 juni over de dag inneemt.

Gebleken is dat bij een 45 "-oriëntatie naar het zuiden (in Nederland) en bij zonlichtinvalshoeken tussen 20° en 90° een lens met een 25 maximaal gemiddeld rendement (over de gehele dag) bij een getrapt prismalensoppervlak 11b met een lenshoek van 36° en een bij deze verschillende hemelstanden van de zon optredende vaste uittreehoek, gelegen tussen 15° en 55° en in het bijzonder van 36°. Het aldus gerealiseerde rendement van deze lens bedraagt 77%.

30 Ten behoeve van een effectieve concentratie van zonlicht 1a-1a’ op het reflectoroppervlak 12b en het geconcentreerd reflecteren van het zonlicht naar het doelgebied 13 bezit het reflectoroppervlak 12b van de reflector 12 ten minste 12 één holle kromming, bijvoorbeeld een parabolische of hyperbolische kromming. Zodoende vindt reflectie plaats naar het brandpunt van de holle kromming. Ook hier kan de reflector 12 zijn vervaardig van een kunststof gelijk als dat van de lens 11, waarbij de reflector 12 is gecoat met een spiegelende laag, zoals een aluminium- of 5 chroomcoating.

Echter, de reflector 12 kan ook van metaal zijn vervaardigd, waarbij het reflectoroppervlak 12a dient te worden gepolijst. Ook hier dient bij de reflectie van het uitstralende zonlicht 1a-1a’ op het reflectoroppervlak rekening gehouden te worden met een rendementsverlies. Echter, er zijn coatings en andere reflecterende 10 materialen beschikbaar die ruim 95% van het invallende zonlicht reflecteren.

Indien de reflector 12 dusdanig is geconstrueerd dat het reflectoroppervlak 12a door slechts één holle kromming is gevormd, zal een gedeelte van het op de lens 11 invallende licht na reflectie door het reflectie-oppervlak 12a verloren gaan. Met name het gebied ter plaatse van het doelgebied 15 13 (de collectorcel 13) zal onvoldoende zonlicht reflecteren in de richting van het doelgebied. Om ook het in dit gebied van de reflector 12 nabij het doelgebied 13 invallende licht effectief te reflecteren, gaat de eerste holle kromming zoals in figuur 6 aangeduid met de referentie-aanduiding A over in een tweede holle kromming, aangeduid met de referentie-aanduiding B, welke tweede holle kromming qua vorm 20 duidelijk verschilt van de eerste holle kromming.

Door het reflectoroppervlak 12a te vormen als twee in elkaar overlopende holle krommingen, wordt een verdere rendementsverbetering van het gehele systeem gerealiseerd, omdat ook het nabij doelgebied 13 invallende zonlicht 1" na breking en reflectie (als zonlicht 1a") alsnog kan worden opgevangen door de 25 in het doelgebied 13 of door een in een ander doelgebied opgestelde zonlichtcollectorcel (fotovoltaïsche cel).

Op deze wijze wordt een zeer functionele inrichting voor het omzetten van zonlicht gerealiseerd, waarbij door onderlinge rotatie van de lens 11 en de specifiek gevormde reflector 12 om de as 11' van de lens 11 een optimaal 30 projecteren van zonlicht op het reflectoroppervlak 12b wordt gerealiseerd, welk zonlicht door de reflector wordt geconcentreerd en naar een doelgebied wordt geleid.

1031544^

Claims

1. Inrichting voor het omzetten van zonne-energie omvattende een zonlichtinvangeenheid, omvattende tenminste één lens 5 voorzien van een intreevlak voor het invallende zonlicht en een uittreevlak voor het onder lichtbreking uitstralen van het zonlicht naar; een zonlichtconcentreereenheid, omvattende een reflector-oppervlak voor het naar tenminste één doelgebied van de zonlichtconcentreereenheid reflecteren van het vanaf het uittreevlak van de lens op het 10 reflectoroppervlak invallende zonlicht, met het kenmerk, dat de Inrichting is voorzien van positioneringsmiddelen voor het ten opzichte van elkaar oriënteren van de zonlichtinvangeenheid en de zonlichtconcentreereenheid door middel van rotatie om tenminste één as loodrecht op een door de lens gevormd vlak.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de rotatie-15 assen van de de zonlichtinvangeenheid en de zonlichtconcentreereenheid twee verschillende assen zijn.

3. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de rotatie-assen van de de zonlichtinvangeenheid en de zonlichtconcentreereenheid met elkaar samenvallen.

4. Inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de zonlichtinvangeenheid en de zonlichtconcentreereenheid in afzonderlijke vlakken door de positioneringsmiddelen ten opzichte van elkaar oriënteerbaar zijn.

5. Inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies, met 25 het kenmerk, dat de positioneringsmiddelen zijn ingericht voor het ten opzichte van elkaar oriënteren van de zonlichtinvangeenheid en de zonlichtconcentreereenheid op basis van de actuele positie van de zon aan de hemel, de optische eigenschappen van de inrichting als ook de oriëntatie van de inrichting.

6. Inrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de 30 positioneringsmiddelen een rekeneenheid omvatten, ingericht voor het vaststellen van de actuele positie van de zon aan de hemel op basis van de geografische positie en oriëntatie op aarde, als ook de dag en de tijd op de dag. 1Ό31544-

7. Inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de inrichting een frame omvat, waarin de zonlichtinvangeenheid en de zonlichtconcentreereenheid roteerbaar zijn opgenomen.

8. Inrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat in het frame 5 een als glijgoot fungerende geleiding is opgenomen, waarover de zonlichtinvangeenheid en de zonlichtconcentreereenheid door de positioneringsmiddelen verplaatsbaar zijn.

9. Inrichting volgens conclusie 7 of 8, met het kenmerk, dat in het frame meerdere de zonlichtinvangeenheid en de zonlichtconcentreereenheid 10 ondersteunende rollen zijn opgenomen.

10. Inrichting volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat tenminste één van de rollen door de positioneringsmiddelen aandrijfbaar is.

11. Inrichting volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de rollen door middel van door de positioneringsmiddelen aanstuurbare motoren aandrijfbaar 15 zijn.

12. Inrichting volgens één of meer van de conclusie 7-11, met het kenmerk, dat de zonlichtinvangeenheid en de zonlichtconcentreereenheid door middel van een door de positioneringsmiddelen aanstuurbare snaaroverbrenging in het frame verplaatsbaar zijn.

13. Inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het intreevlak van het lens vlak is uitgevoerd.

14. Inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het uittreevlak van de lens als een getrapte lens is uitgevoerd.

15. Inrichting volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat het 25 uittreevlak van de lens als een getrapte prismalens is uitgevoerd.

16. Inrichting volgens conclusie 14 of 15, met het kenmerk, dat de prisma-lenshoek gelegen is tussen 15° en 50° en in het bijzonder 36°.

17. Inrichting volgens conclusie 14, 15 of 16, met het kenmerk, dat de zonlichtinvangeenheid is ingericht voor het onder een vaste uittreehoek, 30 onafhankelijk van de stand van de zon, naar de zonlichtcencentreereenheid uitstralen van zonlicht, welke uittreehoek is gelegen tussen 15° en 55° en in het bijzonder 36°.

18. Inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de inrichting onder een hoek ten opzichte van de horizontaal opstelbaar is.

19. Inrichting volgens conclusie 18, met het kenmerk, dat de hoek 5 instelbaar is, afhankelijk van de breedtegraad op aarde waar de inrichting is opgesteld.

20. Inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het reflectoroppervlak tenminste één holle kromming bezit.

21. Inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies, met 10 het kenmerk, dat de eerste holle kromming van het reflectoroppervlak nabij zijn bijbehorende doelgebied overgaat in een tweede van de eerste verschillende holle kromming, dat eveneens een bijbehorend doelgebied vormt.

22. Inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat in elk doelgebied één zonlichtconcentratorcel is opgenomen.

23. Inrichting volgens conclusie 22, met het kenmerk, dat de zonlichtconcentratorcel aan de rand van de reflector is geplaatst. 20 1031544-