DE102024111974A1

DE102024111974A1 - Lichtbündelungseinrichtung zum Konzentrieren von Licht für photoelektrische, photothermische und faseroptische Anwendungen, Einrichtung zum Ausrichten zumindest einer Lichtbündelungseinrichtung

Info

Publication number: DE102024111974A1
Application number: DE102024111974.8A
Authority: DE
Inventors: Wolfram Steurer; Oliver Scheifinger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2024-04-29
Filing date: 2024-04-29
Publication date: 2025-10-30

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lichtbündelungseinrichtung zur Konzentration von Licht für photoelektrische, photothermische und faseroptische Anwendungen umfassend ein oder mehrere zusammengesetzte Parabolkonzentratorenpaare, die jeweils aus einem ersten und einem zweiten Parabolkonzentrator bestehen, wobei die Brennpunkte aller Parabolflächen eines Parabolkonzentratorenpaars außerhalb seiner Mittelachse liegen. Die relative Ausrichtung der Parabolflächen des ersten und des zweiten Parabolkonzentrators und die Lage der Brennpunkte erlauben eine exakte Festlegung der Strahlkonvergenz des die Lichtbündelungseinrichtung verlassenden, konzentrierten Lichts. Weiters betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Ausrichtung zumindest einer Lichtbündelungseinrichtung nach dem Sonnenstand.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtbündelungseinrichtung zum Konzentrieren von Licht für photoelektrische, photothermische und faseroptische Anwendungen gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Einrichtung zum Ausrichten zumindest einer Lichtbündelungseinrichtung gemäß dem Patentanspruch 9.
Technologischer Hintergrund
Die stetig wachsende Nachfrage nach nachhaltigen Energiequellen und der bewusste Umgang mit natürlichen Ressourcen haben in den letzten Jahren zu vermehrtem Interesse an innovativen Technologien geführt, die die Kraft der Sonne effizient nutzen. Obwohl seit Jahrzehnten verschiedene Konzepte zum Einfangen, Konzentrieren und Transportieren von Sonnenlicht im Inneren von Gebäuden versucht wurden, gibt es keine erfolgreichen Produkte auf dem Markt. Die Hauptursache ist, dass alle herkömmlichen Sonnenlichtsysteme hohe Anforderungen an Fertigungs- und Montagetoleranzen stellen und eine wartungsintensive Einrichtung zur Ausrichtung nach dem Sonnenstand benötigen.
Aus dem Stand der Technik ist die US8184372B1 bekannt. Diese offenbart ein Beleuchtungssystem mit einer niedrigen numerischen Apertur. Das System weist einen primären Lichtkonzentrator und einen sekundären Lichtkonzentrator auf, wobei der primäre Lichtkonzentrator ein Parabolspiegel ist und der sekundäre Lichtkonzentrator eine Art Reflektor ist, wobei der Reflektor zentral am Eingang des Parabolspiegels angeordnet ist. Der primäre Lichtkonzentrator bündelt das einfallende Licht, indem er das einfallende Licht, das auf den primären Lichtkonzentrator trifft, auf einen gemeinsamen Brennpunkt lenkt. Am gemeinsamen Brennpunkt befindet sich der sekundäre Lichtkonzentrator, der das konzentrierte, einfallende Licht vom primären Lichtkonzentrator empfängt und in eine Öffnung lenkt, durch welche das konzentrierte Licht den Parabolspiegel verlässt.
Nachteilig an dieser bekannten Lösung ist, dass ein derartiges System aufgrund der großen Masse des Parabolspiegels eine massiv ausgeführte Nachführeinrichtung nach dem Sonnenstand benötigt.
Aus dem Stand der Technik ist die US6037535A bekannt. Diese offenbart eine Lichtbündelungseinrichtung zum Einspeisen von Sonnenlicht in eine Faseroptik. Die Lichtbündelungseinrichtung weist an der Oberfläche einen konkaven Linsenabschnitt mit Fresnelringen auf, an dem das Sonnenlicht in das massive Vollmaterial der Lichtbündelungseinrichtung eintritt.
Nachteilig an dieser bekannten Lösung ist, dass die Fresnelringe eine hohe Fertigungstoleranz haben und eine hohe Präzision der Ausrichtung zur Sonne benötigen.
Aus dem Stand der Technik sind die CN205318012 U und die Veröffentlichung von Zhou et al., Fixed Fiber Light Guide System with Concave Outlet Concentrators, Energies 2022, 15, 982 bekannt. In diesen Arbeiten wird ein feststehendes Lichtleitersystem mit einem Auslasskonzentrator und einem konkaven Linsenabschnitt im Vollmaterial des Auslasskonzentrators als Empfangseinheit offenbart. Der konkave Auslasskonzentrator besteht aus einem massiven, transparenten Vollmaterial und realisiert die Lichtausbreitung nach dem Prinzip der internen Totalreflexion. Im Bereich des konkaven Linsenabschnitts wird eine Faseroptik platziert, in welche das Sonnenlicht eingespeist wird.
Aus dem Stand der Technik ist die CN202835169U bekannt. Diese offenbart eine Lichtbündelungseinrichtung zum Einspeisen von Sonnenlicht in eine Faseroptik. Die Lichtbündelungseinrichtung weist einen konvexen Linsenabschnitt an einem Kopplungsabschnitt zu einer Faseroptik auf und nutzt den Effekt der Totalreflektion an der Grenzfläche Glas-Luft.
Nachteilig an diesen bekannten Lösungen ist, dass der Auslasskonzentrator bzw. die Lichtbündelungseinrichtung aus einem massiven Vollmaterial bestehen und der Linsenabschnitt in das Vollmaterial eingearbeitet ist. Derartige Lichtleitersysteme können aufgrund der erforderlichen Präzision der Linsensysteme nur aufwändig hergestellt, justiert und betrieben werden.
Aus dem Stand der Technik ist die CN101135500A bekannt. Diese offenbart eine Lichtbündelungseinrichtung zum Konzentrieren von Sonnenlicht. Die Lichtbündelungseinrichtung besteht aus zwei oder mehreren zusammengesetzten Parabolkonzentratoren, die zumindest am Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Parabolkonzentrator ein zusätzliches optisch aktives Element aufweist, welches eine Fresnellinse oder eine gekrümmte reflektierende Fläche erster oder zweiter Ordnung sein kann.
Aus dem Stand der Technik ist die CN201215596Y bekannt. Diese offenbart eine Lichtbündelungseinrichtung zum Einspeisen von Sonnenlicht in eine Faseroptik. Die Lichtbündelungseinrichtung besteht aus zwei zusammengesetzten Parabolkonzentratoren, die mittels einer zylindrischen, reflektierenden Fläche verbunden sind.
Nachteilig an diesen bekannten Lösungen ist, dass derartige Systeme in der Herstellung aufwändig sind und es durch die zusätzlichen optischen Elemente zwischen den zusammengesetzten Parabolkonzentratoren zu erhöhter Lichtabsorption kommt. Des Weiteren vergrößern die zusätzlichen optischen Elemente die Baugröße der Lichtbündelungseinrichtung.
Aus dem Stand der Technik ist die EP0810409A1 bekannt. Diese offenbart eine Lichtbündelungseinrichtung zum Konzentrieren von Sonnenlicht. Die Lichtbündelungseinrichtung besteht aus mehreren trogförmigen, zusammengesetzten Parabolkonzentratoren, die mit einem lichtbrechenden Medium gefüllt sind und durch Luftspalte getrennt sind.
Nachteilig an dieser bekannten Lösung sind die vielen Medium-Luft-Übergänge, die zu erhöhten Transmissionsverlusten führen.
Darstellung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin mindestens einen der Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden. Es soll eine verbesserte Lichtbündelungseinrichtung geschaffen werden, welche insbesondere die Lichtkonzentration auf eine Art und Weise bewerkstelligt, sodass die erforderlichen Toleranzen für Herstellung, Montage und insbesondere in dem nach der Sonne ausgerichteten Betrieb reduziert werden können. Daher soll auch eine Einrichtung zum Ausrichten zumindest einer Lichtbündelungseinrichtung nach dem Sonnenstand geschaffen werden, die eine platzsparende, kostengünstige und wartungsarme Ausrichtung nach dem Sonnenstand ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Figuren und in den abhängigen Patentansprüchen dargelegt.
Eine erfindungsgemäße Lichtbündelungseinrichtung zur Konzentration von Licht für photoelektrische, photothermische und faseroptische Anwendungen umfasst ein oder mehrere zusammengesetzte Parabolkonzentratorenpaare, die jeweils aus einem ersten und einem zweiten Parabolkonzentrator bestehen, wobei die Brennpunkte aller Parabolflächen eines Parabolkonzentratorenpaars außerhalb seiner Mittelachse liegen. Die relative Ausrichtung der Parabelachsen des ersten Parabolkonzentrators und des zweiten Parabolkonzentrators zueinander beträgt zwischen 0° und 90°.
Eine derartige Lichtbündelungseinrichtung weist einen hohen Konzentrationsfaktor und eine verbesserte Strahlqualität im Weitertransport des eingefangenen Sonnenlichts auf. Die relative Ausrichtung der Parabolflächen des ersten und des zweiten Parabolkonzentrators zueinander wird durch die Parabelachsen, die Verbindungsgeraden der Scheitelpunkte zu den Brennpunkten, gekennzeichnet. Es hat sich herausgestellt, dass durch die Wahl der Krümmungen der Parabolflächen, die Lage der Brennpunkte der Parabolflächen und die relative Ausrichtung der Parabolflächen eines Parabolkonzentratorenpaars, die Eigenschaften des aus dem Parabolkonzentratorenpaars austretenden Lichtstrahls sehr gut definiert werden können. Die Brennpunkte der Parabolflächen des ersten Parabolkonzentrators und des zweiten Parabolkonzentrators können auf demselben Punkt liegen, können aber auch nicht auf demselben Punkt liegen. Insbesondere ermöglicht der zweite Parabolkonzentrator zumindest abschnittsweise die Aufnahme einer Faseroptik.
Vorzugsweise ist zumindest ein Parabolkonzentratorenpaar mit identen Brennpunkten des ersten Parabolkonzentrators und des zweiten Parabolkonzentrators vorhanden. Damit ist eine Konzentration der parallel eintretenden Lichtstrahlen unter Beibehaltung der Parallelität möglich. Dadurch ist eine effizientere Einspeisung und Weiterleitung insbesondere in eine Faseroptik möglich, da es durch die Parallelität der Lichtstrahlen zu einer Reduktion von Reflexionen und Streuverlusten in der Faseroptik kommt.
Eine derartige Lichtbündelungseinrichtung ermöglicht eine Konzentration des Sonnenlichts weitestgehend ohne Fokussierung, wobei die in die Lichtbündelungseinrichtung parallel eintretenden Lichtstrahlen diese auch wieder als paralleles Strahlenbündel verlassen.
Bevorzugterweise ist zumindest ein Parabolkonzentratorenpaar vorhanden, wobei die relative Ausrichtung der Parabelachsen des ersten Parabolkonzentrators und des zweiten Parabolkonzentrators zueinander identisch ist. Damit verlassen parallel eintretende Lichtstrahlen das zumindest eine Parabolkonzentratorenpaar unter Beibehaltung der Richtung und ermöglichen insbesondere eine kaskadierende Anordnung weiterer Parabolkonzentratorenpaare, zur weiteren Konzentration des Sonnenlichts.
Das Verhältnis der Krümmung der Parabolflächen des ersten und zweiten Parabolkonzentrators bestimmt den Konzentrationsfaktor eines Parabolkonzentratorenpaars. Typische Werte für den Konzentrationsfaktor, berechnet aus dem Flächenverhältnis des eintretenden zum austretenden Strahlenbündel, sind 3 bis 5 für längserstreckte Lichtbündelungseinrichtungen und 9 bis 25 für rotationssymmetrische Lichtbündelungseinrichtungen bei denen die Lichtkonzentration in zwei Raumrichtungen erfolgt. Durch eine Kaskadierung von Parabolkonzentratorenpaaren mit aufeinander abgestimmten Öffnungsweiten an den Verbindungsstellen ergeben sich somit bereits bei zwei zusammengesetzten Parabolkonzentratorenpaaren beachtliche Konzentrationsfaktoren. Daher ist es vorteilhaft, wenn zumindest zwei Parabolkonzentratorenpaare mit aufeinander abgestimmten Öffnungsweiten kaskadierend angeordnet sind, und insbesondere die zumindest zwei Parabolkonzentratorenpaare voneinander separierbar sind.
Durch die Wahl unterschiedlicher Brennpunkte der Parabolflächen des ersten und des zweiten Parabolkonzentrators kann eine Strahlfokussierung erzielt werden. Dies ist insbesondere am letzten Parabolkonzentratorenpaars einer aus mehreren Parabolkonzentratorenpaaren zusammengesetzten, kaskadischen Lichtbündelungseinrichtung vorteilhaft, um insbesondere im Falle einer Einleitung in eine Faseroptik ein günstiges Verhältnis aus Fokusbreite und Strahlkonvergenz der die Lichtbündelungseinrichtung verlassenden Lichtstrahlen zu erzielen.
Vorzugsweise ist am Ende der Lichtbündelungseinrichtung eine Aufnahme einer Faseroptik vorhanden, welche insbesondere durch den zweiten Parabolkonzentrator des letzten Parabolkonzentratorenpaars einer kaskadischen Lichtbündelungseinrichtung realisiert wird. Die Faseroptik wird insbesondere in die Öffnung des zweiten Parabolkonzentrators zumindest teilweise eingeführt. Dadurch wird ein einfaches und kostengünstiges Anbringen der Faseroptik an die Lichtbündelungseinrichtung möglich.
Vorzugsweise sind das eine oder die mehreren Parabolkonzentratorenpaare innenseitig hohl ausgebildet, wobei die eintreffenden Lichtstrahlen an der Innenseite der Parabolflächen des jeweils ersten Parabolkonzentrators in Richtung zum jeweils zweiten Parabolkonzentrator reflektiert werden. Aufgrund der Material- und der damit verbundenen Gewichtsreduktion ist ein platzsparender und wartungsarmer Aufbau zur Ausrichtung nach dem Sonnenstand möglich.
Bevorzugterweise sind die Innenflächen des zumindest einen Parabolkonzentratorenpaars reflektierend und umfassen insbesondere ein dielektrisches Material oder ein metallisches Material. Bevorzugt ist an der Innenseite eines hohlen Parabolkonzentratorenpaars eine Verspiegelungsschicht angebracht. Die Verspiegelungsschicht verbessert die Reflexion und verringert somit die Absorption. Als Verspiegelungsschicht sind beispielsweise Metalle, wie Aluminium oder Chrom, einsetzbar, oder auch dielektrische Schichten verwendbar. Bevorzugt sind zumindest die Parabolkonzentratorenpaare aus einer hochreflektierenden Folie auf Polymerbasis hergestellt, sodass auf eine weitere Beschichtung des Parabolkonzentratorenpaars verzichtet werden kann, weiterhin eine hohe Reflexionsausbeute im Parabolkonzentratorenpaar möglich ist und ein Parabolkonzentratorenpaar damit einfach herstellbar ist.
Insbesondere sind im Fall einer zusammengesetzten, kaskadischen Lichtbündelungseinrichtung die einzelnen Parabolkonzentratorenpaare voneinander separierbar. Damit kann die Herstellung der Lichtbündelungseinrichtung vereinfacht werden. Insbesondere kann damit eine Faseroptik vorab am letzten Parabolkonzentratorenpaar einer kaskadischen Lichtbündelungseinrichtung präzise angeordnet werden, bevor dieses letzte Parabolkonzentratorenpaar mit der restlichen Lichtbündelungseinrichtung verbunden wird. Dies vereinfacht die Montage der Lichtbündelungseinrichtung an der nachfolgend beschriebenen Einrichtung.
Bevorzugterweise sind das eine oder die mehreren Parabolkonzentratorenpaare aus einem Blattmaterial, wie beispielsweise eine Polymerfolie oder ein Dünnblech, gefertigt. Eine Lichtbündelungseinrichtung mit Parabolkonzentratorenpaaren aus einem Blattmaterial ist einfach und reproduzierbar herstellbar und besonders leicht. Insbesondere ist zumindest das eine oder die mehreren Parabolkonzentratorenpaare durch ein Tiefziehverfahren erhältlich, sodass eine grosse Menge von Lichtbündelungseinrichtungen gleichzeitig und kostengünstig produzierbar ist.
Vorzugsweise werden die Oberflächen des zumindest einen Parabolkonzentratorenpaars durch Rotation von Parabeln erzeugt. Die Lichtbündelungseinrichtung ist somit rotationssymmetrisch bezüglich der Mittelachse der Parabolkonzentratorenpaare und ermöglicht eine Lichtkonzentration in zwei Raumrichtungen. Alternativ oder ergänzend werden die Oberflächen des zumindest einen Parabolkonzentratorenpaars durch Translation von Parabeln erzeugt. Damit lässt sich einfach ein längserstrecktes, trogförmiges Parabolkonzentratorenpaar herstellen und eine Lichtkonzentration in einer Raumrichtung realisiert.
Vorzugsweise werden die Oberflächen des zumindest einen Parabolkonzentratorenpaars durch Translation von Parabeln erzeugt, wobei der erste Parabolkonzentrator nur eine Parabolfläche aufweist und der zweite Parabolkonzentrator zumindest die dem ersten Parabolkonzentrator gegenüberliegende Parabolfläche aufweist. Dadurch lassen sich insbesondere mehrere Parabolkonzentratorenpaare seitlich versetzt anordnen. Eine solche Ausführung zusammengesetzter Parabolkonzentratorenpaare hat gegenüber der kaskadischen Anordnung eine deutlich verringerte Bauhöhe und eignet sich insbesondere für photoelektrische und photothermische Anwendungen, die häufig einen länglichen Formfaktor haben.
Eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Ausrichtung zumindest einer Lichtbündelungseinrichtung nach dem Sonnenstand, wobei an einer Aufnahme der Lichtbündelungseinrichtung ein Biegebalken, vorzugsweise eine Faseroptik, angeordnet ist, umfasst eine Grundplatte zum zumindest abschnittsweisen Aufnehmen zumindest eines Biegebalkens und eine Ausrichtungsvorrichtung zum Ausrichten der zumindest einen Lichtbündelungseinrichtung relativ zur Grundplatte. Die zumindest eine Lichtbündelungseinrichtung ist insbesondere eine zuvor offenbarte Lichtbündelungseinrichtung, sodass die Effizienz beim Einfangen von Sonnenlicht mit der Einrichtung verbessert ist. Weitere Vorteile und Effekte sind bereits zuvor offenbart. Die Lichtbündelungseinrichtung ist unabhängig von der Grundplatte und relativ zur Grundplatte bewegbar. Eine derartige Einrichtung weist einen einfachen Aufbau auf, ist wartungsarm und kann kostengünstig hergestellt werden.
Insbesondere ist der zumindest eine Biegebalken an einem Ende mit der zumindest einen Lichtbündelungseinrichtung verbunden und mit dem anderen Ende direkt oder indirekt mit der Grundplatte verbunden. Das Ausrichten der zumindest einen Lichtbündelungseinrichtung mithilfe der Einrichtung erfolgt dadurch, dass der zumindest eine Biegebalken elastisch verformt wird und damit die Orientierung der zumindest einen Lichtbündelungseinrichtung geändert wird. Die Wechselwirkung der Ausrichtungsvorrichtung mit dem Biegebalken kann durch eine direkte Krafteinwirkung am Biegebalken erfolgen, kann aber auch durch ein an einem anderen Bauteil induziertes Biegemoment, insbesondere eine an der Lichtbündelungseinrichtung angreifende Kraft, erfolgen. Insbesondere ist die Faseroptik zumindest im Bereich der Aufnahme biegbar, ohne die Fähigkeit des Lichttransports in der Faseroptik zu verlieren, was durch einen nahezu parallelen Lichteintritt in die Faseroptik begünstigt wird. Eine derartige Einrichtung ist äußerst stabil und langlebig. Die zumindest eine Lichtbündelungseinrichtung wird nur von dem zumindest einen Biegebalken gehalten und auf weitere Befestigungselemente für die zumindest eine Lichtbündelungseinrichtung kann verzichtet werden.
Der zumindest eine Biegebalken ist insbesondere eine Faseroptik, welche in der Grundplatte fixiert ist. Alternativ kann der Biegebalken aus einem Elastomer oder einem federelastischen Metall, insbesondere Stahl, gefertigt sein. Vorzugsweise ist der zumindest eine Biegebalken ein stabförmiger Körper mit kreisförmigem oder rechteckigem Querschnitt. Allerdings sind auch andere Formgebungen möglich. Insbesondere kann eine Spiralfeder als Biegebalken verwendet werden.
Bevorzugterweise ist zumindest eine Antriebseinheit zum Bewegen der Ausrichtungsvorrichtung vorhanden. Damit lässt sich die zumindest eine Lichtbündelungseinrichtung reproduzierbar bewegen. Vorteilhaft umfasst die zumindest eine Antriebseinheit zumindest einen Motor und/oder einen Aktuator, vorzugsweise einen Photoaktuator, um die Ausrichtungsvorrichtung kontinuierlich zu bewegen und die zumindest eine Lichtbündelungseinrichtung reproduzierbar auszurichten. Mithilfe der durch die Sonneneinstrahlung induzierten Längenänderung eines Photoaktuators, beispielsweise auf der Basis eines Photopolymers, kann die Einrichtung autark betrieben werden. Die Einrichtung ist damit äußerst wartungsarm, benötigt keine zusätzlichen Elemente zur Steuerung oder eine Anbindung an die Haustechnik und kann an exponierten Stellen an Gebäuden angeordnet werden.
Bevorzugterweise ist die Ausrichtungsvorrichtung mit dem zumindest einen Biegebalken beweglich verbunden. Dabei wechselwirkt die Ausrichtungsvorrichtung direkt mit dem zumindest einen Biegebalken, um die zumindest eine Lichtbündelungseinrichtung zu orientieren. Beispielsweise berührt die Ausrichtungsvorrichtung zumindest abschnittsweise den zumindest einen Biegebalken, sodass eine räumliche Verschiebung der Ausrichtungsvorrichtung ein Verkippen der zumindest einen Lichtbündelungseinrichtung bewirkt.
Die Ausrichtungsvorrichtung umfasst bevorzugt eine Aufnahmematrix für den Biegebalken, beispielsweise ein Netz, ein Gewebe oder eine Lochmatrix, durch welche der zumindest eine Biegebalken, vorzugsweise eine Faseroptik, hindurchführbar ist. Insbesondere kommt die Aufnahmematrix mit Ausnahme der Anbindung an die zumindest eine Antriebseinheit ohne zusätzliche Auflagepunkte aus. Die Ausrichtungsvorrichtung ist somit annähernd verschleißfrei bewegbar.
Alternativ umfasst die Ausrichtungsvorrichtung einen biegsamen Balg, der an einem Ende an der Grundplatte und am anderen Ende an der zumindest einen Lichtbündelungseinrichtung, vorzugsweise im Bereich der Lichteintrittsöffnung der zumindest einen Lichtbündelungseinrichtung, befestigt ist. Damit ist der zumindest eine Biegebalken stabil von der zumindest einen Ausrichtungsvorrichtung gehalten. Insbesondere stellt der Balg einen Witterungsschutz für die Lichtbündelungseinrichtung dar. Die Einrichtung ist somit besonders platzsparend.
Vorzugsweise sind mehrere Lichtbündelungseinrichtungen mit jeweils zumindest einem Biegebalken, vorzugsweise einer Faseroptik, vorhanden, wobei die Ausrichtungsvorrichtung die mehreren Lichtbündelungseinrichtungen zumindest abschnittsweise aufnimmt und alternativ oder ergänzend umfasst. Die mehreren Lichtbündelungseinrichtungen sind nebeneinander in der Grundplatte angeordnet und werden von der Einrichtung relativ zur Grundplatte ausgerichtet.
Vorteilhaft umfasst die zumindest eine Antriebseinheit mehrere Antriebe, vorzugsweise Photoaktuatoren oder Motoren, sodass die Ausrichtungsvorrichtung in mehreren Richtungen einfach bewegbar ist, um die zumindest eine Lichtbündelungseinrichtung reproduzierbar zu orientieren.
Die zuvor beschriebene Einrichtung ist insbesondere geeignet, um Sonnenlicht einzufangen und es mittels zumindest einer Faseroptik effizient in Innenräume von Gebäuden zu leiten. Des Weiteren kann die Einrichtung auch zum Erwärmen von Medien effizient genutzt werden, insbesondere für die Warmwasserbereitung für ein Gebäude. Eine derartige Einrichtung leistet einen wesentlichen Beitrag zur CO2-Reduktion. Darüber hinaus kann diese Einrichtung auch für Weltraumfahrzeuge eingesetzt werden, um Licht und Energie für die Fahrzeuge zu liefern. Beispielsweise kann die Einrichtung auf ein Solarthermie- und/oder ein Photovoltaikmodul gesetzt werden, um diese effizient mit Sonnenlicht zu versorgen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben sind.
Die Bezugszeichenliste ist wie auch der technische Inhalt der Patentansprüche und Figuren Bestandteil der Offenbarung. Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben. Gleiche Bezugszeichen bedeuten gleiche Bauteile, Bezugszeichen mit unterschiedlichen Indices geben funktionsgleiche oder ähnliche Bauteile an.
Mittels der nachfolgenden Figuren wird anhand von Ausführungsbeispielen die Erfindung näher erläutert.
Positionsangaben, wie „oben“, „unten", „rechts“ oder „links“ sind jeweils auf die entsprechenden Darstellungen bezogen und sind nicht als einschränkend zu verstehen.
Obwohl die Erfindung mittels der Figuren und der zugehörigen Beschreibung dargestellt und detailliert beschrieben ist, sind diese Darstellung und diese detaillierte Beschreibung illustrativ und beispielhaft zu verstehen und nicht als die Erfindung einschränkend. Es versteht sich, dass Fachleute Änderungen und Abwandlungen machen können, ohne den Umfang der folgenden Ansprüche zu verlassen. Insbesondere umfasst die Erfindung ebenfalls Ausführungsformen mit jeglicher Kombination von Merkmalen, die vorstehend zu verschiedenen Aspekten und/oder Ausführungsformen genannt oder gezeigt sind.
Die Erfindung umfasst ebenfalls einzelne Merkmale in den Figuren, auch wenn sie dort im Zusammenhang mit anderen Merkmalen gezeigt sind und/oder vorstehend nicht genannt sind. Im Weiteren schließt der Ausdruck „umfassen“ und Ableitungen davon andere Elemente oder Schritte nicht aus. Ebenfalls schließt der unbestimmte Artikel „ein“ beziehungsweise „eine“ und Ableitungen davon eine Vielzahl nicht aus. Die Funktionen mehrerer in den Ansprüchen aufgeführter Merkmale können durch eine Einheit erfüllt sein. Die Begriffe „im Wesentlichen“, „etwa“, „ungefähr“ und dergleichen in Verbindung mit einer Eigenschaft beziehungsweise einem Wert definieren insbesondere auch genau die Eigenschaft beziehungsweise genau den Wert. Alle Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als den Umfang der Ansprüche einschränkend zu verstehen.
Figurenbeschreibung
Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben. Gleiche Bezugszeichen bedeuten gleiche Bauteile. Es zeigen

1: erste Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Lichtbündelungseinrichtung in einer schematischen Schnittdarstellung (1a), isometrischen Darstellung einer rotationssymmetrischen Ausführung (1b) und isometrischen Darstellung einer längserstreckten Ausführung (1c),
2: eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lichtbündelungseinrichtung mit Strahlengängen und Brennpunkten in einer schematischen Schnittdarstellung,
3: eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lichtbündelungseinrichtung mit Strahlengängen und Brennpunkten in einer schematischen Schnittdarstellung,
4: eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lichtbündelungseinrichtung mit Strahlengängen und Brennpunkten in einer schematischen Schnittdarstellung,
5: eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lichtbündelungseinrichtung in einer kaskadierenden Anordnung mit Strahlengängen in einer schematischen Schnittdarstellung,
6: eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lichtbündelungseinrichtung mit einer Faseroptik und Strahlengängen in einer schematischen Schnittdarstellung,
7: eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lichtbündelungseinrichtung in einer schematischen Schnittdarstellung (7a) und isometrischen Darstellung einer längserstreckten Ausführung (7b),
8: eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lichtbündelungseinrichtung mit mehreren seitlich versetzt angeordneten Parabolkonzentratorenpaaren mit Strahlengängen in einer schematischen Schnittdarstellung.
9: eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Ausrichtung nach dem Sonnenstand mit einer Lichtbündelungseinrichtung gemäß 6 in vertikaler (9a) und geschwenkter Position (9b) in einer Schnittdarstellung,
10: eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Ausrichtung nach dem Sonnenstand mit einer Lichtbündelungseinrichtung gemäß 6 in vertikaler (10a) und geschwenkter Position (10b) in einer Schnittdarstellung,

Ausführung der Erfindung
1 zeigt eine Lichtbündelungseinrichtung 100 zum Konzentrieren von Licht, bestehend aus einem einzelnen Parabolkonzentratorenpaar, in einer schematischen Schnittdarstellung (a) sowie in einer rotationssymmetrischen (b) und längserstreckten (c) Ausführungsform. Das eine Parabolkonzentratorenpaar der Lichtbündelungseinrichtung 100 besteht aus einem ersten Parabolkonzentrator 110 und einem zweiten Parabolkonzentrator 120. Die rotationssymmetrische Ausführung (b) entsteht durch Rotation der Schnittlinien der beiden Parabolkonzentratoren um die Mittelachse 180 und stellt gewissermaßen einen kelchförmigen Trichter dar. Es ergibt sich hier eine Lichtkonzentration in den zur Mittelachse 180 normal stehenden Raumrichtungen, welche aufgrund der erzielbaren Konzentrationsfaktoren insbesondere für faseroptische Anwendungen vorteilhaft ist. Die längserstreckte Ausführung (c) entsteht durch eine normal auf die Schnittebene stehende Translation der Schnittkurve und stellt gewissermaßen einen trogförmigen, entlang einer Achse längsgestreckten Trichter dar. Es ergibt sich hier eine Lichtkonzentration in einer Raumrichtung, welche sich insbesondere für photoelektrische und photothermische Anwendungen eignet, die häufig einen länglichen Formfaktor haben.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Lichtbündelungseinrichtung 200 zur Konzentration von Licht, bestehend aus einem einzelnen Parabolkonzentratorenpaar, in einer schematischen Schnittdarstellung, mit erstem Parabolkonzentrator 210, zweitem Parabolkonzentrator 220, den Strahlengängen 270, 271, den identen Brennpunkten 212, 222, den Scheitelpunkten 213, 223, den identen Parabelachsen 211, 221 und der Mittelachse 280. Der erste Strahlengang 270, der den äußerst möglichen Eintritt von Licht darstellt und der zweite Strahlengang 271, der einen näher zur Mittelachse eintretenden Lichtstrahl darstellt, werden an den reflektierenden Flächen des ersten Parabolkonzentrators 210 in Richtung des Brennpunktes 212 auf den zweiten Parabolkonzentrators 220 reflektiert, an dessen reflektierender Oberfläche die Strahlen, vom Brennpunkt des zweiten Parabolkonzentrators 222 weg, weiter reflektiert werden, so dass die Strahlengänge 270, 271 in Folge an der unteren Öffnung parallel und in konzentrierter Form austreten. Die idente Ausrichtung der Parabelachsen 211, 221 zueinander entspricht einer relativen Ausrichtung von 0° und bewirkt in Kombination mit den identen Brennpunkten 212, 222, dass die vertikal in die Lichtbündelungseinrichtung eintretenden Lichtstrahlen 270, 271 die Lichtbündelungseinrichtung diese ebenso wieder vertikal verlassen. Diese Beibehaltung der Orientierung der Lichtstrahlen ermöglicht kaskadierende Anordnungen von Parabolkonzentratorenpaaren, wie nachfolgend beispielhaft in 5, 6, 9 und 10 gezeigt.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Lichtbündelungseinrichtung 300 zur Konzentration von Licht, bestehend aus einem einzelnen Parabolkonzentratorenpaar, in einer schematischen Schnittdarstellung, mit erstem Parabolkonzentrator 310, zweitem Parabolkonzentrator 320, den Strahlengängen 370, 371, den identen Brennpunkten 312, 322, den Scheitelpunkten 313, 323, den zueinander rotierten Parabelachsen 311, 321 und der Mittelachse 380. Der erste Strahlengang 370, der den äußerst möglichen Eintritt von Licht darstellt und der zweite Strahlengang 371, der einen näher zur Mittelachse eintretenden Lichtstrahl darstellt, werden an den reflektierenden Flächen des ersten Parabolkonzentrators 310 in Richtung des Brennpunktes 312 auf den zweiten Parabolkonzentrators 320 reflektiert, an dessen reflektierender Oberfläche die Strahlen, vom Brennpunkt des zweiten Parabolkonzentrators 322 weg, weiter reflektiert werden, so dass die Strahlengänge 370, 371 in Folge an der unteren Öffnung in Richtung der Mittelachse 380 relativ verschwenkt und in konzentrierter Form, aber weiterhin parallel austreten. Da in der hier gezeigten Ausführungsform die Brennpunkte 312, 322 identisch sind, bestimmt die relative Ausrichtung der Parabelachsen 313, 323 zueinander, beispielhaft für einen Winkel von 18° dargestellt, den Winkel der die Lichtbündelungseinrichtung verlassenden Strahlengänge 370, 371. Die Änderung der Orientierung der die Lichtbündelungseinrichtung verlassenden Lichtstrahlen unter Beibehaltung ihrer Parallelität ist insbesondere für längserstreckte Ausführungsformen vorteilhaft, in 1c und 7b beispielhaft gezeigt, um bei photoelektrischen Anwendungen eine gleichmäßige Ausleuchtung der Photozellen zu erreichen.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Lichtbündelungseinrichtung 400 zur Konzentration von Licht, bestehend aus einem einzelnen Parabolkonzentratorenpaar, in einer schematischen Schnittdarstellung, mit erstem Parabolkonzentrator 410, zweitem Parabolkonzentrator 420, den Strahlengängen 470, 471, dem Fokuspunkt 490, den Brennpunkten 412, 422, den Scheitelpunkten 413, 423, den zu einander rotierten Parabelachsen 411, 421 und der Mittelachse 480. Der erste Strahlengang 470, der den äußerst möglichen Eintritt von Licht darstellt und der zweite Strahlengang 471, der einen näher zur Mittelachse eintretenden Lichtstrahl darstellt, werden an den reflektierenden Flächen des ersten Parabolkonzentrators 410 in Richtung des Brennpunktes 412 auf den zweiten Parabolkonzentrators 420 reflektiert, an dessen reflektierender Oberfläche die Strahlen, vom Brennpunkt des zweiten Parabolkonzentrators 422 weg, weiter reflektiert werden, so dass die Strahlengänge 470, 471 in Folge an der unteren Öffnung in Richtung der Mittelachse 480 fokussiert, jedoch relativ zur Mittelachse 480 verschwenkt und in konzentrierter Form austreten. Die relativ zueinander versetzten Brennpunkte 412, 422 und die relative Ausrichtung der Parabelachsen 413, 423 zueinander, beispielhaft für einen Winkel von 18° dargestellt, bestimmen den Fokuspunkt 490 der die Lichtbündelungseinrichtung verlassenden Strahlengänge 470, 471. Die durch die unterschiedlichen Brennpunkte 412, 413 erzielbare Fokussierung der die Lichtbündelungseinrichtung verlassenden Lichtstrahlen ermöglicht eine Verkleinerung des Strahlquerschnitts, der für die Einspeisung von Licht in eine Faseroptik mit besonders kleinem Durchmesser vorteilhaft ist, wie beispielhaft in 6, 9 und 10 gezeigt.
5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Lichtbündelungseinrichtung 500 zur Konzentration von Licht in einer schematischen Schnittdarstellung, bestehend aus beispielsweise drei kaskadierend angeordneten Parabolkonzentratorenpaaren, mit jeweils erstem Parabolkonzentrator 510, 530, 550 und zweitem Parabolkonzentrator 520, 540, 560, den Strahlengängen 570, 571 und der Mittelachse 580. Die Strahlen werden in jedem Parabolkonzentratorenpaar reflektiert, schrittweise weiter konzentriert und treten in Folge an der unteren Öffnung des Parabolkonzentrators 560 aus. Die Reflektion der Strahlengänge 570, 571 erfolgt in den Parabolkonzentratoren 510, 520, 530, 540 gemäßh 2 und in den Parabolkonzentratoren 550, 560 gemäß 2, 3 oder 4, hier beispielhaft gemäß 2 dargestellt. Die Öffnungsweiten der Parabolkonzentratorenpaare sind aufeinander abgestimmt, sodass beispielsweise im Bereich des Übergangs von Parabolkonzentrator 520 auf Parabolkonzentrator 530 deren Öffnungsweiten ähnlich oder identisch sind. Die kaskadierend angeordneten Parabolkonzentratorenpaare sind somit insbesondere voneinander separierbar, was bezüglich der Herstellung der Lichtbündelungseinrichtung 500 von Vorteil ist, da die kaskadierend angeordneten Parabolkonzentratorenpaare einzeln hergestellt werden können.
6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Lichtbündelungseinrichtung 600 zur Konzentration von Licht in einer schematischen Schnittdarstellung, bestehend aus beispielsweise zwei kaskadierend angeordneten Parabolkonzentratorenpaaren mit jeweils erstem Parabolkonzentrator 610, 630 und zweitem Parabolkonzentrator 620, 640, den Strahlengängen 670, 671, der Mittelachse 680 und einer in den zweiten Parabolkonzentrator 640 zumindest teilweise eingeführten Faseroptik 690. Die Strahlen werden in jedem Parabolkonzentratorenpaar reflektiert, schrittweise weiter konzentriert und an der unteren Öffnung des Parabolkonzentrators 640 in die Faseroptik 690 eingeleitet. Die Reflektion der Strahlengänge 670, 671 erfolgt in den Parabolkonzentratoren 610, 620 gemäß 2 und in den Parabolkonzentratoren 630, 640 gemäß 2, 3 oder 4, hier beispielhaft gemäß 4 dargestellt. Insbesondere ermöglicht der Parabolkonzentrator 640 zumindest abschnittsweise die Aufnahme der Faseroptik 690. Dadurch wird ein einfaches und kostengünstiges Anbringen der Faseroptik an die Lichtbündelungseinrichtung möglich.
7 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Lichtbündelungseinrichtung 700 zur Konzentration von Licht, bestehend aus einem einzelnen einseitigen Parabolkonzentratorenpaar in einer schematischen Schnittdarstellung (a) und in einer längserstreckten isometrischen Darstellung (b). Der erste Parabolkonzentrator 710 weist nur eine Parabolfläche auf, beispielsweise die links von der Mittelachse 780 gelegene Parabolfläche. Die um die Mittelachse 780 gespiegelte Parabolfläche, welche in den anderen Ausführungsformen einer Lichtbündelungseinrichtung gemäß 1 bis 6 jeweils vorhanden ist, ist hier nicht realisiert. Der zweite Parabolkonzentrator 720 weist zumindest die dem ersten Parabolkonzentrator 710 gegenüberliegende Parabolfläche auf. Die längserstreckte Ausführung (b) entsteht durch eine normal zur Schnittebene erfolgende Translation der Schnittkurve. Die einseitige Ausführung der Parabolkonzentratoren 710, 720 ist insbesondere für die Herstellung der Lichtbündelungseinrichtung 700 aus einem Blattmaterial, vorzugsweise aus einem Dünnblech oder aus einer hochreflektierenden Folie auf Polymerbasis, vorteilhaft. Dadurch kann die Lichtbündelungseinrichtung 700 insbesondere durch ein Tiefziehverfahren kostengünstig hergestellt werden.
8 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Lichtbündelungseinrichtung 800 zur Konzentration von Licht, bestehen aus beispielsweise drei seitlich versetzt angeordneten, einseitigen Parabolkonzentratorenpaaren, in einer schematischen Darstellung, mit jeweils erstem Parabolkonzentrator 810, 830, 850 und zweitem Parabolkonzentrator 820, 840, 860 und den Strahlengängen 870, 871. Eine solche Ausführungsform hat gegenüber der in 6 gezeigten kaskadischen Anordnung eine deutlich verringerte Bauhöhe. Die Reflexion der Strahlengänge 870, 871 erfolgt in den Parabolkonzentratoren 810, 820 gemäß 2, 3 oder 4, hier beispielhaft gemäß 2 dargestellt, und in den Parabolkonzentratoren 830, 840, 850, 860 ebenfalls gemäß 2, 3 oder 4, hier beispielhaft gemäß 3 dargestellt. Durch die Festlegung der Brennpunkte und der relativen Ausrichtung der Parabelachsen aller Parabolkonzentratoren 810, 820, 830, 840, 850, 860 kann insbesondere eine homogene Intensitätsverteilung im Konzentrationsbereich der Lichtbündelungseinrichtung 800 erzielt werden, was für photoelektrische und photothermische Anwendungen von Vorteil ist.
9 zeigt eine erste Ausführungsform einer Einrichtung 900 zur Ausrichtung zumindest einer Lichtbündelungseinrichtung nach dem Sonnenstand, beispielhaft dargestellt für eine Lichtbündelungseinrichtung 600 gemäß 6, in vertikaler (a) und geschwenkter (b) Position. In die Lichtbündelungseinrichtung 600 ist abschnittsweise eine Faseroptik eingeführt, die fest mit einer Grundplatte 901 verbunden ist. Im Bereich zwischen der Grundplatte 901 und der Lichtbündelungseinrichtung 600 funktioniert die Faseroptik somit als Biegebalken 902. Eine Antriebseinheit 904 bewegt die Ausrichtungsvorrichtung 903, die durch eine am Biegebalken angreifende Kraft eine Verbiegung des Biegebalkens 902 und eine Verkippung der Lichtbündelungseinrichtung 600 bewirkt. Die Ausrichtungsvorrichtung 903 umfasst beispielsweise ein Netz, ein Gewebe oder eine Lochmatrix, durch welche ein oder mehrere Biegebalken hindurchführbar sind. Damit können mit einer Antriebseinheit 904 alle mit der Ausrichtungsvorrichtung 903 in Wechselwirkung stehenden Biegebalken 902 und Lichtbündelungseinrichtungen synchron bewegt und nach dem Sonnenstand ausgerichtet werden. Vorteilhaft kommt die Ausrichtungsvorrichtung 903 mit Ausnahme der Anbindung an die zumindest eine Antriebseinheit 904 ohne zusätzliche Auflagepunkte aus und ist somit annähernd verschleißfrei bewegbar.
10 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Einrichtung 950 zur Ausrichtung nach dem Sonnenstand, beispielhaft dargestellt für eine Lichtbündelungseinrichtung 600 gemäß 6 in vertikaler (a) und geschwenkter (b) Position. In die Lichtbündelungseinrichtung 600 ist abschnittsweise eine Faseroptik eingeführt, die fest mit einer Grundplatte 901 verbunden ist. Im Bereich zwischen der Grundplatte 951 und der Lichtbündelungseinrichtung 600 funktioniert die Faseroptik somit als Biegebalken 952. Eine Antriebseinheit 954 bewegt die Ausrichtungsvorrichtung 953, die durch eine an der Lichtbündelungseinrichtung 600 angreifende Kraft ein Biegemoment im Biegebalken 952 induziert und durch die Verbiegung des Biegebalkens 952 eine Verkippung der Lichtbündelungseinrichtung 600 bewirkt. Vorteilhaft umfasst die zumindest eine Antriebseinheit 954 einen Aktuator, vorzugsweise einen Photoaktuator, um durch Formveränderung die Ausrichtungsvorrichtung 953 kontinuierlich zu bewegen und die zumindest eine Lichtbündelungseinrichtung nach dem Sonnenstand auszurichten. Mithilfe der durch die Sonneneinstrahlung induzierten Bewegung eines Photoaktuators, der beispielsweise auf der Basis eines Photopolymers funktioniert, kann die Einrichtung autark betrieben werden. Insbesondere stellt die Ausrichtungsvorrichtung 950 gleichzeitig einen Witterungsschutz für die Lichtbündelungseinrichtung dar.
Bezugszeichenliste

100: Lichtbündelungseinrichtung
110: Erster Parabolkonzentrator
120: Zweiter Parabolkonzentrator
180: Mittelachse
200: Lichtbündelungseinrichtung
210: Erster Parabolkonzentrator
211: Parabelachse von 210
212: Brennpunkt von 210
213: Scheitelpunkt von 210
220: Zweiter Parabolkonzentrator
221: Parabelachse von 220
222: Brennpunkt von 220
223: Scheitelpunkt von 220
270: Erster, äußerer Strahlengang
271: Zweiter, innerer Strahlengang
280: Mittelachse
300: Lichtbündelungseinrichtung
310: Erster Parabolkonzentrator
311: Parabelachse von 310
312: Brennpunkt von 310
313: Scheitelpunkt von 310
320: Zweiter Parabolkonzentrator
321: Parabelachse von 320
322: Brennpunkt von 320
323: Scheitelpunkt von 320
370: Erster, äußerer Strahlengang
371: Zweiter, innerer Strahlengang
380: Mittelachse
400: Lichtbündelungseinrichtung
410: Erster Parabolkonzentrator
411: Parabelachse von 410
412: Brennpunkt von 410
413: Scheitelpunkt von 410
420: Zweiter Parabolkonzentrator
421: Parabelachse von 420
422: Brennpunkt von 420
423: Scheitelpunkt von 420
470: Erster, äußerer Strahlengang
471: Zweiter, innerer Strahlengang
480: Mittelachse
490: Fokuspunkt
500: Lichtbündelungseinrichtung
510: Erster Parabolkonzentrator
520: Zweiter Parabolkonzentrator
530: Erster Parabolkonzentrator
540: Zweiter Parabolkonzentrator
550: Erster Parabolkonzentrator
560: Zweiter Parabolkonzentrator
570: Erster, äußerer Strahlengang
571: Zweiter, innerer Strahlengang
580: Mittelachse
600: Lichtbündelungseinrichtung
610: Erster Parabolkonzentrator
620: Zweiter Parabolkonzentrator
630: Erster Parabolkonzentrator
640: Zweiter Parabolkonzentrator
670: Erster, äußerer Strahlengang
671: Zweiter, innerer Strahlengang
680: Mittelachse
690: Faseroptik
700: Lichtbündelungseinrichtung
710: Erster Parabolkonzentrator
720: Zweiter Parabolkonzentrator
780: Mittelachse
800: Lichtbündelungseinrichtung
810: Erster Parabolkonzentrator
820: Zweiter Parabolkonzentrator
830: Erster Parabolkonzentrator
840: Zweiter Parabolkonzentrator
850: Erster Parabolkonzentrator
860: Zweiter Parabolkonzentrator
870: Erster, äußerer Strahlengang
871: Zweiter, innerer Strahlengang
900: Einrichtung
901: Grundplatte
902: Biegebalken
903: Ausrichtungsvorrichtung
904: Antriebseinheit
950: Einrichtung
951: Grundplatte
952: Biegebalken
953: Ausrichtungsvorrichtung
954: Antriebseinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 8184372B1 [0003]
US 6037535A [0005]
CN 205318012 [0007]
CN 202835169U [0008]
CN 101135500A [0010]
CN 201215596Y [0011]
EP 0810409A1 [0013]

Claims

Lichtbündelungseinrichtung (100; 200; 300; 400; 500; 600; 700; 800) zur Konzentration von Licht für photoelektrische, photothermische und faseroptische Anwendungen, umfassend ein oder mehrere zusammengesetzte Parabolkonzentratorenpaare, die jeweils aus einem ersten Parabolkonzentrator (110; 210; 310; 410; 510; 610; 710; 810; 830; 850) und einem zweiten Parabolkonzentrator (120; 220; 320; 420; 520; 620; 720; 820; 840; 860) bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennpunkte (212; 222; 312; 322; 412; 422) aller Parabolflächen zumindest eines Parabolkonzentratorenpaars außerhalb seiner Mittelachse (180; 280; 380; 480; 580; 680; 780) liegen und die relative Ausrichtung der Parabelachsen (211; 221; 311; 321; 411; 421) des ersten Parabolkonzentrators (110; 210; 310; 410; 510; 610; 710; 810; 830; 850) und des zweiten Parabolkonzentrators (120; 220; 320; 420; 520; 620; 720; 820; 840; 860) zueinander zwischen 0° und 90° beträgt.
Lichtbündelungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Parabolkonzentratorenpaar mit identen Brennpunkten (212; 222; 312; 322; 412; 422) des ersten Parabolkonzentrators (110; 210; 310; 410; 510; 610; 710; 810; 830; 850) und des zweiten Parabolkonzentrators (120; 220; 320; 420; 520; 620; 720; 820; 840; 860) vorhanden ist.
Lichtbündelungseinrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Parabolkonzentratorenpaar vorhanden ist, wobei die relative Ausrichtung der Parabelachsen (211; 221; 311; 321; 411; 421) des ersten Parabolkonzentrators (110; 210; 310; 410; 510; 610; 710; 810; 830; 850) und des zweiten Parabolkonzentrators (120; 220; 320; 420; 520; 620; 720; 820; 840; 860) zueinander identisch ist.
Lichtbündelungseinrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen des zumindest einen Parabolkonzentratorenpaars durch Rotation und/oder Translation von Parabeln erzeugt werden.
Lichtbündelungseinrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen des zumindest einen Parabolkonzentratorenpaars durch Translation von Parabeln erzeugt werden, wobei der erste Parabolkonzentrator (110; 210; 310; 410; 510; 610; 710; 810; 830; 850) nur eine Parabolfläche aufweist und der zweite Parabolkonzentrator (120; 220; 320; 420; 520; 620; 720; 820; 840; 860) zumindest die dem ersten Parabolkonzentrator gegenüberliegende Parabolfläche aufweist.
Lichtbündelungseinrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenflächen des zumindest einen Parabolkonzentratorenpaars reflektierend sind und insbesondere ein dielektrisches Material oder ein metallisches Material umfasst.
Lichtbündelungseinrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Parabolkonzentratorenpaar aus einem Blattmaterial gefertigt ist.
Lichtbündelungseinrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Parabolkonzentratorenpaare mit aufeinander abgestimmten Öffnungsweiten kaskadierend angeordnet sind, und insbesondere die zumindest zwei Parabolkonzentratorenpaare voneinander separierbar sind.
Einrichtung (900; 950) zur Ausrichtung zumindest einer Lichtbündelungseinrichtung nach dem Sonnenstand, bevorzugt mit zumindest einer Lichtbündelungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei an einer Aufnahme der zumindest einen Lichtbündelungseinrichtung ein Biegebalken (902; 952), vorzugsweise eine Faseroptik (690), angeordnet ist, umfassend eine Grundplatte (901; 951) zum zumindest abschnittsweisen Aufnehmen des zumindest einen Biegebalkens (902; 952) und eine Ausrichtungsvorrichtung (903; 953) zum Ausrichten der zumindest einen Lichtbündelungseinrichtung relativ zur Grundplatte (901; 951).
Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtungsvorrichtung (903; 953) zumindest in Wechselwirkung mit dem Biegebalken (902; 952) steht, um die zumindest eine Lichtbündelungseinrichtung relativ zur Grundplatte (901; 951) auszurichten.
Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Antriebseinheit (904; 954), insbesondere ein Photoaktuator und/oder ein Motor, zum Bewegen der Ausrichtungsvorrichtung (903; 953) vorhanden ist, wobei die zumindest eine Ausrichtungsvorrichtung (903; 953) durch ein im Biegebalken (902; 952) induziertes Biegemoment, insbesondere durch eine an der Lichtbündelungseinrichtung angreifende Kraft, eine Verbiegung des Biegebalkens (902; 952) bewirkt.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Lichtbündelungseinrichtungen mit jeweils zumindest einem Biegebalken (902; 952) vorhanden sind, wobei die Ausrichtungsvorrichtung (903; 953 die mehreren Lichtbündelungseinrichtungen zumindest abschnittsweise aufnimmt und/oder umfasst.