DE10203492A1 - Ein Hohlkörper mit Fotovoltaik zur teilweisen Abschirmung von Gaslampen für die gleichzeitige Erzeugung von Licht und Strom - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optimierten Nutzung von Gaslampen zur simultanen Erzeugung von Licht und Strom. Dies wird erreicht durch einen von Innen mit Fotovoltaik ausgestatteten Hohlkörper, welcher definiert über eine Gaslampe gestellt werden kann. Eine einstellbare Öffnung erlaubt es, den herausgelassenen Lichtanteil nach eigenem Ermessen selbst zu bestimmen. Der im Hohlkörper verbleibende Lichtstrom fällt im Inneren auf Fotovoltaikmodule, die das gefangene Licht zur Stromerzeugung nutzen. Vorteilhaft ist dabei, dass damit sowohl eine gezielte Abschirmung nicht gebrauchten Lichts erfolgt, als auch eine Stromerzeugung zum Beispiel zur Aufladung von Batterien für Kommunikationsgeräte. DOLLAR A Die spezielle Gestaltung des Hohlkörpers als klappbarer Träger von Solarmodulen, erlaubt ein Höchstmaß an Flexibilität für dessen Nutzung. Abgesehen von den offensichtlichen Vorteilen einer klappbaren Konstruktion im Hinblick auf einen leichten Transport, kann diese mit Solarzellen ausgestattete Innenfläche des Hohlkörpers ausgebreitet werden, um auch bei Tageslicht Strom zu erzeugen. Zusammenfassend kann man festhalten, dass die Erfindung viele Vorteile in sich vereint. Die Möglichkeit, Strom sowohl bei Tag als auch bei Nacht zu erzeugen, gepaart mit einer optimierten Nutzung von Gaslampen. Dadurch entsteht ein hohes Maß an Unabhängigkeit bei Reisen oder Aufenthalten an netzfernen Orten von einer allgemeinen Stromversorgung, um elektrische Kleinverbraucher der z. B. ...

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit den dazugehörigen Einrichtungen entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Werden Gaslampen zu Beleuchtungszwecken verwendet, so wird im Gegensatz zum elektrischen Strom als sekundäre Energie, das Licht mit dem Primärenergieträger Gas erzeugt. Dies geschieht meist mit Hilfe eines sogenannten Glühstrumpfs. Dieser auch nach seinem Erfinder als "Auer-Strumpf" bezeichnete Glühkörper begrenzt die Verbrennungsprozess auf seine Oberfläche, welche dann hell und weiß glüht. Seine keramische Struktur sorgt für eine Strahlungsverteilung zugunsten des gut sichtbaren Wellenlängenanteils.
• Ein bevorzugter Anwendungsbereich dieser Gaslampen ist der Einsatz zu Campingzwecken, oder in Gegenden ohne vorhandene elektrische Energieversorgung.
• In der Regel strahlen diese Lampen in alle Richtungen. Werden diese Lampen jedoch zum Beispiel zu Lesezwecken benutzt, so ist es nicht unbedingt erforderlich jede Raumrichtung auszuleuchten. Dies ist physikalisch gleichbedeutend mir der Tatsache, dass Energie in Form von Licht in Bereiche geschickt wird, ohne dass dort damit ein sinnvoller Zweck erfüllt wird. Diese ungenutzte Energie, auch wenn dies vergleichsweise zu anderen Verbrauchssituationen als gering erscheinen mag, wird letztlich verschwendet.
• Ein weiterer, nicht unwichtiger Nachteil dieser Raumausleuchtung in alle Richtungen, ist die Tatsache, dass Mitmenschen in der unmittelbaren Nähe nicht gut schlafen können, wenn keine lichtabschirmenden Schlafstätten vorhanden sind, wie dies auf Campingplätzen die Regel ist.
• Benutzt zum Beispiel jemand in einem Zelt eine derartige Gaslampe zum Lesen in den Abend- und Nachtstunden, so kann dies zu Schlafbeeinträchtigungen der anderen Zeltbewohner oder Zeltnachbarn führen.
• Der Einsatz von Taschenlampen stellt zwar eine Alternative dar bezüglich der gezielteren Ausleuchtungseigenschaften, aber die Beleuchtungsqualität und Ausleuchtungs- Gleichmäßigkeit für Leseanforderungen ist vergleichsweise schlechter als bei Gaslampen. Außerdem stellt die Abhängigkeit von der sich relativ rasch erschöpfenden Batteriekapazität und der damit verbundenen nachlassenden Lichtqualität ebenfalls einen Nachteil gegenüber dem Einsatz von Gaslampen dar.
• Wichtig für die hier dargestellte Erfindung ist ebenfalls die Tatsache, dass in den Einsatzbereichen von Gaslampen häufig zumindest lokal keine Anschlußmöglichkeit für elektrische Geräte besteht, oder kein öffentliches Netz verfügbar ist, wie das in vielen ländlichen Bereichen der Fall ist. Außerdem existieren weltweit noch große Landstriche, welche noch nicht über eine Versorgung über Stromnetze verfügen. Dies wird sich voraussichtlich auch in der näheren Zukunft nicht wesentlich ändern.
• Ein Mangel an elektrischer Versorgungsmöglichkeit erschwert nicht nur die Möglichkeit einer Beleuchtung mit Hilfe von Strom, sondern behindert auch gravierend den Einsatz moderner Kommunikationsmittel wie zum Beispiel Handys oder elektrische Navigationsgeräte. Dies stellt unter Umständen zusätzlich noch ein erhebliches Sicherheitsrisiko dar, insbesondere in abgelegenen einsamen Landstrichen. Dies wird um so gravierender je länger ein Aufenthalt in abgeschiedenen Situationen dauert, da eine Verfügbarkeit von entsprechenden Batterien nicht, oder nur begrenzt sein könnte. Batteriebetriebene Geräte sollten vorteilhafterweise über wiederaufladbare elektrische Speicher verfügen. Dies kann ohne Netzanbindung zum Beispiel durch Fotovoltaik erfolgen. Dabei ist man bisher in der Regel aber auf ausreichendes Tageslicht angewiesen. Über Nacht, mangelhaftem Tageslicht, oder bei trübem Wetter kann die Nutzung elektrischer Geräte drastisch erschwert werden, wenn es nicht gar unmöglich ist.
• Die Aufgabe der Erfindung ist es, die aufgezählten Probleme und Nachteile erheblich zu mildern oder zu beseitigen. Dies wird erreicht durch einen von Innen mit Fotovoltaik ausgestattet Hohlkörper, welcher definiert über eine Gaslampe gestellt werden kann. Eine Einstellbare Öffnung erlaubt es, den herausgelassenen Lichtanteil nach eigenem Ermessen selbst zu bestimmen. Der im Hohlkörper verbleibende Lichtstrom fällt im Inneren auf Fotovoltaikmodule, die das gefangene Licht zur Stromerzeugung nutzen.
• Diese Aufgabe wird durch den Aufbau mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
• Vorteilhaft ist dabei, dass damit sowohl eine gezielte Abschirmung nicht gebrauchten Lichts erfolgt, als auch eine Stromerzeugung zum Beispiel zur Aufladung von Batterien für Kommunikationsgeräte.
• Der Hohlkörper an sich sorgt für die Möglichkeit eventuell als störend empfundene überflüssige Raumausleuchtungen zu vermeiden. Das Licht kann teilweise gebündelt werden und durch eine einstellbare Öfihung gezielt für zum Beispiel Lesezwecke genutzt werden. Der störende Effekt auf schlafende Mitmenschen läßt sich allein damit beseitigen oder zumindest stark mindern.
• Ein weiterer erheblicher Vorteil stellt die Innenausstattung des Hohlkörpers mit Fotovoltaikelementen dar, weil das als überflüssig empfundene Licht nicht einfach nur von den Behälterwänden absorbiert wird, sondern nutzbringend gleichzeitig zur Stromerzeugung dienen kann.
• Die spezielle Gestaltung des Hohlkörpers als klappbarer Träger von Solarmodulen, erlaubt ein Höchstmaß an Flexibilität für dessen Nutzung. Abgesehen von den offensichtlichen Vorteilen einer klappbaren Konstruktion im Hinblick auf einen leichten Transport, kann diese mit Solarzellen ausgestattete Innenfläche des Hohlkörpers ausgebreitet werden, um auch bei Tageslicht Strom zu erzeugen.
• Zusammenfassend kann man festhalten, dass die Erfindung viele Vorteile in sich vereint. Die Möglichkeit Strom sowohl bei Tag als auch bei Nacht zu erzeugen, gepaart mit einer optimierten Nutzung von Gaslampen. Dadurch entsteht ein hohes Maß an Unabhängigkeit bei Reisen oder Aufenthalten an netzfernen Orten von einer allgemeinen Stromversorgung, um elektrische Kleinverbraucher der z. B. Navigations- und/oder Kommunikationstechnik nutzen zu können. Dadurch steigt sowohl der Komfort als auch die Sicherheit. Zu guter letzt wird auch der Primärenergieträger Gas effizienter nutzbar.
• B) Beispielbeschreibung
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert.
• Bild 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau und die Lichtabschirmfunktion.
• Bild 2 zeigt einen Blick auf die innere Rückwand mit Fotovoltaik.
• Im Bild 1 ist die Aufstellung einer Gaslampe im Innern des hier beispielhaft als Quader ausgeführten Hohlkörpers dargestellt. Auch andere Geometrie wie zum Beispiel Pyramiden oder Dreiecksprismen u. ä sind denkbar. Wichtig hierbei ist die Möglichkeit den Körper aus zusammenklappbaren Elementen zusammenzusetzen, so dass er im zusammengeklappten Zustand möglichst flach ist und leicht transportiert werden kann, ohne viel Volumen zu beanspruchen.
• Die Aufstellung solch eines Körpers ist relativ einfach. Die gegenseitige Arretierung der Seitenwände bei der Aufstellung kann zum Beispiel mit Hilfe von Druckknöpfen, Klettverschlüssen, Reißverschlüssen oder Steckverbindungen und ähnlichem erfolgen. Die Wände müssen steif genug sein, um einen stabilen formfesten Stand des Körpers zu erlauben. Man erkennt im Bild 1 eine Abschirmung des Gaslichts in fünf Richtungen. Nur aus der angedeuteten aufklappbaren (einstellbaren) Öffnungsrichtung kann das Licht zum Beispiel zur Ausleuchtung eines Buches entweichen. Der Öffnungswinkel soll vom Nutzer je nach Lichtverhältnis bzw. Leseanforderung oder Sehfähigkeit frei einstellbar sein. Die dabei gewählte Öffnung soll stabil einstellbar sein. Dies kann stetig fixierbar oder rasterartig realisiert werden. Ein zusätzlich angebrachter Feststellmechanismus, wie zum Beispiel Steckmechanismen oder schraubenartige mechanische Verklemmungen, kann hierbei unterstützend wirken.
• Die Festlegung der Größe eines derartigen Hohlkörpers erfolgt in Abstimmung mit der Größe der zugelassenen Gaslampe und der zu erwartenden Wärmeentwicklung bei maximal geschlossener Lichtöffnung. Die Größen der Behälter müssen den auf dem Markt erhältlichen Gaslampenmodellen aus Sicherheitsgründen zugeordnet werden, d. h. jeder Hohlkörperausführung ist eine Liste bzw. Aufstellung oder Definition der jeweils einsetzbaren (in der Regel genormten) Gaslampen beizufügen.
• Dieser der Sicherheit dienende Aspekt kann durch eine mechanische Codierung der Bodenplatte unterstützt werden, so das nur bestimmte geeignete Gasflaschen korrekt hineingestellt werden können. Dabei ist gleichzeitig die richtige Positionierung in der Mitte des Hohlraumes gewährleistet. Dies ist von Bedeutung, damit die Wände nicht zu nah an die heißen Zonen der Gaslampe herankommen. Die Innenwandtemperatur sollte im Dauerbetrieb nicht über 60°C steigen. Um eine Kontrolle zu ermöglichen, kann ein Temperaturfühler an der inneren Rückwand angebracht werden, der über ein kleines flaches Digitaldisplay eine Sicherheitsüberprüfung der Temperatur erlaubt. Diese Elemente können in die Behälterwände integriert eingebaut werden.
• Einen beispielhaften projizierenden Blick in den Hohlkörper hinein auf die Rück- und Seitenwände zeigt Bild 2. Man sieht in der Mitte die Gaslampe und dahinter in der Höhe des Strahlungskörpers ein Solarmodul. Dieses Fotovoltaikmodul ist stellvertretend für eine Vielzahl von Ausgestaltungsmöglichkeiten dargestellt.
• So können prinzipiell alle bestrahlten Seitenwände mit Solarmodulen ausgestattet werden. Sinnvoll ist es, die Körperwände direkt als Solarmodul-Material auszuführen. Die Größe der eingebrachte Solarmodul-Fläche kann je nach Modell unterschiedlich sein, je nach gewünschter elektrischer Leistung und/oder Verkaufspreis.
• Sollten Teile der Innenflächen nicht mit Solarzellen ausgestattet werden, so sollte das Wandmaterial möglichst wenig Licht absorbieren, also z. B. möglichst helle lichtabweisende Farbe.
• Mit Rücksicht auf die Funktionsfähigkeit der Solarzellen sollte die Temperatur im Inneren limitiert werden auf 60°C. Bei dieser Temperatur arbeiten die derzeit verfügbaren Solarmodule noch zuverlässig. Höhere Temperaturen reduzieren zunächst die Ausbeute an elektrischer Energie gefährden im Weiteren die Sicherheit.
• Aufgrund der Wärmeentwicklung der Gaslampe sollte das Fertigungsmaterial sehr temperaturbeständig sein, sowohl im Hinblick auf die Formstabilität als auch auf deren Brennbarkeit. Die Entflammbarkeit muß so gering wie möglich sein. Hier bietet der Stand der Technik der Werkstoffe ausreichende Möglichkeiten.
• Um die Temperatur bei minimaler Öfihung unter 60°C zu halten sind Lüftungsöffnungen an der Rückwand oben und unten beispielhaft im Bild 2 eingezeichnet. Dies hat einen konvektiven kühlenden Luftstrom an den Solarzellen vorbei zur Folge.
• Die Solarmodule sind durch in die Wände integrierte Kabelführungen miteinander verbindbar. An der Außenseite der Rückwand soll ein Anschluß für z. B. einen Laderegler für Batterien ausgeführt werden.
• Die Klappverbindung der Seitenwände soll so gestaltet sein, dass die Wände als zusammenhängende Fläche in einer Ebene ausgebreitet werden können, wobei die Solarzellen (Innenseiten) alle zu oberst zu liegen kommen. Dies ist wesentlich, um die Solarmodule bei Tageslicht zur Stromgewinnung ausbreiten zu können.
• Sollte ein Teil der solaraktiven Innenfläche ausfallen, aus welchen Gründen auch immer, ist es vorteilhaft, wenn die einzelnen Klappelement-Flächen herausgenommen werden können um sie auszutauschen. Dies ist mit Rücksicht auf die Kosten der Solarzellen eine sinnvolle Maßnahme.

Claims (16)

1. Eine Vorrichtung zur optimierten Nutzung von Licht von Gaslampen (Bild 1) dadurch gekennzeichnet, dass ein Hohlkörper über eine Gaslampe gestellt werden kann, um sowohl unerwünschte Lichtstrahlen auszublenden, als auch mit Hilfe eingebauter Fotovoltaik Strom erzeugen zu können.

2. Konstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände flexibel so aneinander befestigt sind, dass der Hohlkörper zusammen- bzw. aufgeklappt werden kann. Im zusammengeklappten Zustand soll der Körper flach und kompakt sein.

3. Arretierungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle zur Aufstellung erforderlichen Verbindungen der flexiblen Körper-Elemente nach Teilanspruch 2, stabil und formfest miteinander verbindbar sind. Diese Verbindungen sollen reversibel d. h. ebenso wieder lösbar sein zum Zusammenklappen.

4. Mechanische Codierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem Markt verfügbaren genormten Gaslampen in einer dafür definierten Position in der Mitte der Grundfläche des Hohlkörpers aufgestellt werden können, wobei sichergestellt werden soll, dass die Gaslampe und der Hohlkörper sicher aufeinander abgestimmt sind.

5. Einrichtung zur Stromerzeugung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseiten des Hohlkörpers teilweise oder ganz mit Solarzellen bzw. Solarmodule bestückt sind.

6. Vorrichtungen zur Stromerzeugung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzellen bzw. Solarmodule nach Teilanspruch 5 elektrisch miteinander verbunden sind, übergreifend über die flexiblen Teilelemente- bzw. Seitenflächen, wobei die Leitungen in dem Körperwandmaterial integriert sind.

7. Austauschmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Körperelemente nach Teilanspruch 2, insbesondere die Träger von solaraktiven Flächen, sollen im Falle von Fehlfunktionen zur Reparatur austauschbar sein. Dies betrifft sowohl die mechanischen als auch die elektrischen Verbindungen nach Teilanspruch 6.

8. Gestaltung der Innenwände nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nicht mit Solarzellen belegte Innenflächen nach Teilanspruch 2 möglichst wenig Licht absorbieren, d. h. von heller Farbe und lichtabweisender Oberfläche.

9. Anschluss zur Stromentnahme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine Anschlußmöglichkeit an einer Außenseite des Hohlkörpers befindet, integriert in das Wandmaterial, zum flexiblen Anschluß elektrischer Verbraucher.

10. Einrichtung zur Luftkühlung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich in der Rückwand und/oder Seitenwände des Hohlkörpers Lüftungslöcher befinden, welche eine konvektive kühlende Luftströmung längs der solaraktiven Flächen erlauben, um die Innentemperatur zu begrenzen.

11. Temperaturanzeige am Hohlkörper nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass Temperaturfühler an einer repräsentativen Stelle an der inneren Rückwand des Hohlkörpers die Information über die dort meßbare Temperatur an ein außen gut lesbares angebrachtes Display zur optischen Kontrolle weitergibt. Das Display soll in der Behälterwand integriert sein. Diese Einrichtung dient einer Kontrolle zur Erhöhung der Sicherheit.

12. Wandmaterial des Hohlkörpers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die solaraktiven Flächen nach Teilanspruch 5 in die Wände integriert sind, und dass das Material mit Rücksicht auf Teilanspruch 10 ausreichend temperaturstabil sind um alle beanspruchten Funktionen zu erfüllen, und dass es schwer entflammbar ist.

13. Öffnung des Hohlkörpers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrittsbereich für das Licht durch den Nutzer selbst nach Wunsch einstellbar ist, um die Helligkeit des auszuleuchtenden Bereichs beeinflussen zu können.

14. Öffnungsmechanismus des Hohlkörpers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gewünschte Öffnung ausreichend fixierbar ist, entweder in stetiger oder in gerasteter Weise.

15. Fixiervorrichtungen für die Öffnung des Hohlkörpers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Vorrichtungen in der Art mechanischer Steckvorrichtungen und/oder drehbarer Feststeller für eine ausreichend stabile Arretierung der Öffnungsklappen nach Teilanspruch 14 gewährleisten.

16. Ausführung des Klappmechanismus des Hohlkörpers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach Teilanspruch 2 der Körper so aufgeklappt und flach in einer Ebene ausgebreitet werden kann, in der Weise, dass alle solaraktiven Flächen nach oben weisen, damit auch Tageslicht möglichst effektiv zu Stromerzeugung genutzt werden können.