DE10319928A1

DE10319928A1 - Solar light feed-in appliance collecting diffused and/or directed solar light etc. and feeding it to consumer appliance e.g. solar electric generator

Info

Publication number: DE10319928A1
Application number: DE2003119928
Authority: DE
Inventors: Matthias Dipl.-Phys. Schäfer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-05-02
Filing date: 2003-05-02
Publication date: 2004-11-18

Abstract

Light feed-in appliance (1) comprises at least one reflector (2) and at least one optical fibre (4), treated with paint, which is surrounded by reflector, at least partly. Preferably appliance contains at least one transparent optical fibre (3).One end (5) of transparent optical fibre is so coupled to printed optical fibre that longitudinal axes of both optical fibre coincide at their connection point. Reflector may be funnel-shaped and both ends (9,10) of painted optical fibres may be mirror-coated. Independent claims are included for light feed-in module with several light feed-in appliances.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lichteinkopplungsvorrichtung nach Anspruch 1 sowie ein Lichteinkopplungsmodul nach Anspruch 13. Die Lichteinkopplungsvorrichtung und das Lichteinkopplungsmodul dienen insbesondere zum Sammeln von diffusem und/oder gerichtetem Licht, insbesondere Sonnenlicht, und zur Einkopplung dieses Lichts in einen Verbraucher.The The invention relates to a light coupling device according to claim 1 and a light coupling module according to claim 13. The light coupling device and the light coupling module are used in particular for collecting diffuse and / or directed light, especially sunlight, and for coupling this light into a consumer.

Die Bestrebungen, alternative Energien nutzbar zu machen, sind in den letzten Jahren enorm gestiegen. Insbesondere bei der Nutzung von Sonnenenergie stellt sich neben dem Ziel, die gesammelte Strahlung mit einem möglichst hohen Wirkungsgrad in elektrische oder Wärmeenergie umzuwandeln, die Aufgabe, möglichst viel Sonnenlicht zu sammeln und zu dem Verbraucher (Photovoltaikzellen, Sonnenkollektoren oder Ähnliches) zu transportieren.The Efforts to make alternative energies usable are in the has increased enormously in recent years. Especially when using Solar energy sets itself next to the goal, the collected radiation with one if possible convert high efficiency into electrical or thermal energy which Task, if possible collect a lot of sunlight and to the consumer (photovoltaic cells, solar panels or similar) to transport.

Eine einfache und Platz sparende Möglichkeit, Licht von einem Ort zu einem anderen zu transportieren, wird durch das Einkoppeln des Lichts in einen Lichtleiter (zum Beispiel Glasfasern) ermöglicht. Strahlen, welche in einem solchen Lichtleiter unter einem Winkel, der größer als der Grenzwinkel der Totalreflexion ist, auf die Grenzfläche des Lichtleiters zu einem optisch dünneren Medium (zum Beispiel Luft) treffen, werden an dieser Grenzfläche total reflektiert und können somit den Lichtleiter nicht verlassen. Es findet also ein Lichttransport innerhalb des Lichtleiters statt. Diese Transportmöglichkeit eignet sich besonders für gerichtetes Licht (zum Beispiel Laserstrahlung), da in diesem Fall die Verluste durch Austritt der Strahlen aus dem Lichtleiter klein sind. Zudem ist es mittels eines Lasers möglich, Licht einer hohen Lichtstärke in die Glasfaser einzukoppeln. Möchte man jedoch diffuses Sonnenlicht mit Hilfe einer solchen Glasfaser transportieren, stellt sich das Problem, dass in Folge des im Allgemeinen sehr kleinen Durchmessers einer Glasfaser nur wenig Licht in die Glasfaser eintritt. Es ist daher notwendig, das Sonnenlicht zur Einkopplung in die Glasfaser zu konzentrieren.A simple and space-saving possibility Transporting light from one place to another is done by coupling the light into an optical fiber (for example glass fibers) allows. rays which in such a light guide at an angle greater than that Limit angle of total reflection is on the interface of the Light guide to an optically thinner Medium (for example air) become total at this interface reflected and can thus do not leave the light guide. So there is a light transport held within the light guide. This transportation option is particularly suitable for directed light (for example laser radiation) because in this case the losses due to the rays emerging from the light guide are small are. In addition, it is possible to use a laser to emit light with a high light intensity Coupling in fiber optics. Would like to however, diffuse sunlight using such a glass fiber transport, the problem arises as a result of the general very small diameter of a glass fiber only little light into the Fiber optic entry. It is therefore necessary to use sunlight Focus coupling into the fiber.

Es sind fokussierende Systeme bekannt, wie zum Beispiel Hohlspiegel oder Linsen, mit deren Hilfe einfallendes Licht auf einen Punkt (Brennpunkt) konzentriert werden kann. Eine andere Möglichkeit, Sonnenlicht zu konzentrieren, stellen nicht fokussierende Systeme, wie zum Beispiel parabolische Lichtleitkammern (auch Compound Parabolic Concentrator CPC) dar. Dabei werden die Lichtstrahlen unter Erhöhung der Divergenz auf eine kleinere Fläche konzentriert. Die erhöhte Divergenz hat jedoch zur Folge, dass beim Einkoppeln dieses Lichts in eine Glasfaser hohe Verluste entstehen, da ein Großteil der Lichtstrahlen den Grenzwinkel der Totalreflexion unterschreitet. Das mit den genannten Vorrichtungen konzentrierte Licht ist daher nur in einem eng begrenzten Bereich nutzbar.It focusing systems are known, such as concave mirrors or lenses, with the help of incident light at one point (Focus) can be concentrated. Another possibility, Focus sunlight, make non-focusing systems, such as parabolic light guiding chambers (also compound parabolic Concentrator CPC). The light rays are increased while increasing the Divergence to a smaller area concentrated. The increased However, divergence has the consequence that when this light is coupled in high losses occur in a glass fiber, because a large part of the Light rays fall below the critical angle of total reflection. The light concentrated with the devices mentioned is therefore can only be used in a limited area.

Aus der DE 197 35 281 A1 ist bekannt, Glasfasern in ein trichterförmiges Ende auslaufen zu lassen, so dass die Eintrittsfläche des Lichts vergrößert wird und das Licht mittels des Glaskörpers gesammelt, konzentriert und in die Glasfaser eingekoppelt wird. Aus der US 6,037,535 ist des Weiteren bekannt, derartige Trichter mit Linsensystemen zu versehen, um so das einfallende Licht auf die Glasfaser zu fokussieren.From the DE 197 35 281 A1 It is known to let glass fibers run out into a funnel-shaped end, so that the entrance area of the light is enlarged and the light is collected, concentrated and coupled into the glass fiber by means of the glass body. From the US 6,037,535 it is also known to provide such funnels with lens systems so as to focus the incident light on the glass fiber.

Jedoch erhöht sich auch hier die Divergenz des eingestrahlten Lichts, so dass beim Einkoppeln des Lichts in die Glasfaser immer noch erhebliche Verluste stattfinden.however elevated the divergence of the incident light here too, so that there are still considerable losses when the light is coupled into the glass fiber occur.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Lichteinkopplungsvorrichtung vorzuschlagen, die mit Hilfe eines einfachen Aufbaus sowohl diffuses als auch gerichtetes Licht, insbesondere divergentes Licht, effektiv sammelt und an einem beliebigen Ort nutzbar macht.task the invention is therefore to propose a light coupling device, that with the help of a simple construction both diffuse and directional Light, especially divergent light, effectively collects and on one makes any place usable.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Lichteinkopplungsvorrichtung nach Anspruch 1 bzw. ein Lichteinkopplungsmodul nach Anspruch 13 gelöst.According to the invention Object by a light coupling device according to claim 1 or solved a light coupling module according to claim 13.

Die erfindungsgemäße Lichteinkopplungsvorrichtung umfasst zumindest eine Reflexionsvorrichtung und zumindest einen mit einem fluoreszierenden Farbstoff versetzten Lichtleiter, wobei die Reflexionsvorrichtung den mit Farbstoff versetzten Lichtleiter zumindest teilweise umgibt.The light coupling device according to the invention comprises at least one reflection device and at least one light guide mixed with a fluorescent dye, wherein the reflection device the light guide mixed with dye at least partially surrounds.

Die fluoreszierende Eigenschaft des im Lichtleiter enthaltenen Farbstoffs bewirkt, dass Licht eines bestimmten Wellenlängenbereichs von den Farbstoffmolekülen absorbiert und bei einer größeren Wellenlänge wieder emittiert wird. Dabei spielt es keine Rolle, ob es sich um divergentes oder gerichtetes Licht handelt. Die Emission des Fluoreszenzlichtes erfolgt dabei gleichmäßig in alle Raumrichtungen. Ein Teil des emittierten Lichts kann auf Grund von Totalreflexion am dünneren Medium den Lichtleiter nicht mehr verlassen und wird daher entlang des Lichtleiters transportiert. Die Reflexionsvorrichtung sorgt dafür, dass das in einem bestimmten Raumwinkel einfallende Sonnenlicht auf den mit dem Farbstoff versetzten Lichtleiter konzentriert wird, um somit möglichst viele Fluoreszenzprozesse zu bewirken. Durch die Kombination einer Reflexionsvorrichtung mit einem fluoreszierenden Lichtleiter ist es daher möglich, trotz Erhöhung der Divergenz in Folge der Reflexion der Lichtstrahlen an der Reflexionsvorrichtung eine hohe Lichtausbeute zu erzielen. Die Einkopplung des Lichts in den Lichtleiter erfolgt hier also nicht durch die sehr kleine Grundfläche des Lichtleiters, sondern über die gesamte bestrahlte Fläche des Lichtleiters infolge von Emissionsprozessen durch die im Lichtleiter vorhandenen Farbstoffmoleküle. Das im Lichtleiter „gefangene" Licht kann nun an beliebige Orte transportiert werden.The fluorescent property of the dye contained in the light guide means that light of a certain wavelength range is absorbed by the dye molecules and emitted again at a longer wavelength. It does not matter whether the light is divergent or directed. The fluorescent light is emitted evenly in all spatial directions. Part of the emitted light can no longer leave the light guide due to total reflection on the thinner medium and is therefore transported along the light guide. The reflection device ensures that the sunlight incident at a certain solid angle is concentrated on the light guide mixed with the dye in order to thus effect as many fluorescence processes as possible. By combining a reflection device with a fluorescent light guide, it is therefore possible to achieve a high light yield despite increasing the divergence as a result of the reflection of the light rays on the reflection device. The light is thus coupled into the light guide here not due to the very small footprint of the light guide, but over the entire irradiated area of the light guide as a result of emission processes due to the dye molecules present in the light guide. The light "caught" in the light guide can now be transported to any location.

Zur Reduzierung der Herstellungskosten ist es vorteilhaft, die Lichteinkopplungsvorrichtung mit zumindest einem transparenten Lichtleiter zu versehen, welcher mit einem seiner Enden mit dem mit Farbstoff versetzten Lichtleiter derart verbunden ist, dass die Längsachsen der Lichtleiter an der Verbindungsstelle übereinstimmen. Das Fluoreszenzlicht wird also von dem mit Farbstoff versetzten Lichtleiter in einen transparenten Lichtleiter eingekoppelt. Die Einkopplung erfolgt außerhalb des Bestrahlungsbereiches, so dass möglichst wenige Verluste durch die Ankopplung eines transparenten Lichtleiters an den mit Farbstoff versetzten Lichtleiter entstehen. Die Verwendung von fluoreszierenden Lichtleitern kann somit auf den bestrahlten Bereich eingeschränkt werden, während man für die Zuführung des Lichts zu den jeweiligen Verbrauchern konventionelle transparente Lichtleiter verwenden kann.to Reducing the manufacturing cost, it is advantageous to use the light coupling device to be provided with at least one transparent light guide, which with one of its ends with the light guide mixed with dye is connected such that the longitudinal axes the light guide at the connection point match. The fluorescent light will that is, from the light guide mixed with dye into a transparent one Optical fiber coupled. The coupling takes place outside of the radiation area, so that as few losses as possible through the coupling of a transparent light guide to the dye staggered light guides arise. The use of fluorescent Optical fibers can thus be restricted to the irradiated area, while one for the feeder of light to the respective consumers conventional transparent Light guide can use.

In einer bevorzugten Ausführung weist die Reflexionsvorrichtung eine Trichterform auf. Somit wird auf einfache Weise gewährleistet, dass ein Großteil der in die Reflexionsvorrichtung eintretenden Strahlung auf den mit Farbstoff versetzten Lichtleiter umgelenkt wird. Es sind jedoch auch pyramidale, konische, parabolische oder ähnliche Formen für die Reflexionsvorrichtung denkbar.In a preferred embodiment the reflection device has a funnel shape. Thus easily guaranteed that much of the radiation entering the reflection device onto the light guide mixed with dye is deflected. However, there are also pyramidal, conical, parabolic or similar shapes for the reflection device conceivable.

Da sich das Fluoreszenzlicht, welches in dem mit Farbstoff versetzten Lichtleiter konzentriert wurde, in beide Richtungen entlang des Lichtleiters ausbreitet, ist es vorteilhaft, den mit Farbstoff versetzten Lichtleiter an einem seiner Enden zu verspiegeln. Das auf das verspiegelte Ende treffende Licht wird an der Spiegelfläche reflektiert und in die andere Richtung geleitet. In diesem Fall erhöht sich die am anderen Ende austretende Lichtstärke.There the fluorescent light which is mixed with dye Optical fiber was focused in both directions along the Spreads light guide, it is advantageous to add the dye Mirroring the light guide at one of its ends. That on the mirrored The light striking the end is reflected on the mirror surface and into the headed another direction. In this case, the one at the other end increases emerging light intensity.

In einer besonders bevorzugten Ausführung der Lichteinkopplungsvorrichtung ist der mit Farbstoff versetzte Lichtleiter an beiden Enden mit jeweils einem transparenten Lichtleiter verbunden. Eine Verspiegelung eines Lichtleiterendes und die damit eventuell entstehenden Verluste (zum Beispiel durch eine ungleichmäßige Beschichtung des Lichtleiterendes) können so vermieden werden. Das Fluoreszenzlicht wird dann in zwei getrennten transparenten Lichtleitern transportiert.In a particularly preferred embodiment of the The light coupling device is the light guide mixed with dye connected at both ends with a transparent light guide. A mirroring of a light guide end and possibly with it resulting losses (for example due to an uneven coating of the light guide end) so be avoided. The fluorescent light is then separated into two transported transparent light guides.

In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die Lichteinkopplungsvorrichtung mehrere mit verschiedenen fluoreszierenden Farbstoffen versehene Lichtleiter, die parallel zueinander angeordnet sein können. Dies ermöglicht zum einen, dass durch diese Anordnung Licht verschiedener Farben zur Verfügung steht, und zum anderen, dass das von einem mit Farbstoff versehenen Lichtleiter austretende Fluoreszenzlicht, also Fluoreszenzlicht, welches den Grenzwinkel der Totalreflexion unterschreitet, von einem mit einem anderen Farbstoff versetzten Lichtleiter mit einer kleineren Absorptionskante wieder absorbiert werden kann. Mit anderen Worten wird durch die Anordnung von mehreren Lichtleitern mit unterschiedlichen Farbstoffen innerhalb einer Reflexionsvorrichtung nicht total reflektiertes Licht eines Lichtleiters durch weitere Absorptionsprozesse eines mit einem anderen Farbstoff versetzten Lichtleiters „recycelt".In A further development of the invention comprises the light coupling device several light guides provided with different fluorescent dyes, which can be arranged parallel to each other. This allows for one that by this arrangement light of different colors for disposal stands, and on the other hand, that the one provided with dye Fluorescent light emerging from the light guide, that is to say fluorescent light, which falls below the critical angle of total reflection, from one with another dye mixed light guide with a smaller one Absorbing edge can be absorbed again. In other words is achieved by the arrangement of several light guides with different Dyes not totally reflected within a reflection device Light from a light guide through further absorption processes "recycled" with another colored light guide.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist um den mit Farbstoff versetzten Lichtleiter eine Vielzahl von Reflexionsvorrichtungen angeordnet. Dies ermöglicht die Nutzung des Sonnenlichts aus einem möglichst großen Raumwinkel bei vergleichsweise geringer Bauhöhe der Anordnung.In a preferred embodiment is around the light guide mixed with dye a variety of Reflection devices arranged. This enables the use of sunlight from one if possible huge Solid angle with a comparatively low overall height of the arrangement.

Zur Vereinfachung der Montage und Erhöhung der Stabilität der Lichteinkopplungsvorrichtung ist es vorteilhaft, wenn die Reflexionsvorrichtungen miteinander verbunden sind. Dies kann nachträglich durch Verschweißen oder durch bekannte Befestigungsmittel geschehen, es ist jedoch auch denkbar, mehrere Reflexionsvorrichtungen bereits einstückig herzustellen, zum Beispiel mittels eines Stanzverfahrens.to Simplifying the assembly and increasing the stability of the light coupling device it is advantageous if the reflection devices are connected to one another are. This can be done subsequently weld together or done by known fasteners, but it is it is also conceivable to manufacture several reflection devices in one piece, for example using a stamping process.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Lichteinkopplungsvorrichtung ergibt sich, wenn sich die Grundflächen der Reflexionsvorrichtungen in einer Ebene befinden, das heißt, wenn die Symmetrieachsen der Reflexionsvorrichtungen parallel zueinander ausgerichtet sind, wobei die Reflexionsvorrichtungen alle auf einer Höhe abschließen. Somit ergibt sich eine lineare oder flächige Anordnung mit einer Höhe in der Größenordnung der Höhe der Reflexionsvorrichtungen.A particularly advantageous embodiment the light coupling device results when the base of the Reflection devices are in one plane, that is, if the axes of symmetry of the reflection devices parallel to each other are aligned, the reflection devices all on one Complete height. Consequently there is a linear or flat Arrangement with a height in the order of magnitude the amount of Reflection devices.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind die Reflexionsvorrichtungen gegeneinander neigbar ausgeführt. Es ergibt sich somit eine leporelloartige Anordnung der Reflexionsvorrichtungen. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn nicht genügend Platz für die Lichteinkopplungsvorrichtung in der zuvor beschriebenen Form vorhanden ist oder wenn hauptsächlich von der Seite einfallendes Licht genutzt werden soll, zum Beispiel in den Abendstunden.In another embodiment According to the invention, the reflection devices can be tilted towards one another executed. This results in a fan-like arrangement of the reflection devices. This is particularly advantageous if there is not enough space for the light coupling device is in the form described above or if mainly from side light should be used, for example in the evening hours.

Hinsichtlich einer leichten Handhabbarkeit ist es vorteilhaft, wenn die Reflexionsvorrichtung aus einer verspiegelten Folie gefertigt ist. Eine solche Reflexionsvorrichtung ist flexibel und weist nur ein geringes Gewicht auf. Die Reflexionsvorrichtung kann beispielsweise auch aus einem Glaskörper, einem Körper aus poliertem Aluminium oder aus verspiegeltem Kunststoff hergestellt sein.With regard to easy handling, it is advantageous if the reflection device is made from a mirrored film. Such a reflection device is flexible and is light in weight. The reflection device can for example, be made of a glass body, a body made of polished aluminum or mirrored plastic.

Abweichend von einer totalverspiegelten Ausbildung der Reflexionsvorrichtung kann die Reflexionsvorrichtung in einer weiteren Ausführungsform zumindest teilweise halbdurchlässig verspiegelt sein. Somit ist es möglich, auch bei nicht gegeneinander geneigten Reflexionsvorrichtungen seitlich einfallendes Licht optimal zu nutzen. Bei einer flächigen Anordnung der Reflexionsvorrichtungen ist es dabei ausreichend, wenn die im Randbereich angeordneten Reflexionsvorrichtungen halbdurchlässig verspiegelt sind.deviant from a totally mirrored design of the reflection device In a further embodiment, the reflection device can at least partially semi-permeable be mirrored. So it is possible even with reflection devices that are not inclined towards each other optimal use of incident light. With a flat arrangement the reflection devices, it is sufficient if the im Reflection devices arranged semi-transparent mirrored edge region are.

Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Lichteinkopplungsmodul, umfassend eine Vielzahl von Lichteinkopplungsvorrichtungen, wie sie zuvor beschrieben wurden, wobei die Reflexionsvorrichtungen der Lichteinkopplungsvorrichtungen matrixartig angeordnet sind. Durch das Zusammenfügen von einzelnen Lichteinkopplungsvorrichtungen sind Lichteinkopplungsmodule beliebiger Größe realisierbar, welche beispielsweise auf dem Dach eines Gebäudes montiert werden können. Die matrixartige Anordnung der Lichteinkopplungsvorrichtungen, welche sozusagen als Bausteine für das Lichteinkopplungsmodul dienen, gewährleistet eine kompakte Form des Lichteinkopplungsmoduls.The The invention further relates to a light coupling module comprising a variety of light coupling devices as before have been described, the reflection devices of the light coupling devices are arranged in a matrix. By assembling individual light coupling devices light coupling modules of any size can be implemented, for example on the roof of a building can be assembled. The matrix-like arrangement of the light coupling devices, so to speak as building blocks for serve the light coupling module, ensures a compact form of the Lichteinkopplungsmoduls.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden die transparenten Lichtleiter zu einer reduzierten Anzahl von transparenten Lichtleitern zusammengeführt. Dies hat zum einen Platz- und Materialersparnis zur Folge, zum anderen bewirkt es auch, dass die Lichtstärke innerhalb einer Glasfaser erhöht wird. Somit kann das von einer Vielzahl an Lichteinkopplungsvorrichtungen gesammelte Licht auf eine kleine Fläche, beispielsweise auf Solarzellen, geleitet werden, was eine effektivere Ausnutzung der Solarzellen zur Folge hat. Vor allem aber ermöglicht die konzentrierte Beaufschlagung des aus einem großen Raumwinkel gesammelten Sonnenlichts auf eine kleine Solarzellenfläche eine Miniaturisierung der benötigten Solarzellenmodule.In a particularly preferred embodiment the transparent light guides become a reduced number brought together by transparent light guides. On the one hand, this has and material savings, on the other hand it also causes the light intensity increased within an optical fiber becomes. This can be done by a variety of light coupling devices collected light on a small area, for example on solar cells, be guided, resulting in more effective use of solar cells has the consequence. Above all, the concentrated application enables of a big one Solid angle collected sunlight on a small area of solar cells Miniaturization of the required Solar cell modules.

Neben der oben beschriebenen Anordnung einer Lichteinkopplungsvorrichtung, welche mehrere mit verschiedenen fluoreszierenden Farbstoffen versetzte Lichtleiter umfasst, ist es auch denkbar, ein Lichteinkopplungsmodul zu fertigen, in welchem mehrere Lichteinkopplungsvorrichtungen angeordnet sind, deren Lichtleiter mit jeweils unterschiedlichen fluoreszierenden Farbstoffen versetzt sind, also zumindest zwei Lichtleiter mit Farbstoffen versetzt sind, die sich voneinander unterscheiden. Mit einer solchen Vorrichtung ist demnach eine Farbmischung möglich, auch wenn sich jeweils nur ein mit einem Farbstoff versetzter Lichtleiter in jeder Lichteinkopplungsvorrichtung des Lichteinkopplungsmoduls befindet.Next the arrangement of a light coupling device described above, which mixed several with different fluorescent dyes Includes light guide, it is also conceivable a light coupling module to manufacture, in which a plurality of light coupling devices are arranged are whose light guides with different fluorescent Dyes are mixed, i.e. at least two light guides with dyes that are different from each other. With one Device is therefore a color mixture possible, even if each only one light guide mixed with a dye in each light coupling device of the light coupling module.

Eine Farbmischung des Fluoreszenzlichtes verschiedener Wellenlängen ist beispielsweise bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Lichteinkopplungsmoduls zur Beleuchtung von Räumen, insbesondere Büroräumen, wünschenswert, da in solchen Räumen meist weißes Licht benötigt wird. Jedoch sind auch Anwendungen denkbar, bei denen die Einkopplung von einfarbigem Licht ausreichend ist, wie zum Beispiel bei der Ausleuchtung von speziellen Laborräumen (Gelbräumen) oder für Objektbeleuchtungen.A Color mixing of the fluorescent light of different wavelengths is for example when using the light coupling module according to the invention for lighting rooms, especially office space, desirable, there in such rooms mostly white Light needed becomes. However, applications are also conceivable in which the coupling of single-color light is sufficient, such as the Illumination of special laboratory rooms (yellow rooms) or for object lighting.

Eine besonders bevorzugte Verwendung des Lichteinkopplungsmoduls stellt die Zuführung von Licht auf Energie umwandelnde Vorrichtungen dar. Als Lichtenergie umwandelnde Vorrichtungen sind vor allem Sonnenkollektoren und Photovoltaikzellen bekannt. Speziell bei den zuletzt Genannten ergeben sich durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Lichteinkopplungsmoduls erhebliche Vorteile. So kann mit Hilfe des Lichteinkopplungsmoduls die Bestrahlung der Photovoltaikzellen indirekt erfolgen, das heißt, die Photovoltaikzellen müssen nicht unbedingt im Freien montiert sein, sondern können sich im Inneren eines Gebäudes befinden und werden dort mit dem durch die Glasfasern transportierten Licht bestrahlt. Somit kann der bei Photovoltaikzellen sehr aufwändige Schutz vor Witterung und Feuchtigkeit entfallen oder zumindest minimiert werden. Zudem wird durch die Konzentration des Sonnenlichts auf den sehr kleinen Querschnitt der Glasfaser eine wesentlich geringere Größe eines Photovoltaikzellenmoduls benötigt, was wiederum Platz und Herstellungskosten einspart.A particularly preferred use of the light coupling module the feeder devices converting from light to energy. As light energy converting devices are mainly known solar panels and photovoltaic cells. In the case of the latter, the use results in particular of the light coupling module according to the invention significant benefits. So with the help of the light coupling module the radiation of the photovoltaic cells takes place indirectly, that is, the Photovoltaic cells have to not necessarily be installed outdoors, but can be inside a building are and are transported there by the glass fibers Illuminated light. This means that the protection required for photovoltaic cells can be very complex against weather and moisture, or at least minimized become. In addition, the concentration of sunlight on the very small cross section of the glass fiber a much smaller Size one Photovoltaic cell module required, which in turn saves space and manufacturing costs.

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit des Lichteinkopplungsmoduls ist beispielsweise die Verwendung bei optischen Analysegeräten. So ist zum Beispiel die Beleuchtung von Mikroskopen und der Einsatz als optische Sonde denkbar. Bei Wahl eines Lichtleiters mit genügend niedrigem Dampfdruck können mittels eines solchen Lichteinkopplungsmoduls beispielsweise auch Vakuumanlagen platzsparend von innen beleuchtet werden.A further application of the light coupling module is, for example, the use of optical analyzers. This is, for example, the lighting of microscopes and their use conceivable as an optical probe. When choosing a light guide with a sufficiently low one Steam pressure can by means of such a light coupling module, for example Vacuum systems are illuminated from the inside to save space.

Selbstverständlich ist die Nutzung des Lichteinkopplungsmoduls nicht auf eine der zuvor beschriebenen Anwendungsmöglichkeiten beschränkt. Auch eine Kombination verschiedener Anwendungen ist zur effektiven Nutzung des Sonnenlichts denkbar.It goes without saying the use of the light coupling module not on one of the previously described possible applications limited. Also a combination of different applications is for effective use of sunlight conceivable.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Lichteinkopplungsvorrichtung bzw. des Lichteinkopplungsmoduls unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.following become preferred embodiments the light coupling device or the light coupling module explained in more detail with reference to the drawings.

Es zeigen:It demonstrate:

1 einen Querschnitt einer Lichteinkopplungsvorrichtung mit dem darin verlaufenden Strahlengang; 1 a cross section of a light coupling device with the beam path running therein;

2 eine Lichteinkopplungsvorrichtung in einer ersten Ausführungsform mit einem verspiegelten Lichtleiterende; 2 a light coupling device in a first embodiment with a mirrored light guide end;

3 eine Lichteinkopplungsvorrichtung in einer weiteren Ausführungsform, umfassend mehrere Reflexionsvorrichtungen in einer linearen Anordnung; 3 a light coupling device in a further embodiment, comprising a plurality of reflection devices in a linear arrangement;

4 eine Lichteinkopplungsvorrichtung in einer weiteren Ausführungsform, umfassend mehrere Reflexionsvorrichtungen in einer winkeligen Anordnung; 4 a light coupling device in a further embodiment, comprising a plurality of reflection devices in an angular arrangement;

5 einen Querschnitt eines auf einem Gebäude installierten Lichteinkopplungsmoduls. 5 a cross section of a light coupling module installed on a building.

1 zeigt den Strahlengang des in die Lichteinkopplungsvorrichtung einfallenden Lichts. Die einfallende Strahlung 20 trifft auf die Reflexionsvorrichtung 2 und wird von dieser auf den mit Farbstoff versetzten Lichtleiter 4 reflektiert, in welchem die einfallende Strahlung 20 größ tenteils von den Farbstoffmolekülen 14 absorbiert und bei einer größeren Wellenlänge emittiert wird (Fluoreszenzstrahlung). Ein großer Teil dieser Fluoreszenzstrahlung kann den mit Farbstoff versetzten Lichtleiter auf Grund von Totalreflexion am dünneren Medium 21 (zum Beispiel Luft) nicht mehr verlassen. Die total reflektierte Fluoreszenzstrahlung 16 wird daher entlang des Lichtleiters 4 transportiert. Lediglich die Fluoreszenzstrahlung, welche den Grenzwinkel der Totalreflexion unterschreitet, verlässt als Verluststrahlung 17 den Lichtleiter 4. Der Grenzwinkel der Totalreflexion sowie die Größe der auftretenden Verluste sind abhängig von den Materialeigenschaften, insbesondere der Brechzahl des Lichtleiters 4 und des umgebenden Mediums 21. Bei Verwendung von PMMA (Polymethylmetacrylat) als Lichtleitermaterial und Luft als umgebendes Medium 21 ergibt sich bei einer hundertprozentigen Quantenausbeute durch die fluoreszierenden Moleküle 14 durch Reflexion beim Eintritt der einfallenden Strahlung 20 in den mit Farbstoff versetzten Lichtleiter 4 und durch nicht total reflektierte Fluoreszenzstrahlen 17 ein Verlust von etwa 28 %. 1 shows the beam path of the light incident in the light coupling device. The incident radiation 20 strikes the reflection device 2 and is from this to the light guide mixed with dye 4 reflected in which the incident radiation 20 mostly from the dye molecules 14 is absorbed and emitted at a longer wavelength (fluorescent radiation). A large part of this fluorescence radiation can the light guide mixed with dye due to total reflection on the thinner medium 21 (for example air) no longer leave. The totally reflected fluorescence radiation 16 is therefore along the light guide 4 transported. Only the fluorescent radiation, which falls below the critical angle of the total reflection, leaves as loss radiation 17 the light guide 4 , The critical angle of total reflection and the size of the losses that occur depend on the material properties, in particular the refractive index of the light guide 4 and the surrounding medium 21 , When using PMMA (polymethyl methacrylate) as light guide material and air as the surrounding medium 21 with a 100% quantum yield results from the fluorescent molecules 14 by reflection when the incident radiation enters 20 into the fiber-optic fiber 4 and by not totally reflected fluorescent rays 17 a loss of about 28%.

2 zeigt eine Lichteinkopplungsvorrichtung 1 mit einer trichterförmigen Reflexionsvorrichtung 2 und einem mit Farbstoff versetzten Lichtleiter 4, welcher entlang der Symmetrieachse der Reflexionsvorrichtung 2 angeordnet ist und an einem Ende 9 mit einem Ende 5 eines transparenten Lichtleiter 3 verbunden ist. Das andere Ende 10 des mit Farbstoff versetzten Lichtleiters 4 ist mit einer Spiegelbeschichtung 18 versehen, so dass die in Richtung des Endes 10 des Lichtleiters 4 transportierte Strahlung an der Spiegelbeschichtung 18 reflektiert und in Richtung des transparenten Lichtleiters 3 geleitet wird. 2 shows a light coupling device 1 with a funnel-shaped reflection device 2 and a light guide mixed with dye 4 , which along the axis of symmetry of the reflection device 2 is arranged and at one end 9 with one end 5 of a transparent light guide 3 connected is. The other end 10 of the light guide mixed with dye 4 is with a mirror coating 18 provided so that towards the end 10 of the light guide 4 transported radiation on the mirror coating 18 reflected and towards the transparent light guide 3 is directed.

3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der beide Enden 9, 10 des mit Farbstoff versetzten Lichtleiters 4 mit jeweils einem transparenten Lichtleiter 3 verbunden sind, welche zu einem weiteren transparenten Lichtleiter 7 zusammengeführt werden. Die im Lichtleiter 4 total reflektierte Fluoreszenzstrahlung 16 breitet sich demnach in beide Richtungen entlang des Lichtleiters 4 aus. Die in 3 gezeigte Lichteinkopplungsvorrichtung 1 umfasst mehrere Reflexionsvorrichtungen 2, welche linear nebeneinander angeordnet sind, so dass die Symmetrieachsen 8 der Reflexionseinrichtungen 2 jeweils parallel zueinander angeordnet sind und die Grundflächen 12 der Reflexionsvorrichtungen 2 sich in einer Ebene befinden. Die Reflexionsvorrichtungen 2 sind hier mit einem die Reflexionsvorrichtungen 2 umgebenden Rahmen 23 verbunden. Der mit Farbstoff versetzte Lichtleiter 4 ist bei dieser Anordnung schlangenlinienförmig durch die Reflexionsvorrichtungen 2 geführt. Die Anzahl der dabei verwendeten Reflexionsvorrichtungen ist im Prinzip beliebig, so dass mit lediglich zwei Ankopplungsstellen 13 des mit Farbstoff versetzen Lichtleiters 4 an die transparenten Lichtleiter 3 Sonnenlicht eines großen Raumwinkels gesammelt werden kann. Eine Minimierung der Ankopplungsstellen ist insofern wünschenswert, als dass Kopplungsstellen immer mit zumindest kleinen Verlusten behaftet sind. 3 shows an embodiment of the invention in which both ends 9 . 10 of the light guide mixed with dye 4 each with a transparent light guide 3 which are connected to a further transparent light guide 7 be brought together. The one in the light guide 4 totally reflected fluorescence radiation 16 therefore spreads in both directions along the light guide 4 out. In the 3 shown light coupling device 1 includes several reflection devices 2 , which are arranged linearly next to each other, so that the axes of symmetry 8th of the reflection devices 2 are arranged parallel to each other and the base areas 12 of the reflection devices 2 are on one level. The reflection devices 2 here are the reflection devices with one 2 surrounding frame 23 connected. The light guide mixed with dye 4 is serpentine in this arrangement through the reflection devices 2 guided. In principle, the number of reflection devices used is arbitrary, so that with only two coupling points 13 of the light guide mixed with dye 4 to the transparent light guides 3 Sunlight of a large solid angle can be collected. A minimization of the coupling points is desirable insofar as coupling points are always subject to at least small losses.

Um die Flexibilität und Einsatzmöglichkeiten der Lichteinkopplungsvorrichtung 1 zu erhöhen, können die Reflexionsvorrichtungen 2 zueinander neigbar ausgeführt sein, wie in 4 dargestellt. Es bildet sich dann eine leporelloartige Anordnung, deren Neigungswinkel vom Öffnungswinkel der Reflexionsvorrichtungen 2 begrenzt ist. Auf Grund der hohen Flexibilität dünner Lichtleiter ist eine Winkelveränderung der Reflexionsvorrichtungen 2 zueinander möglich, ohne den Lichtleiter 4 aus der Vorrichtung zu entfernen. Auf diese Weise kann der Platzverbrauch eines Lichteinkopplungsmoduls 1 mit Reflexionsvorrichtungen 2 einer definierten Größe eingeschränkt werden.The flexibility and possible uses of the light coupling device 1 can increase the reflection devices 2 be designed inclinable to each other, as in 4 shown. A leporello-like arrangement then forms, whose angle of inclination depends on the opening angle of the reflection devices 2 is limited. Due to the high flexibility of thin light guides, there is a change in the angle of the reflection devices 2 possible to each other without the light guide 4 to remove from the device. In this way, the space consumption of a light coupling module 1 with reflection devices 2 of a defined size.

Durch die Aneinanderkopplung vieler solcher Lichteinkopplungsvorrichtungen 1 wird ein Lichteinkopplungsmodul 11 gebildet. Dieses kann ein hier nicht näher dargestelltes Gehäuse umfassen, in welchem die Lichteinkopplungsvorrichtungen 1 aufgenommen werden.By coupling many such light coupling devices together 1 becomes a light coupling module 11 educated. This can include a housing, not shown here, in which the light coupling devices 1 be included.

5 zeigt einen Querschnitt eines auf einem Dach 29 installierten Lichteinkopplungsmoduls 11, in dem einzelne Lichteinkopplungsvorrich tungen 1 aneinander gereiht sind. Am Modulausgang wird das gesammelte Licht mittels einer oder mehrerer Glasfasern 3 in ein Gebäude geleitet. Die gesammelte Fluoreszenzstrahlung 16 kann nun beispielsweise zur Tageslichtbeleuchtung in einem Gebäude verwendet werden. Dabei ist es denkbar, das Licht über eine Vielzahl von Glasfasern in den zu beleuchtenden Raum 28 zu leiten, so dass die Beleuchtung über eine Vielzahl von punktförmigen Lichtquellen erfolgt. Es ist jedoch auch denkbar, das Licht in einer oder in wenigen Glasfasern zu konzentrieren und mittels einer Streuvorrichtung 27 in dem zu beleuchtenden Raum 28 zu verteilen. Weitere Anwendungsbeispiele des beschriebenen Lichteinkopplungsmoduls sind die Nutzung des konzentrierten Lichts für Photovoltaikzellen 25 zur Umwandlung in elektrische Energie oder die Nutzung für Sonnenkollektoren 26 zur Umwandlung in thermische Energie. Mit geeigneten Schaltelementen lassen sich alle drei Anwendungsbeispiele beliebig regelbar in einem Gebäude realisieren. So könnte im Sommer beispielsweise das von dem Lichteinkopplungsmodul 11 konzentrierte Licht voll zur Tageslichtbeleuchtung und zur Erzeugung elektrischer Energie genutzt werden, während es im Winter hauptsächlich zur Erzeugung thermischer Energie dienen könnte. Aus 5 ist ersichtlich, dass bei Verwendung des erfindungsgemäßen Lichteinkopplungsmoduls 11 die Photovoltaikzellen 25 bzw. die Sonnenkollektoren 26 sich nicht, wie sonst üblich, auf dem Dach 29 des Hauses befinden müssen, sondern in einem beliebigen Raum, beispielsweise im Keller 30 oder auf dem Dachboden, untergebracht werden können. 5 shows a cross section of one on a roof 29 installed light coupling module 11 , in which individual light coupling devices 1 are strung together. At the module exit, the collected light is conveyed using one or more glass fibers 3 headed into a building. The collective fluorescence radiation 16 can now be used for daylight lighting in a building, for example. It is conceivable for the light to enter the room to be illuminated via a large number of glass fibers 28 to guide, so that the lighting is carried out via a variety of point light sources. However, it is also conceivable to concentrate the light in one or a few glass fibers and by means of a scattering device 27 in the room to be illuminated 28 to distribute. Further application examples of the light coupling module described are the use of concentrated light for photovoltaic cells 25 for conversion into electrical energy or use for solar panels 26 for conversion into thermal energy. With suitable switching elements, all three application examples can be implemented in a building in any way. In summer, for example, this could be the light coupling module 11 concentrated light can be used fully for daylight lighting and for the generation of electrical energy, whereas in winter it could mainly be used for the generation of thermal energy. Out 5 it can be seen that when using the light coupling module according to the invention 11 the photovoltaic cells 25 or the solar panels 26 not, as usual, on the roof 29 of the house, but in any room, for example in the basement 30 or in the attic.

Es versteht sich von selbst, dass die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern im Rahmen der Beschreibung und der nachfolgenden Ansprüche beliebig variierbar ist.It it goes without saying that the invention is not based on the described embodiments limited is, but within the scope of the description and the following claims is variable.

Claims

Light coupling device ( 1 ) with at least one reflection device ( 2 ) and at least one light guide mixed with a fluorescent dye ( 4 ), the reflection device ( 1 ) the light guide mixed with dye ( 4 ) at least partially surrounds.

Light coupling device ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the light coupling device ( 1 ) at least one transparent light guide ( 3 ) which, with one of its ends ( 5 . 6 ) with the light guide mixed with dye ( 4 ) is connected in such a way that the longitudinal axes of the light guides ( 3 . 4 ) at the junction ( 13 ) to match.

Light coupling device ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the reflection device ( 2 ) is funnel-shaped.

Light coupling device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the light guide mixed with dye ( 4 ) at one of its ends ( 9 . 10 ) is mirrored.

Light coupling device ( 1 ) according to claim 2 or 3, characterized in that the light guide mixed with dye ( 4 ) at both ends ( 9 . 10 ) each with a transparent light guide ( 3 ) connected is.

Light coupling device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the light coupling device ( 1 ) several light guides provided with different dyes ( 4 ) includes.

Light coupling device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that around the light guide mixed with dye ( 4 ) a variety of reflection devices ( 2 ) is arranged.

Light coupling device ( 1 ) according to claim 7, characterized in that the reflection devices ( 2 ) are connected.

Light coupling device ( 1 ) according to claim 7 or 8, characterized in that the reflection devices ( 2 ) are arranged in such a way that the base areas ( 12 ) of the reflection devices ( 2 ) are on one level.

Light coupling device ( 1 ) according to one of claims 7 to 9, characterized in that the reflection devices ( 2 ) are designed inclinable against each other.

Light coupling device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the reflection devices ( 2 ) are made of a mirrored film.

Light coupling device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the reflection devices ( 2 ) are mirrored semi-transparent.

Light coupling module ( 11 ) comprising a large number of light coupling devices ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the reflection devices ( 2 ) of the light coupling devices ( 1 ) are arranged in a matrix.

Light coupling module ( 11 ) according to claim 13, characterized in that the transparent light guide ( 3 ) to a reduced number of transparent light guides ( 7 ) are brought together.

Light coupling module ( 11 ) according to claim 13 or 14, characterized in that the light coupling module ( 11 ) Light coupling devices ( 1 ), whose light guides ( 4 ) are mixed with different dyes.

Light coupling module ( 11 ) according to one of claims 13 to 15, characterized in that the light coupling module ( 11 ) is used to illuminate rooms.

Light coupling module ( 11 ) according to one of claims 13 to 16, characterized in that the light coupling module ( 11 ) is used in the supply of light to energy converting devices.

Light coupling module ( 11 ) according to one of claims 13 to 17, characterized in that the light coupling module ( 11 ) is used in optical analyzers.