DE8506917U1 - Durch Solarenergie betriebene Beleuchtungseinrichtung - Google Patents

Description

Pierre Saclier, P.O.Box 1912, Bujumbura, Burundi Durch Solarenergie betriebene Beleü'chtungseinrichtung

Die Neuerung geht aus von einer durch Solarenergie betriebenen Beleuchtungseinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Schutzanspruchs 1.

In den EritwicklüriysläriueETi ex'fuiyfc die häusliche Beleuchtung im ländlichen Bereich und selbst in Städten noch üblicherweise mittels Petroleumlampen, und zwar entweder, weil ein Netz zur Verteilung elektrischer Energie oder den Haushalten die Geldmittel fehlen, um an dieser Form und diesem Niveau der Energieversorgung teilzunehmen. Diese Art der Beleuchtung mittels Petroleum hat den Nachteil der verhältnismäßig hohen Betriebskosten als Folge des Verkaufspreises des im wesentlichen bis ins Detail kommerzialisierten Petroleums. Darüber hinaus weist das von derartigen Lampen erzeugte Licht relativ geringe Intensität auf.

Die Verwendung von mit Gas betriebenen tragbaren Beleuchtungseinrichtungen gestattet es zwar, eine Beleuchtung mit besserer Qualität zu erhalten, jedoch sind hiermit noch viel größere Betriebskosten verbunden, was im allgemeinen als prohibitiv angesehen wird. Stablampen mit Batterien kommen nur für einen intermittierenden Betrieb in Betracht, während ein Dauergebrauch infolge der damit verbundenen Kosten weitgehend ausgeschlossen ist.

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Aufgabe der Neuerung ist es deshalb, eine kompakte und robuste Beleuchtungseinrichtung zu schaffen, die modular aufgebaut und extrem einfaoh zu handhaben ist, wobei eine Beleuchtung bzw. ein Licht erzeugt wird, das, verglichen mit dem von einer Petroleumlampe erzeugten deutlich besser ist.

Diese Aufgabe wird mittels einer durch den Anspruch 1 gekennzeichneten Bslsuchtun^ssinrichtun" "gIö"*" £■* — ne solchermaßen ausgestaltete Beleuchtungseinrichtung hat den Vorteil, daß sie individuell auch beim Fehlen eines Stromverteilernetzes,, beispielsweise im Gebirge, bei der Schiffahrt mit Motor- und Segelschiffen . oder in ländlicher Umgebung eingesetzt werden kann.

Eine insbesondere interessante Anwendung der neuerungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung besteht darin, den häuslichen Beleuchtungsbedarf niederer Bevölkerungsschichten bestimmter Entwicklungsländer zu befriedigen, in denen die Verwendung von Sonnenenergie besonders begünstigende allgemeine klimatische Verhältnisse vorliegen.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Beleuchtungseinrichtung autonom und tragbar und weist geringe Abmessungen auf, so daß es leicht möglich ist, sie von einer Stelle zu einer anderen Stelle innerhalb der Wohnzone zu schaffen.

Die neuerungsgemäße durch Solarenergie betriebene Beleuchtungseinrichtung verwendet einen fotovoltaischen Wandler, dem ein elektrische Energie speichender Akkumulator zugeordnet ist. Sie enthält ferner eine über

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einen dazwischengeschalteten Oszillatorkreis mit dem Akkumulator verbundene Leuchtstofflampe. Die Einrichtungen zum Steuern/ überwachen und 'Regeln sind auf ein Minimum reduziert, um den einfachen Charakter der Einrichtung beizubehalten. Deshalb enthält die neuerungsgemäße Beleuchtungseinrichtung auch einen einfachen Trennschalter, der von einem selbsttätig arbeitenden Schaltkreis gefolgt ist, durch den die

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Spannung unter einen vorbestimmten Grenzwert fällt. Eine in Rückwärtsrichtung sperrende Diode liegt vorzugsweise in Serie zu den Ausgangsanschlüssen des fotovoltagen Wandlers und stellt praktisch das einzige Regelglied dar. Vorzugsweise enthält die neuerungsgemäße Beleuchtungseinrichtung keinerlei Einrichtung zum Regeln des Ladezustands des Akkumulators.

Es ist günstig, wenn der Akkumulator für die elektrische Energie eine wartungsfreie Bleibatterie ist. Es versteht sich indessen, daß auch andere Akkumulatoren, beispielsweise Nickelkadmiumakkumulatoren, in gleicher Weise eingesetzt werden können.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Neuerung ist die Beleuchtungseinrichtung als tragbares Modul ausgeführt, das die verschiedenen Baugruppen enthält. Das Modul weist ein Gehäuse auf, auf dessen einer Seite ein Paneel mit einer Vielzahl fotovoltaischer Zellen oder Elemente angebracht ist, während eine gegenüberliegende Fläche die lichtaussendende Leuchtstofflampe trägt. Die tragbare Beleuchtungseinrichtung kann demzufolge aus einer Stellung für den Tagbetrieb, der eine maximale Sonnenbestrahlung des fotovoltaischen Paneels ermöglicht, in eine Stellung für den Nachtbetrieb überführt werden, in der die ge-

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"wünschte Beleuchtung mittels der Leuchtstofflampe erzielt wird.

Bei gewissen Anwendungsfällen hingegen kann ein Kompromiß zwischen einem derartigen vollständig tragbaren Gerät und einem integrierten Beleuchtungseystern günstig sein. Um dieses komplementäre Problem eu lösen, enthält bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel die nsuerungsgsrr.HSs Beleuchtungseinrichtung ein Paneel mit einer Vielzahl fotovoltaischer Zellen,

, das fest an einer Stelle angebracht ist, die während

des Tages eine maximale Beleuchtung gewährleistet.

, Das Paneel ist an einen Klemmkasten angeschlossen,

■lit dem wiederum die Anschlüsse mehrerer individuell tragbarer Module verbindbar sind, von denen jedes einen Akkumulator und wenigstens eine lichtaussendende Leuchtstofflampe sowie einen Oszillatorschaltkreis dieser Lampen enthält. Die tragbaren Module sind nunmehr während der Phase der täglichen Sonnenbestrahlung an den Klemmenkasten angeschlossen und können anschließend während der Nachtphase dazu verwendet werden, die unterschiedlichen Zonen des Wohnbereichs Eu beleuchten.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Neuerung dargestellt. Es zeigen:

Fig.1 ein Ausführungsbeispiel einer tragbaren Beleuchtungseinrichtung gemäß der Neuerung in einer Vorderansicht,

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Fig. 2 die Beleuchtungseinrichtung nach Fig.1 in einer Seitenansicht und

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Beleuchtungseinrichtung gemäß der Neuerung.

Eine neuerungsgemäße Beleuchtungseinrichtung weist ein Solarpaneel 1 auf, das eine Vielzahl fotovoltaischer Zellen enthält. Das Solarpaneel 1 ist an einen Akkumulator 2 für elektrische Energie angeschlossen, der vorzugsweise von einer Bleibatterie gebildet ist. Die Verbindung erfolgt über die Zwischenschaltung einer in Rückwärtsrichtung sperrenden Diode. Wie ersichtlich, ist das Paneel 1 vorteilhafterweise so geneigt, daß es, wie die Fig. 1 und 2 zeigen, das Aufnehmen der Sonnenstrahlung begünstigt, wenn die Beleuchtungseinrichtung waagerecht hingelegt oder entsprechend des Breitengrades , der Jahreszeit und der Uhrzeit aufaestellt ist.

Die Batterie 2 ist darüber hinaus an eine Schaltereinrichtung angeschlossen, die einerseits einen Bandschalter aufweist, der es gestattet, den elektrischen Stromkreis zu unterbrechen, und andererseits einen selbsttätig arbeitenden Schaltkreis mit an sich bekanntem Aufbau enthält, der in der Lage ist, den Stromkreis zu unterbrechen, sobald die an den Anschlüssen der Batterie 2 gemessene Spannung unter einen vorbestimmten Wert fällt.

Der Ausgang der Schaltereinrichtung ist an eine-Osisillatorschaltkreis anaeschlossen, der Impulse mit einer Spannung erzeugt, die geeignet ist, um eine Gassentladungsleuchtstofflampe 6 zu zünden und am Brennen zu halten, deren Elektroden unmittelbar an den Oszillatorschaltkreis angeschlossen sind. Die Leuchtstoffröhre 6 kann entweder vom selbststartenden Typ sein oder'es kann ihr eine Starteinrichtung zugeordnet sein.

Ein zu den Anschlüssen der Batterie "Ϊ parallelgeschalteter Spannungsmesser gestattet unter anderem, deren Ladezustand zu überwachen.

Das Solarpaneel 1 trägt auf seiner Außenfläche eine Vielzahl fotovoltaischer Zellen oder Elemente. Unter geeigneten Betriebsbedingungen und insbesondere in Ländern, die eine ausreichende Sonnenscheindauer haben, kann ein derartiges Paneel beispielsweise eine tägliche Energie von 1,25 Ah sicherstellen, und zwar soqar beim Vorliegen ungünstiger ineteorolociischer Bedingungen- Die Gesamtfläche des Solarpaneels 1 kann beispielsweise in der Größenordnung von 400 bis 500

cm liegen, während der Wirkungsgrad bei der Energieumwandlung etwa 10 bis 15% beträgt.

Die verwendete Bleibatterie ist vorzugsweise eine wartungsfreie bzw. abgedichtete Batterie, die keinerlei Pflege bedarf. Eine solche Batterie sollte Vorzugsweise eine elektrische Kapazität von ungefähr 5 bis 6 Ah bei einer Spannung von 12V gewährleisten. Ersichtlicherweise ist die Verwendung einer derartigen dichten Bleibatterie, die einen festen Elektrolyten aufweist und keinerlei Pflege bedarf, ein wesentlicher

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■ Umstand, um die robusten Eigenschaften der neuerungs

gemäßen Beleuchtungseinrichtung zu gewährleisten.

Die vorzugsweise verwendete Leuchtstoffröhre ermöglicht eine Beleuchtung von ungefähr 40 Lux in einem Meter Abstand, wobei nur eine geringe Leistung erforderlich ist, die bei einer Spannung von 12V vorzugsweise in ι der Größenordnung von 3 W liegt. Zweckmäßigerweise

läßt sich eine Leuchtstoff rohre mit 21 cm LcL'.ge verwenden .

Wenn diese Leuchtstofflampe beispielsweise von 19 bis

; 24 Uhr eingeschaltet ist und brennt, entnimmt sie bei

Verwendung der Batterie etwa 20% von deren Kapazität und gestattet so ohne weiteres,am nächsten Tag das Wiederaufladen der Batterie infolge der Sonneneinstrahlung auf das fotovoltaische Paneel sicherzustellen.

Als nicht beschränkend zu verstehendes Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 1 und 2 die praktische

ί Realisation einer solchen tragbaren Beleuchtungs

einrichtung veranschaulicht. Aus diesen Figuren ist zu entnehmen, daß die Beleuchtungseinrichtung ein insgesamt mit 9 bezeichnetes Gehäuse aufweist, das sämtliche Bauelemente der Beleuchtungseinrichtung enthält. Dieses Gehäuse weist in der Frontalansicht (Fig. 1) einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt und in der Seitenansicht (Fig. 2) einen im wesentlichen trapezförmigen Querschnitt auf. Das Gehäuse trägt auf einer seiner Seiten 10 einen Handgriff 11, der ein leichtes Handhaben gestattet. Die gegenüberliegende Seitenwand 12 trägt vier Füße 13, um, wie in den

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₍ Fig. 1 und 2 veranschaulicht, die vertikale Aufstei

lung des Gehäuses 9 zu gestattet. In dieser Stellung befindet sich die das fotovoltaisch^ Paneel 1 tragende

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Seitenwand 14 in einer leicht geneigten Stellung, bezogen auf die Vertikale, Die gegenüberliegende Seitenwand 15 ist in der Nähe ihrer vier Ecken mit ebenfalls vier Füßen 16 und 17 versehen.

In dem unteren Teil des Gehäuses 9, bezogen auf die in den Fig. 1. und 2 veranschaulichte vertikale Stellung, ist die Bathprip 2 untergebracht· Der obere Bereich des Gehäuses 9, der infolge der Trapezform der Anordnung die geringste Tiefe oder Breite aufweist, nimmt die Leuchtstoffröhre 6 auf, der ein versilberter Reflektor 18 sowie eine transparente oder durchsichtige Schutzabdeckung 19 zugeordnet ist.

Es ist ohne weiteres einzusehen, daß in der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Stellung des Gehäuse 9 eine ausgezeichnete Beleuchtung mittels der Leuchtstofflampe 6 sicheraestellt ist, die sich nunmehr in der horizontalen Stellung befindet.

Die Füße 16 und 17 gestatten die Aufstellung des Gehäuses 9 in seiner horizontalen Stellung, d.h. in einer Stellung, in der das fotovoltaisch^ Paneel 1 die Oberseite der Beleuchtungseinrichtung bildet, so daß eine maximale Sonnenbeleuchtung des fotovoltaischen Paneels 1 erreicht ist.

Letztlich läßt sich die Beleuchtungseinrichtung zum Laden in drei unterschiedliche Stellungen bringen: Eine liegende Stellung, in der die Beleuchtungseinrichtung auf den Füßen 16 und 17 ruht; eine aufrechte Stellung, in der sie auf den Füßen 13 steht und eine im wesentlichen horizontale hängende Stellung mittels an der Seitenwand 12 vorgesehener geeigneter Haken.

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Die Einrichtung kann zum Zwecke der Beleuchtung ebenfalls in drei Stellungen gebracht werden: In der aufgerichteten Stellung, in der die Leuchtstofflampe 6 horizontal verläuft, steht die Beleuchtungseinrichtung entweder auf ihren Füßen 13 oder sie ist an dem Handgriff 11 aufgehängt. In der auf der Seite liegenden Position verläuft die Leuchtstofflampe 6 verti-

tung, wie vorher, oberhalb einer zu beleuchtenden Zone horizontal aufhängen.

Es ist zu erkennen, daß es die zuletzt genannte Stellung in tropischen Ländern, in denen man sich viel außen aufhält, gestattet, die Beleuchtungseinrichtung in einigen Metern Höhe Tag und Nacht oberhalb eines Wohnareals zu belassen.

An dieser Beleuchtungseinrichtung lassen sich ohne weiteres Verbesserungen vornehmen, beispielweise indem zwei Beleuchtungsstellungen vorgesehen werden, nämlich eine mit vollem Stromverbrauch und eine andere mit einem verringerten Verbrauch.

Bei einem anderen in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein fotovoltaisches Paneel 20, dessen Abmessunoen größer sind als die des Paneels 1 des vorhergehenden Ausführungsbeispiels, über elektrische Verbindungen 21 an ein Anschlußgehäuse 22 angeklemmt, das eine Reihe von Anschlußklemmen 2 3 trägt. Mehrere tragbare Module 24, 25 können an die Anschlußklemmen 2 3 des Gehäuses 2 2 angeschlossen werden. Jedes tragbare Modul enthält einen nicht veranschaulichten Akkumulator für elektrisehe Energie und eine oder mehrere Leuchtstofflampen

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Wie in Fig. 3 veranschaulicht, kann es zweckmäßig sein, bestimmte Module, wie die bei 24 gezeigten, vorzusehen/ die dieselben Leistungsmerkmale wie Üie in den Fig. 1 und 2 dargestellte Einrichtung zeigen und insbesondere lediglich eine einzige Leuchtstofflampe 6 enthalten. Ein anderes tragbares Modul 25 trägt zwei Leuchtstofflampen 6, um so eine stärkere Beleuchtung zu erichsn_;

Das fotovoltaische Paneel 20 ist zwecknäßioerweise ständig in einer Lage gehalten, die eine maximale Beleuchtung durch die Sonne sicherstellt, beispielsweise auf dem Dach einer Wohnung. Das Gehäuse oder der Verteilerkasten 22 befindet sich mit Vorteil im Inneren der Wohnung, wo die tragbaren Beleuchtungseinrichtungen 24 und 25 während des Tages angeschlossen sind.

Es ist günstig, wenn das fotovoltaische Paneel 20 eine

2 Fläche von in der Größenordnung 25CO bis 3000 cm hat, wobei auch die Zellen nicht so nahe beieinander sind, wie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel.

Die Neuerung gestattet auf diese Weise die Realisierung einer Beleuchtungseinrichtung, die in Gestalt eines vollständig tragbaren und autonomen Gehäuses ausgeführt ist und über eine fotovoltaische Fläche von etwa 500 cm versorgt wird, um eine Beleuchtung von 10 bis 150 Lux in einer Entfernung von 2 bis 0,5 m von der Lichtquelle zu erzeugen.

Selbst während der Jahreszeit mit geringer Sonneneinstrahlung kann eine derartige Beleuchtungseinrichtung unter tropischen Bedingungen täglich eine fünfstündige Beleuchtung sicherstellen. Die Einrichtung weist eine kompakte und robuste Konzeption auf, wobei sie äußerst

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einfach zu handhaben ist und keinerlei Pflege bedarf, Die Neuerung gestattet so,eine Beleuchtungseinrichtung zu verwirklichen/ die an die Lebensbedingungen, das technologische Niveau sowie die Kaufkraft der Bevölkerung der Entwicklungsländer angepaßt ist.

Claims (5)

• 1 I ■ lilt • · II • »1 Patentanwälte Dr.-lng. R. Rüger Dipl.-lng. H. P. Barthelt zügel. Vertreter beim Europäischen Patentamt European Patent Attorneys Webergasse 3 · Postfach 348 · 0-7300 Esslingen (Neckar) G 85 06 917.5 11. Juni 1985 Gm 1 baeh Telefon Stuttgart (JlU I Udöll (0711) 356539 und 359619 Telex 7 256 610 smm Telegramm Patentschutz Esslingenneckar Schutzansprüche

1. Durch Solarenergie betriebene Beleuchtungseinrichtung mit einem an einem Akkumulator für elektrische Energie angeschlossenen fotovoltaischen Wandler, einer über einen Oszillator mit dem Akkumulator verbundenen Leuchtstofflampe sowie mit einem selbsttätig arbeitenden Abschaltkreis, durch den beim Unterschreiten der Spannung an den Klemmen des Akkumulators unter einen vorbestimmten Grenzwert die Stromversorgung der Leuchtstoffl?unpe abschaltbar ist/ dadurch gekennzeichnet, daß sie ein die einzelnen Bauteile (2, 4, 5) enthaltendes tragbares Gehäuse (9) aufweist, auf dessen einer Seite sich ein Paneel (1) mit einer Vielzahl von fotovoltaischen Zellen und auf dessen qeqenüberliegender Seite sich die lichtaussendende Leuchtstoffröhre (6) befindet.

2. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (9) einen im wesentlichen trapezförmigen Querschnitt aufweist, dessert eine Seite (14) mit dem die fotovoltaischen Zellen enthaltenden Paneel (1) versehen ist.

Konten Deutsche Bank AQ. Filiale Esslingen Wr 30-t 014JBf-Z ej 1 JOO {6) «Pojstscrjack Stuttgart 624 51-700 (BLZ 600100 70)

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3. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (9) zum Aufstellen an der Unterseite (12) mit Aufstellfüßen (13) und an der gegenüberliegenden Seite (1) zum Aufhängen oder Tragen mit einem Handgriff (11) versehen ist.

4. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (9) zum horizontalen Aufhängen an der Unterseite (12) viaken aufweist.

5. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (9) zum Hinlegen mit der das fotovoltaische Paneel (1) tragenden Seite (14) nach oben auf der die Leuchtstofflampe (6) enthaltenden Seite (15) mit Aufstellfüßen (16, 17) versehen ist.