EP4165688A2 - Anordnung zum umwandeln von licht in elektrische energie - Google Patents

Anordnung zum umwandeln von licht in elektrische energie

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Publication number
EP4165688A2
EP4165688A2 EP21731413.7A EP21731413A EP4165688A2 EP 4165688 A2 EP4165688 A2 EP 4165688A2 EP 21731413 A EP21731413 A EP 21731413A EP 4165688 A2 EP4165688 A2 EP 4165688A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
light
switching element
main direction
guide element
light guide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21731413.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tobias Moll
Johannes Scheuchenpflug
Annegret Matthai
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Audi AG
Original Assignee
Audi AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Audi AG filed Critical Audi AG
Publication of EP4165688A2 publication Critical patent/EP4165688A2/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/262—Optical details of coupling light into, or out of, or between fibre ends, e.g. special fibre end shapes or associated optical elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H01L31/0547—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means comprising light concentrating means of the reflecting type, e.g. parabolic mirrors, concentrators using total internal reflection
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60J—WINDOWS, WINDSCREENS, NON-FIXED ROOFS, DOORS, OR SIMILAR DEVICES FOR VEHICLES; REMOVABLE EXTERNAL PROTECTIVE COVERINGS SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLES
    • B60J3/00—Antiglare equipment associated with windows or windscreens; Sun visors for vehicles
    • B60J3/04—Antiglare equipment associated with windows or windscreens; Sun visors for vehicles adjustable in transparency
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/0102—Constructional details, not otherwise provided for in this subclass
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/20—Optical components
    • H02S40/22—Light-reflecting or light-concentrating means
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/48—Variable attenuator
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for converting light into electrical energy and a method for converting light into electrical energy.
  • the document DE 203 20 919 U1 describes a cover with a glass pane and electrical functional elements.
  • a solar roof for a motor vehicle is described in the document DE 10 2010 003 745 A1.
  • An energy self-sufficient dimmable window is from the publication US
  • the arrangement according to the invention is designed for converting light from a light source into electrical energy and has a plurality of flat elements and at least one photovoltaic cell, for example a solar cell, the flat elements of the arrangement being layered on top of one another and Form a layered body which is delimited and / or enclosed by an entry surface as an interface, for example an entry side, by an exit surface as an interface, for example an exit side, and by at least one outer surface as an interface, for example an outside.
  • a main direction is defined, definable and / or to be defined, which is oriented, orientable and / or can be oriented from the entry surface to the exit surface.
  • the laminated body has at least one light-guiding element, usually a light-guiding element, and at least one first light-switching element, usually a first light-switching element, as elements, the at least one light-guiding element being arranged in the main direction in front of the at least one first light-switching element, or where the at least one first light switching element is arranged in the main direction behind the at least one light guide element.
  • the at least one photovoltaic cell or a photovoltaic module of the arrangement is arranged on at least one interface.
  • the at least one first light switching element is either translucent in the main direction or light-inhibiting against the main direction, for example light-reflecting adjustable or adjustable and / or switchable or switchable, for example a light-permeable or light-inhibiting, e.g. light-reflecting adjustable and / or switchable surface of the at least one first light switching element faces the at least one light guide element.
  • the at least one first light switching element in a case when the at least one first light switching element is set to be transparent, for example switched, the at least one first light switching element is designed to transmit light in the main direction, and in a case when the at least one first light switching element is light-inhibiting, for example.
  • the at least one first light switching element designed to couple light to the at least one light guide element or into the at least one light guide element, for example to reflect it, ie to reflect light back into the at least one light guide element counter to the main direction.
  • the at least one light guide element is designed in this case to light that is coupled into the at least one light guide element by the at least one first light switching element or is or has been reflected counter to the main direction in a secondary direction that is perpendicular to the Main direction is oriented, to lead to the at least one photovoltaic cell at the at least one interface, for example outer surface.
  • the at least one photovoltaic cell is designed to convert received light into electrical energy.
  • the entry surface for example the entry side, and the exit surface, for example the exit side, can be arranged parallel to one another in an optional configuration.
  • the at least one photovoltaic cell is, for example, on or on the at least one interface formed as an outer surface, i.e. laterally, depending on the definition, on or on the interface formed as an entry surface, i.e. depending on the definition above, and / or on or on the as Exit surface formed interface, so depending on the definition below, arranged.
  • the at least one first light switching element which in the main direction behind or depending on the definition z. B. is arranged under the light guide element or light guide, or a corresponding adjustable, e.g.
  • switchable layer can, depending on the application, not only serve to couple light back into the light guide element, usually against the main direction, but also possibly just to block light and thus largely to prevent it from passing through the layered body, which z. B. is possible by absorption and / or reflection of the light.
  • This is e.g. B. advantageous if an application in a roof of a vehicle is provided for the arrangement.
  • the entry surface faces the surroundings of the vehicle, into which the light, for example from the sun, enters the arrangement from the surroundings. Since a large part of solar radiation is not coupled into the light guide element, it passes through the light guide element and thus through the arrangement designed or designated as a panorama roof, for example, and thus also through the exit surface and into an interior of the vehicle.
  • the arrangement provides for darkening, ie a reduction in the light or radiation and desirable.
  • This can e.g. B. be implemented with an electrochromic layer, an LC layer or Lucent connector layer or optical waveguide layer or liquid crystal display layer as a possible light switching element.
  • Such a light switching element can be actively switched or switched, for example actively controlled, a current being provided to the active light switching element.
  • a user for example an occupant of the vehicle, can set and / or switch the at least one light switching element to be translucent or light-blocking, as desired and / or as required.
  • the at least one light switching element can be darkened in the case of controlled activation, for example, with light being blocked.
  • a dark for example black-looking LC layer absorbs a large part of the light here.
  • a functional requirement namely a darkening and / or reduction of light exposure and / or radiation exposure, is thus given and thus fulfilled, regardless of a possible reflection and / or coupling of light into the light guide element or into the light guide.
  • the at least one light switching element or a corresponding layer can be passive, for example thermochromic and / or photochromic.
  • the at least one light switching element can set itself automatically or by itself in a light-inhibiting or translucent manner, for example switching and thus darkening if necessary.
  • the at least one light switching element is either translucent or light-inhibiting depending on a temperature or an intensity and / or frequency of the light. It can become light-inhibiting at a high temperature and translucent at a low temperature. Alternatively or in addition, it can be light-inhibiting when the light intensity is high and translucent when the light intensity is low.
  • this light switching element as an additional layer in the main direction behind the light guide element, two different functions can be implemented depending on the design, namely a reduction in the light passing through or corresponding radiation and an additional coupling of the light into the light guide element.
  • the light switching element has a reflective effect to darken the interior and at the same time increases coupling of the Light in the light guide element.
  • several light switching elements or corresponding adjustable and / or switchable layers can be used to fulfill the intended functions.
  • a first light switching element reflects light back against the main direction and a further second light switching element arranged underneath or in the main direction behind it can additionally block and / or absorb light.
  • a scattering and / or filtering property of a light switching element can also be provided, wherein a corresponding light switching element is designed to distribute light diffusely, with z. B. in the interior of the vehicle less hard, for example. High-frequency and / or very intense light and causes a shadow, but a more diffuse light distribution takes place. This can be pleasant for the occupant of the vehicle and also offer privacy, since there is no longer a clear view into the interior from the outside.
  • the at least one light guide element and the at least one first light switching element are arranged directly next to one another and / or adjacent in the main direction, the at least one first light switching element, in particular the usually switchable, ie translucent or light-inhibiting, for example light-reflecting adjustable surface of the at least one light switching element that touches at least one light guide element.
  • the arrangement can have at least one second light switching element, usually a second light switching element, as at least one further element, which is arranged in the main direction in front of the at least one light-guiding element, the at least one light-guiding element in the main direction between the at least one second light-switching element and the at least one first light switching element is arranged.
  • the at least one second light switching element is translucent in the main direction and opposite to the main direction either translucent or light-inhibiting, e.g. light-reflecting, light-scattering, light-filtering and / or light-absorbing adjustable, e.g. switchable, with the at least one second Light switching element is designed to transmit light from the light source in the main direction and to couple it against the main direction to the light guide element or into the light guide element, for example to reflect or mirror it, if the at least one second light switch element is set to be light-inhibiting, for example switched .
  • translucent or light-inhibiting e.g. light-reflecting, light-scattering, light-filtering and / or light-absorbing adjustable, e.g. switchable
  • the at least one second light switching element can be set to be permanently translucent in the main direction and to be permanently light-inhibiting, for example light-reflecting, counter to the main direction.
  • the at least one second light switching element and the at least one light guide element are arranged directly next to one another and / or adjacent in the main direction, with a translucent or light reflecting adjustable, for example switchable surface of the at least one second light switch element touching the at least one light guide element, with the at least one Light guide element in the main direction can be arranged directly between the at least one second light switching element and the at least one first light switching element.
  • the at least one light guide element is assigned at least one coupling element for light, at least the first light switching element as at least one first coupling element for the at least one light guide element and possibly also the at least one second light guide element as at least one second coupling element for the at least one Light-guiding element designed and / or to be designated as well as for coupling light into which at least one light-guiding element is designed.
  • At least one decoupling element for light can be assigned to the at least one light guide element, the at least one output element at the at least one boundary surface, for example outer surface, entry surface and / or exit surface, between the at least one light guide element and the at least one
  • the arrangement presented can be designed as a window pane for closing an opening in a shell, for example a wall, the shell and the arrangement arranged in the opening separating an interior space from the surroundings, the entry surface, for example the entry side, through which the light passes enters, the environment in which a light source, for example the sun, is located, and the exit surface, for example the exit side, is assigned, assignable and / or assignable to the interior, the light source being or is in the area.
  • the arrangement for example a window pane and / or the at least one light guide element, can be used for a roof of a vehicle that separates the interior from the surroundings.
  • the at least one photovoltaic cell is arranged on the side of the laminated body and thus hidden on the side of the at least one light guide element in the roof of the vehicle.
  • the interior space is arranged below the roof with the arrangement integrated therein. If the at least one light switching element is set to be translucent, for example switched, light from the environment that enters the entry surface passes through the layered body and the at least one light switch element and thus also the exit surface of the arrangement and is transmitted into the interior.
  • the at least one light switching element is alternatively set to be light-inhibiting and light-reflecting, light from the environment that otherwise exits through the exit surface is coupled into the at least one light guide element counter to the main direction, is usually reflected and from there to the at least one Photovoltaic cell coupled into the lateral outer surface and converted into electrical energy.
  • the arrangement can be provided and / or designed for a vehicle, for example a motor vehicle or car, and can be used, for example, as a window pane for the vehicle, the arrangement or a corresponding window pane can be arranged in a roof of the vehicle.
  • the at least one photovoltaic cell is designed and / or designated as a solar cell and is designed to convert light from the sun as a light source into electrical energy, wherein the at least one photovoltaic cell can be adapted to a frequency spectrum of the sun.
  • the layered body of the arrangement can, for example, be either cuboid or cylindrical. If the layer body is cuboid, it is delimited in each case by a rectangular entry area and exit area as well as by four rectangular outer areas or side areas, for example outer sides. Both the entry area and the exit area each have a length and a width, depending on the definition. Accordingly, each of the outer surfaces has a height. It is provided here that both the width and the length of the entry and exit surfaces are many times greater than the height of an outer surface in each case. If the layer body is cylindrical, it is delimited by an entry surface and an exit surface, both of which are circular disk-shaped and have a radius.
  • the layered body is further limited only by an outer surface, for example the outer side, which is designed in the shape of a cylinder jacket and has a height that is substantially smaller or smaller than the radius of the entry face or exit face.
  • the laminate it is also possible for the laminate to have an n-angled entry and exit surface, wherein the entry and exit face can be n-angled, for example triangular, square or polygonal, and in addition to the entry and exit areas as interfaces, correspondingly n lateral outer surfaces may have.
  • the method according to the invention is provided for converting light into electrical energy with an arrangement for converting light into electrical energy, for example with an embodiment of the embodiment of the arrangement presented above, which has a plurality of flat elements and at least one photovoltaic cell, for example solar cell, wherein the flat elements are layered on top of one another and form a layered body which is delimited by an entry surface as an interface and an exit surface as an interface, both of which are flat and, for example, parallel to one another, and at least one outer or side surface as an interface and / or is enclosed.
  • a main direction is or is defined which is or is oriented from the entry surface as the interface to the exit surface as the interface.
  • the laminated body has at least one light guide element, usually a light guide element, and at least one first light switch element, usually a first light switch element, as elements, wherein the at least one light guide element is or is arranged in the main direction in front of the at least one first light switch element, or wherein the at least one first light switching element is or is arranged behind the at least one light guide element in the main direction, wherein the at least one photovoltaic cell is or is usually arranged on the at least one interface, for example outer surface.
  • the at least one photovoltaic cell can be arranged as an interface on the entry surface and / or exit surface.
  • the at least one first light switching element is or is either translucent in the main direction or set and / or switched against the main direction in a light-inhibiting manner, with a usually switchable, ie translucent or light-inhibiting, for example light-reflecting adjustable surface of the at least one first light switching element facing the at least one light guide element is or is.
  • a usually switchable, ie translucent or light-inhibiting, for example light-reflecting adjustable surface of the at least one first light switching element facing the at least one light guide element is or is.
  • the at least one first light switching element is set and / or switched to be light-inhibiting, for example light-reflecting, light is reflected by the at least one first light switching element, in which case light from the at least one first light switching element is counteracted the main direction is coupled into the at least one light switching element, for example. Is or has been reflected by the at least one light guide element in a secondary direction that is perpendicular to the main direction is oriented, to which at least one photovoltaic cell is guided at the at least one interface, for example outer surface, wherein light that is received by the at least one photovoltaic cell is converted into electrical energy.
  • the at least one first light switching element is set to be transparent, for example switched when light from the light source is to shine through the exit surface.
  • the at least one first light switching element is set to be light-inhibiting, for example light-reflecting, for example switched when light from the light source is to be darkened. It is possible here for a degree of transmission and a degree of reflection of the at least one first light switching element to be set and / or selected quantitatively. It is conceivable that the degree of transmission of the at least one first light switching element is set to be greater than its degree of reflection when it is set to be transparent.
  • the at least one first light switching element is set to be light-inhibiting, for example light-reflecting, its degree of reflection is or is set to be greater than its degree of transmission. Furthermore, a degree of absorption of the at least one first light switching element can also be taken into account.
  • the at least one light switching element can have a low degree of absorption if it is set to be transparent. Or have a high degree of absorption if it is set to be light-inhibiting, for example light-reflecting.
  • the at least one light switching element is not purely translucent, i.e. not 100% translucent or purely light-blocking, i.e.
  • Proportion can relate to a proportion of the spectrum or the wavelengths of the incident light, for example. This means that at the same time the at least one light guide element is set to be transparent or transmissive to a proportion of x%, reflecting to a proportion of y%, scattering light to a proportion of z% and absorbing light to a proportion of w%, whereby w, x, y, z are each greater than or equal to zero.
  • the at least one light switching element is set to "translucent”, it is or is set predominantly or to a large or large proportion to be translucent, with a greater proportion being translucent instead of light-blocking. If, on the other hand, the at least one light switching element is or is set to be "light-inhibiting”, it is predominantly or to a greater or greater extent light-inhibiting, for example light-reflecting, instead of translucent.
  • the at least one light guide element can be set to be or can be set to be translucent in steps or steplessly between 0% and 100%, depending on the definition, and accordingly steplessly between 100% and 0% light-inhibiting.
  • the at least one first light switching element is set to reflect light, for example switched or switched, a first proportion of light of the light source from the at least one first light switching element in the direction of the at least one light guide element is reflected and a second portion of the light from the light source is transmitted, the first reflected portion of the light being greater than the second transmitted portion of the light.
  • the at least one first light switching element is set to be transparent, for example switched, the first portion of the light from the light source that is reflected by the at least one first light switching element counter to the main direction is less than the second portion of the light from the light source that is transmitted by the at least one first light switching element.
  • the arrangement presented can be designed or referred to as a transparent pane with at least one photovoltaic cell, depending on the definition, the pane with the at least one first light switching element having a layer that is translucent or light-inhibiting, for example light-reflecting, adjustable and / or switchable as required. It is possible that the at least one light guide element and the at least one first and optionally the at least one second light guide element can be designed to be flexible and thus deformable.
  • the at least one first light switching element as an adjustable, for example switchable, layer can furthermore be set and / or switched to be either absorbing, filtering and / or transmitting or reflecting. If the at least one first light switching element is set to be absorbent or reflective, this enables light from the light source to be switched off. If the at least one first light switching element is set to be reflective and acts, an additional coupling of light into the at least one light guide element or into a corresponding light guide is possible.
  • the arrangement can have one or more photovoltaic cells at the at least one interface, i. H. have on the outer surface or side surface and possibly also on the entry face or exit face.
  • a coupling element or a plurality of coupling elements and thus the at least one light switching element can be assigned as at least one coupling element to the at least one light guide element or at least one light guide.
  • the at least one coupling element can, for example, have a refractive or light-refracting or a diffractive or light-scattering surface structure, d. H. be designed as a diffractive optical coupling element (DOE) or light switching element, for example as a holographic optical element (HOE), for example as a volume hologram.
  • DOE diffractive optical coupling element
  • HOE holographic optical element
  • Such a diffractive, for example holographic optical element can be n-angular or round.
  • one decoupling element or several decoupling elements can be assigned to the light guide. At least one such decoupling element can have a refractive or diffractive surface structure. It is also possible that the at least one decoupling element is designed as a diffractive optical element, for example as a holographic optical element, for example as a volume hologram.
  • the at least one light switching element or the at least one light guide can be designed in one or more layers, wherein the layered body of the arrangement has a light guide element or a plurality of light guide elements, the at least one light switch element, ie at least the at least one first light switch element and possibly at least one second light switch element being embedded in the layer body.
  • the at least one first light switching element and possibly also the at least one second light switching element can be embedded within the layered body between two directly adjacent light guide elements.
  • the at least one light switching element or coupling element for light can be switchable or adjusted, for example switched, to be absorbent, filtering and / or reflective or scattering and / or transmitting. It is possible that a respective switching and / or setting of the at least one light switching element or coupling element for light can be segmented, set with pixel accuracy or selectively, for example switched.
  • the at least one light switching element can be, for example, electrochromic, photochromic or thermochromic and / or designed or designated as a liquid crystal display (LCD or Liquid Crystal Display) or as tintable glass (PDLC glass for Liquid Crystal or Polymer Dispersed Liquid Crystal) .
  • the at least one light switching element or coupling element for light can, however, also be set static or fixed or unchangeable and have at least one of the optical properties mentioned and accordingly be proportionately absorbing, filtering, reflecting, scattering and / or transmitting or translucent and accordingly predominantly or proportionally fixed or permanent, in particular predominantly absorbent, filtering, reflective, scattering or transmissive or translucent.
  • the at least one light switching element for certain wavelengths of light is transparent or translucent, or reflective or specular and / or absorbent.
  • the arrangement presented can, for example, be installed in the roof as a shell or wall of the vehicle. If the at least one first light switching element is set to be transmitting, it is possible that light or radiation from the sun as a light source that is transmitted through the arrangement is so intense that occupants in the interior of the vehicle see the light as too Feel bright and / or that the interior can become very hot as a result.
  • the at least one first light switching element is set as reflective, whereby light that is coupled into the at least one light guide element by the at least one first light switching element is directed onto the at least one photovoltaic cell and thereby into electrical Energy is converted.
  • the arrangement can have a plurality of first light switching elements which are arranged in the main direction behind the at least one light guide element. In this case, for example, only one of these light switching elements can be set to be variably translucent or light-blocking, for example switchable, whereas a further light switching element is set to be fixed or permanently light-blocking or translucent.
  • Such a light switching element or coupling element can be designed as a holographic optical element.
  • a fixed light switching element and a variable either translucent or light-blocking adjustable and / or switchable light switching element results in a simple implementation of the arrangement presented, whereby a coupling of light through the fixed light switching element is independent of a function of the still variable and / or dynamically adjustable , for example.
  • Switchable light switching element regardless of whether it is now set to be translucent or light-blocking, for example switched, so that coupling of light into the at least one light guide element and generation of electrical current are not influenced.
  • the arrangement can simultaneously darken and supply the at least one photovoltaic cell with light.
  • the At least one photovoltaic cell is arranged on the at least one interface, for example the outer surface, and thus usually on the edge of the arrangement and is thus protected.
  • the at least one first light switching element it is also possible to couple infrared light or ultraviolet light from the sound source into the at least one light guide element.
  • the layered body of the arrangement can be delimited by a frame or an edge, with the at least one photovoltaic cell being installed in a hidden manner in the frame and thus being able to be protected.
  • the arrangement With the arrangement, it is thus possible to darken the light source, whereby a pleasant visual effect can be brought about. In addition, this avoids unnecessary heating of the interior of the vehicle. Furthermore, a scattering of light from the light source is also possible, it being possible to produce a visually pleasant, shadow-free natural lighting of the interior of the vehicle. In addition, the arrangement enables occupants of the vehicle to be prevented from being dazzled. Furthermore, the privacy of occupants can also be guaranteed by the arrangement. If the at least one first light switch element is set to be scattering or reflective, additional coupling of light or radiation into the at least one light guide element is possible, which otherwise penetrates it unhindered if the at least one first light switch element is designed to be transmitting. Thus, the efficiency of an illumination or irradiation of the at least one photovoltaic cell can be increased.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an embodiment of the arrangement according to the invention.
  • the embodiment of the arrangement 2 according to the invention shown schematically in FIG. 1 has a cuboid-shaped layer body 4, which is formed by an entry surface 6, for example an entry side, in FIG. 1 above, an exit surface 8, for example an exit side, in FIG four outer surfaces 10, for example outer sides, is limited, wherein the entry surface 6, the exit surface 8 and the outer surfaces 10 are designed and / or can be designated as interfaces of the layered body 4.
  • FIG. 1 shows solid arrows 12 above the laminated body 4 and dashed arrows 14 below the laminated body 4. All arrows 12, 14 indicate a downward direction, which here is oriented and / or aligned from the entry surface 6 in the direction of the exit surface 8.
  • the laminated body 4 has several elements, namely a first light-switching element 16, a light-guiding element 18, and optionally a second light-switching element 20, which is provided here in addition, against the downward direction, the first light-switching element 16 being arranged between the exit surface 8 and the light-guiding element 18.
  • the second light switching element 20 is arranged between the light guide element 18 and the entry surface 6.
  • the second light switching element 20 is for light from a light source that impinges on the arrangement 2 in the main direction according to the solid arrows 12, but transmissive for light that radiates from the light guide element 18 onto the second light switching element 20 against the main direction, reflecting such light, which is reflected by the second light switching element 20, is again radiated in the main direction into the light guide element 18.
  • a photovoltaic cell 22 or a photovoltaic module is arranged here on or on an outer surface 10 which laterally delimits the layer body 4 depending on the definition.
  • such a photovoltaic cell 22 is in each case on or on the entry surface 8, depending on the definition above and / or can be arranged at the bottom on or on the exit surface 10, depending on the definition.
  • the light alone is reflected by the first light switching element 16 into the light guide element 18 and is thus coupled in.
  • the second light switching element 20 can reflect light that is reflected by the first light switching element 16 against the main direction into the light guide element 18 and crosses this against the main direction back in the main direction and thus prevent the light from passing through the entrance surface 6 Arrangement 2 leaves again, whereby by combining the two light switching elements 16, 20 more light can be bundled in the light guide element 18 between the light switching elements 16, 20, conducted or transported to the photovoltaic cell 22 and converted into electrical energy by this.
  • the first light switching element 16 can be set to be either transparent or reflective for light which radiates onto the first light switching element 16 in the main direction. If the first light switching element 16 is set to be transmitting or permeable for the light in the main direction, this light is transmitted or allowed to pass through the first light switching element 16.
  • FIG. 1 also shows a jagged arrow 24 which is assigned to the light guide element 18 here.
  • This jagged arrow 24 indicates a movement of light from the light source which, in the event that the first light switch element 16 is set to be reflective or mirror-like, reflects back and forth within the light guide element 18 between the two light switch elements 16 and 20 and continues to be perpendicular to the main direction to the
  • Photovoltaic cell 22 is guided and coupled into this, wherein the radiant energy of the light is converted by the photovoltaic cell 22 into electrical energy.
  • the light is thus collected in the light guide element 18 and thus in a corresponding light guide and is decoupled from the light guide element 18 on at least one outer surface 10 and is further coupled into the photovoltaic cell 22.
  • the first light switching element 16 can be set to be absorbent, scattering or reflective, for example switched. In one possible implementation, at least one
  • Light switching element 16, 20 should never be completely translucent or light-blocking. As a rule, a first percentage of it is translucent and a second percentage is light-blocking. If the at least one light switching element 16, 20 in one embodiment is set to be transparent, for example switched, the first percentage that it is transparent to light is greater than the second percentage that it is light-blocking. If, on the other hand, it is set to be light-blocking, for example switched or is, the second percentage to which it is light-blocking is greater than the first percentage to which it is translucent.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung (2) zum Umwandeln von Licht einer Lichtquelle in elektrische Energie, die mehrere flache Elemente und mindestens eine Photovoltaikzelle (22) aufweist, wobei die flachen Elemente übereinander geschichtet sind und einen Schichtkörper (4) bilden, der von einer Eintrittsfläche (6) und einer Austrittsfläche (8) und mindestens einer Außenfläche (10) als Grenzflächen begrenzt ist, wobei eine Hauptrichtung definiert ist, die von der Eintrittsfläche (6) hin zu der Austrittsfläche (8) orientiert ist, wobei der Schichtkörper (4) mindestens ein Lichtleitelement (18) und mindestens ein erstes Lichtschaltelement (16) als Elemente aufweist, wobei das mindestens eine Lichtleitelement (18) in der Hauptrichtung vor dem mindestens einen ersten Lichtschaltelement (16) angeordnet ist, wobei die mindestens eine Photovoltaikzelle (22) an mindestens einer Grenzfläche des Schichtkörpers (4) angeordnet ist, wobei das mindestens eine erste Lichtschaltelement (16) entweder lichtdurchlässig oder lichthemmend einstellbar ist, wobei für den Fall, dass das mindestens eine erste Lichtschaltelement (16) lichtdurchlässig eingestellt ist, das mindestens eine erste Lichtschaltelement (16) dazu ausgebildet ist, Licht zu transmittieren, und wobei für den Fall, dass das mindestens eine erste Lichtschaltelement (16) lichthemmend eingestellt ist, das mindestens eine erste Lichtschaltelement (16) dazu ausgebildet ist, Licht in das mindestens eine Lichtleitelement (18) einzukoppeln, wobei das mindestens eine Lichtleitelement (18) in diesem Fall dazu ausgebildet ist, Licht, das von dem mindestens einen ersten Lichtschaltelement (16) eingekoppelt worden ist, zu der mindestens einen Photovoltaikzelle (22) an der mindestens einen Grenzfläche zu leiten, und wobei die mindestens eine Photovoltaikzelle (22) dazu ausgebildet ist, empfangenes Licht in elektrische Energie umzuwandeln.

Description

Anordnung zum Umwandeln von Licht in elektrische Energie
BESCHREIBUNG: Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Umwandeln von Licht in elektrische Energie und ein Verfahren zum Umwandeln von Licht in elektrische Energie.
Die Druckschrift DE 203 20 919 U1 beschreibt einen Deckel mit einer Glasscheibe und elektrischen Funktionselementen.
Ein Solardach für ein Kraftfahrzeug ist in der Druckschrift DE 10 2010 003 745 A1 beschrieben. Ein energieautarkes dimmbares Fenster ist aus der Druckschrift US
2008/230653 A1 bekannt.
Vor diesem Hintergrund war es eine Aufgabe, Licht von einer Lichtquelle entweder abzuschirmen oder durchzulassen.
Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausführungsformen der Anordnung und des Verfahrens gehen aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung hervor.
Die erfindungsgemäße Anordnung ist zum Umwandeln von Licht einer Lichtquelle in elektrische Energie ausgebildet und weist mehrere flache Elemente und mindestens eine Photovoltaikzelle, bspw. Solarzelle auf, wobei die flachen Elemente der Anordnung übereinander geschichtet sind und einen Schichtkörper bilden, der von einer Eintrittsfläche als Grenzfläche, bspw. einer Eintrittsseite, von einer Austrittsfläche als Grenzfläche, bspw. einer Austrittsseite, und von mindestens einer Außenfläche als Grenzfläche, bspw. einer Außenseite, begrenzt und/oder umschlossen ist. Dabei ist eine Hauptrichtung definiert, definierbar und/oder zu definieren, die von der Eintrittsfläche hin zu der Austrittsfläche orientiert, orientierbar und/oder zu orientieren ist. Der Schichtkörper weist mindestens ein Lichtleitelement, in der Regel ein Lichtleitelement, und mindestens ein erstes Lichtschaltelement, in der Regel ein erstes Lichtschaltelement, als Elemente auf, wobei das mindestens eine Lichtleitelement in der Hauptrichtung vor dem mindestens einen ersten Lichtschaltelement angeordnet ist, bzw. wobei das mindestens eine erste Lichtschaltelement in Hauptrichtung hinter dem mindestens einen Lichtleitelement angeordnet ist. Die mindestens eine Photovoltaikzelle bzw. ein Photovoltaikmodul der Anordnung ist an mindestens einer Grenzfläche angeordnet. Das mindestens eine erste Lichtschaltelement ist in der Hauptrichtung entweder lichtdurchlässig oder entgegen der Hauptrichtung lichthemmend, bspw. lichtreflektierend einstellbar bzw. einzustellen und/oder schaltbar bzw. zu schalten, wobei bspw. eine lichtdurchlässig oder lichthemmend, bspw. lichtreflektierend einstellbare und/oder schaltbare Fläche des mindestens einen ersten Lichtschaltelements dem mindestens einen Lichtleitelement zugewandt ist. Dabei ist in einem Fall, wenn das mindestens eine erste Lichtschaltelement lichtdurchlässig eingestellt, bspw. geschaltet ist, das mindestens eine erste Lichtschaltelement dazu ausgebildet, Licht in der Hauptrichtung zu transmittieren, und in einem Fall, wenn das mindestens eine erste Lichtschaltelement lichthemmend, bspw. lichtreflektierend eingestellt, bspw. geschaltet ist, das mindestens eine erste Lichtschaltelement dazu ausgebildet, Licht zu dem mindestens einen Lichtleitelement bzw. in das mindestens eine Lichtleitelement einzukoppeln, bspw. zu reflektieren, d. h. Licht entgegen der Hauptrichtung in das mindestens eine Lichtleitelement zurück zu reflektieren. Das mindestens eine Lichtleitelement ist in diesem Fall dazu ausgebildet, Licht, das von dem mindestens einen ersten Lichtschaltelement in das mindestens eine Lichtleitelement eingekoppelt bzw. entgegen der Hauptrichtung reflektiert wird bzw. worden ist, in einer Nebenrichtung, die senkrecht zu der Hauptrichtung orientiert ist, zu der mindestens einen Photovoltaikzelle an der mindestens einen Grenzfläche, bspw. Außenfläche, zu leiten. Die mindestens eine Photovoltaikzelle ist dazu ausgebildet, empfangenes Licht in elektrische Energie umzuwandeln.
Die Eintrittsfläche, bspw. Eintrittsseite, und die Austrittsfläche, bspw. Austrittsseite, können in optionaler Ausgestaltung zueinander parallel angeordnet sein. Die mindestens eine Photovoltaikzelle ist bspw. an bzw. auf der mindestens einen als Außenfläche ausgebildeten Grenzfläche, also je nach Definition seitlich, an bzw. auf der als Eintrittsfläche ausgebildeten Grenzfläche, also je nach Definition oben, und/oder an bzw. auf der als Austrittsfläche ausgebildeten Grenzfläche, also je nach Definition unten, angeordnet. Das mindestens eine erste Lichtschaltelement, das in der Hauptrichtung hinter bzw. je nach Definition z. B. unter dem Lichtleitelement bzw. Lichtleiter angeordnet ist, bzw. eine entsprechende einstellbare, bspw. schaltbare Schicht kann je nach Anwendung nicht nur dazu dienen, Licht üblicherweise entgegen der Hauptrichtung zurück in das Lichtleitelement zu koppeln, sondern eventuell auch einfach nur Licht zu blocken und somit weitgehend zu verhindern, dass es den Schichtkörper passiert, was z. B. durch Absorption und/oder Reflexion des Lichts möglich ist. Dies ist z. B. vorteilhaft, wenn für die Anordnung eine Anwendung in einem Dach eines Fahrzeugs vorgesehen wird. Dabei ist die Eintrittsfläche der Umgebung des Fahrzeugs zugewandt, in die das Licht, bspw. von der Sonne, aus der Umgebung in die Anordnung eintritt. Da ein Großteil von Sonnenstrahlung nicht in das Lichtleitelement eingekoppelt wird, geht dieses durch das Lichtleitelement und damit durch die bspw. als Panoramadach ausgebildete bzw. zu bezeichnende Anordnung und somit auch durch die Austrittsfläche hindurch und in einen Innenraum des Fahrzeugs. Dies ist zur Erhellung des Innenraums auch gewünscht. Allerdings kann unter Umständen zu viel Licht bzw. Strahlung im Innenraum ankommen und den Innenraum zu sehr aufhellen und/oder aufheizen. In diesem Fall ist eine Abdunkelung, d. h. Minderung des Lichts bzw. der Strahlung durch die Anordnung vorgesehen und wünschenswert. Dies kann z. B. mit einer elektrochromen Schicht, einer LC-Schicht bzw. Lucent-Connector-Schicht bzw. Lichtwellenleiter-Schicht oder Flüssigkeitskristallanzeige-Schicht als mögliches Lichtschaltelement umgesetzt werden. Ein derartiges Lichtschaltelement ist aktiv schaltbar bzw. zu schalten, bspw. aktiv anzusteuern, wobei dem aktiven Lichtschaltelement ein Strom bereitgestellt wird. Dabei kann ein Nutzer, bspw. ein Insasse des Fahrzeugs, das mindestens eine Lichtschaltelement je nach Wunsch und/oder je nach Anforderung lichtdurchlässig oder lichthemmend einstellen und/oder schalten. Das mindestens eine Lichtschaltelement kann bei bspw. gesteuerter Aktivierung verdunkelt werden, wobei Licht geblockt wird. Eine dunkel, bspw. schwarz wirkende LC-Schicht absorbiert hier einen Großteil des Lichts. Somit ist ein Funktionswunsch, nämlich eine Abdunkelung und/oder Minderung einer Lichtbelastung und/oder Strahlungsbelastung, unabhängig von einer möglichen Reflexion und/oder Einkopplung von Licht in das Lichtleitelement bzw. in den Lichtleiter gegeben und somit erfüllt. Es ist alternativ oder ergänzend möglich, dass das mindestens eine Lichtschaltelement oder eine entsprechende Schicht passiv ausgebildet, bspw. thermochrom und/oder photochrom ist. Dabei kann sich das mindestens eine Lichtschaltelement automatisch bzw. von selbst lichthemmend oder lichtdurchlässig einstellen, bspw. schalten und somit bei Bedarf abdunkeln. Das mindestens eine Lichtschaltelement stellt sich dabei abhängig von einer Temperatur oder einer Intensität und/oder Frequenz des Lichts entweder lichtdurchlässig oder lichthemmend ein. Dabei kann es sich bei einer hohen Temperatur lichthemmend und bei einer niedrigen Temperatur lichtdurchlässig einstellen. Alternativ oder ergänzend kann es sich bei einer hohen Lichtintensität lichthemmend und bei einer niedrigen Lichtintensität lichtdurchlässig einstellen.
Mit diesem Lichtschaltelement als zusätzlicher Schicht in der Hauptrichtung hinter dem Lichtleitelement sind je nach Auslegung zwei unterschiedliche Funktionen realisierbar, nämlich eine Minderung des durchgehenden Lichts bzw. entsprechender Strahlung und eine zusätzlich Einkopplung des Lichts in das Lichtleitelement. Dabei wirkt das Lichtschaltelement zur Abdunkelung des Innenraums reflektierend und erhöht gleichzeitig eine Einkopplung des Lichts in das Lichtleitelement. In Ausgestaltung können mehrere Lichtschaltelemente bzw. entsprechende einstellbare und/oder schaltbare Schichten zur Erfüllung der vorgesehenen Funktionen verwendet werden, wobei z. B. ein erstes Lichtschaltelement Licht entgegen der Hauptrichtung zurück reflektiert und ein weiteres zweites darunter bzw. in der Hauptrichtung dahinter angeordnetes Lichtschaltelement Licht zusätzlich blockieren und/oder absorbieren kann. Eine streuende und/oder filternde Eigenschaft eines Lichtschaltelements kann auch vorgesehen sein, wobei ein entsprechendes Lichtschaltelement dazu ausgebildet ist, Licht diffus zu verteilen, wobei z. B. in den Innenraum des Fahrzeugs weniger hartes, bspw. hochfrequentes und/oder sehr intensives Licht gelangt und einen Schattenwurf verursacht, sondern eine diffusere Lichtverteilung stattfindet. Dies kann für den Insassen des Fahrzeugs angenehm sein sowie zusätzlich auch eine Privatsphäre bieten, da von außen keine klare Durchsicht in den Innenraum mehr gegeben ist.
In Ausgestaltung sind das mindestens eine Lichtleitelement und das mindestens eine erste Lichtschaltelement in der Hauptrichtung unmittelbar nebeneinander und/oder benachbart angeordnet, wobei das mindestens eine erste Lichtschaltelement, insbesondere die üblicherweise schaltbare, d. h. lichtdurchlässig oder lichthemmend, bspw. lichtreflektierend einstellbare Fläche des mindestens einen Lichtschaltelements, das mindestens eine Lichtleitelement berührt. Die Anordnung kann als mindestens ein weiteres Element mindestens ein zweites Lichtschaltelement, in der Regel ein zweites Lichtschaltelement, aufweisen, das in der Hauptrichtung vor dem mindestens Lichtleitelement angeordnet ist, wobei das mindestens eine Lichtleitelement in Hauptrichtung zwischen dem mindestens einen zweiten Lichtschaltelement und dem mindestens einen ersten Lichtschaltelement angeordnet ist. Das mindestens eine zweite Lichtschaltelement ist in der Hauptrichtung lichtdurchlässig und entgegen der Hauptrichtung entweder lichtdurchlässig oder lichthemmend, bspw. lichtreflektierend, lichtstreuend, lichtfilternd und/oder lichtabsorbierend einstellbar, bspw. schaltbar, wobei das mindestens eine zweite Lichtschaltelement dazu ausgebildet ist, Licht von der Lichtquelle in der Hauptrichtung zu transmittieren und entgegen der Hauptrichtung zu dem Lichtleitelement bzw. in das Lichtleitelement einzukoppeln, bspw. zu reflektieren bzw. zu spiegeln, falls das mindestens eine zweite Lichtschaltelement lichthemmend eingestellt, bspw. geschaltet ist. Es ist jedoch auch möglich, dass das mindestens eine zweite Lichtschaltelement in der Hauptrichtung dauerhaft lichtdurchlässig und entgegen der Hauptrichtung dauerhaft lichthemmend, bspw. lichtreflektierend eingestellt ist. In Ausgestaltung sind das mindestens eine zweite Lichtschaltelement und das mindestens eine Lichtleitelement in der Hauptrichtung unmittelbar nebeneinander und/oder benachbart angeordnet, wobei eine lichtdurchlässige oder lichtreflektierend einstellbare, bspw. schaltbare Fläche des mindestens einen zweiten Lichtschaltelements das mindestens eine Lichtleitelement berührt, wobei das mindestens eine Lichtleitelement in der Hauptrichtung unmittelbar zwischen dem mindestens einen zweiten Lichtschaltelement und dem mindestens einen ersten Lichtschaltelement angeordnet sein kann. Es ist möglich, dass dem mindestens einen Lichtleitelement mindestens ein Einkoppelelement für Licht zugeordnet ist, wobei zumindest das erste Lichtschaltelement als mindestens ein erstes Einkoppelelement für das mindestens eine Lichtleitelement und ggf. auch das mindestens eine zweite Lichtleitelement als mindestens ein zweites Einkoppelelement für das mindestens eine Lichtleitelement ausgebildet und/oder zu bezeichnen sowie zum Einkoppeln von Licht in das mindestens eine Lichtleitelement ausgebildet ist.
Weiterhin kann dem mindestens einen Lichtleitelement mindestens ein Auskoppelelement für Licht zugeordnet sein, wobei das mindestens eine Auskoppelelement an der mindestens einen Grenzfläche, bspw. Außenfläche, Eintrittsfläche und/oder Austrittsfläche, zwischen dem mindestens einen Lichtleitelement und der mindestens einen
Photovoltaikzelle angeordnet sowie zum Auskoppeln von Licht aus dem mindestens einen Lichtleitelement und ggf. zum Einkoppeln von Licht in die mindestens eine Photovoltaikzelle bzw. in das mindestens eine Photovoltaikmodul ausgebildet ist. Die vorgestellte Anordnung kann als Fensterscheibe zum Abschließen einer Öffnung einer Hülle, bspw. einer Wand, ausgebildet sein, wobei die Hülle und die in der Öffnung angeordnete Anordnung einen Innenraum von einer Umgebung trennen, wobei die Eintrittsfläche, bspw. Eintrittsseite, durch die das Licht eintritt, der Umgebung, in der sich eine Lichtquelle, bspw. die Sonne, befindet, und die Austrittsfläche, bspw. Austrittsseite, dem Innenraum zugeordnet, zuordenbar und/oder zuzuordnen ist, wobei die Lichtquelle in der Umgebung außerhalb des Innenraums angeordnet ist bzw. sich in der Umgebung befindet. Die Anordnung, bspw. eine Fensterscheibe und/oder das mindestens eine Lichtleitelement, kann für ein Dach eines Fahrzeugs verwendet werden, das den Innenraum von der Umgebung trennt. Die mindestens eine Photovoltaikzelle ist seitlich am Schichtkörper und somit seitlich des mindestens einen Lichtleitelements im Dach des Fahrzeugs versteckt angeordnet. Der Innenraum ist unterhalb des Dachs mit der darin integrierten Anordnung angeordnet. Falls das mindestens eine Lichtschaltelement lichtdurchlässig eingestellt, bspw. geschaltet ist, durchquert Licht aus der Umgebung, das in die Eintrittsfläche eintritt, den Schichtkörper und das mindestens eine Lichtschaltelement und somit auch die Austrittsfläche der Anordnung und wird dabei in den Innenraum durchgelassen. Falls das mindestens eine Lichtschaltelement alternativ lichthemmend und dabei lichtreflektierend eingestellt wird bzw. ist, wird Licht aus der Umgebung, das ansonsten durch die Austrittsfläche austritt, entgegen der Hauptrichtung in das mindestens eine Lichtleitelement eingekoppelt, in der Regel reflektiert und von dort zu der mindestens einen Photovoltaikzelle an der seitlichen Außenfläche eingekoppelt und in elektrische Energie umgewandelt.
Außerdem kann die Anordnung für ein Fahrzeug, bspw. ein Kraftfahrzeug bzw. Auto, vorgesehen und/oder ausgebildet sein und bspw. als Fensterscheibe für das Fahrzeug eingesetzt werden, wobei die Anordnung bzw. eine entsprechende Fensterscheibe in einem Dach des Fahrzeugs angeordnet sein kann.
Die mindestens eine Photovoltaikzelle ist als Solarzelle ausgebildet und/oder zu bezeichnen sowie dazu ausgebildet ist, Licht der Sonne als Lichtquelle in in elektrische Energie umzuwandeln, wobei die mindestens eine Photovoltaikzelle an ein Frequenzspektrum der Sonne angepasst sein kann.
Der Schichtkörper der Anordnung kann bspw. entweder quaderförmig oder zylinderförmig ausgebildet sein. Falls der Schichtkörper quaderförmig ausgebildet ist, ist er jeweils durch eine rechteckige Eintrittsfläche und Austrittsfläche sowie durch vier jeweils rechteckige Außenflächen bzw. Seitenflächen, bspw. Außenseiten, begrenzt. Dabei weist sowohl die Eintrittsfläche als auch die Austrittsfläche je nach Definition jeweils eine Länge und eine Breite auf. Entsprechend weist jede der Außenfläche eine Höhe auf. Dabei ist hier vorgesehen, dass sowohl die Breite als auch die Länge der Eintritts- und Austrittsfläche um ein Vielfaches größer als die Höhe jeweils einer Außenfläche ist. Falls der Schichtkörper zylinderförmig ausgebildet ist, ist er durch eine Eintrittsfläche und eine Austrittsfläche begrenzt, die beide kreisscheibenförmig sind und einen Radius aufweisen. In diesem Fall ist der Schichtkörper weiterhin lediglich durch eine Außenfläche, bspw. Außenseite, begrenzt, die zylindermantelförmig ausgebildet ist und eine Höhe aufweist, die wesentlich geringer bzw. kleiner als der Radius der Eintrittsfläche bzw. Austrittsfläche ausgebildet ist. Es ist auch möglich, dass der Schichtkörper eine n-eckige Eintritts- und Austrittsfläche aufweist, wobei die Eintrittsfläche bzw. Austrittsfläche n-eckig, bspw. dreieckig, viereckig oder mehreckig sein kann und neben der Einritts- und Austrittsfläche als Grenzflächen entsprechend n seitliche Außenflächen aufweisen kann. Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Umwandeln von Licht in elektrische Energie mit einer Anordnung zum Umwandeln von Licht in elektrische Energie, bspw. mit einer Ausführungsform der voranstehend vorgestellten Ausführungsform der Anordnung, vorgesehen, die mehrere flache Elemente und mindestens eine Photovoltaikzelle, bspw. Solarzelle, aufweist, wobei die flachen Elemente übereinander geschichtet sind und einen Schichtkörper bilden, der von einer Eintrittsfläche als Grenzfläche und einer Austrittsfläche als Grenzfläche, die beide eben und zueinander bspw. parallel angeordnet sind, und mindestens einer Außen- bzw. Seitenfläche als Grenzfläche begrenzt und/oder umschlossen ist. Dabei wird bzw. ist eine Hauptrichtung definiert, die von der Eintrittsfläche als Grenzfläche hin zu der Austrittsfläche als Grenzfläche orientiert wird bzw. ist. Der Schichtkörper weist mindestens ein Lichtleitelement, in der Regel ein Lichtleitelement, und mindestens ein erstes Lichtschaltelement, in der Regel ein erstes Lichtschaltelement, als Elemente auf, wobei das mindestens eine Lichtleitelement in der Hauptrichtung vor dem mindestens einen ersten Lichtschaltelement angeordnet wird bzw. ist, bzw. wobei das mindestens eine erste Lichtschaltelement in Hauptrichtung hinter dem mindestens einen Lichtleitelement angeordnet wird bzw. ist, wobei die mindestens eine Photovoltaikzelle in der Regel an der mindestens einen Grenzfläche, bspw. Außenfläche angeordnet wird bzw. ist. Es ist jedoch auch denkbar, dass die mindestens eine Photovoltaikzelle an der Eintrittsfläche und/oder Austrittsfläche als Grenzfläche angeordnet sein kann. Das mindestens eine erste Lichtschaltelement wird bzw. ist in der Hauptrichtung entweder lichtdurchlässig oder entgegen der Hauptrichtung lichthemmend eingestellt und/oder geschaltet, wobei eine üblicherweise schaltbare, d. h. lichtdurchlässig oder lichthemmend, bspw. lichtreflektierend einstellbare Fläche des mindestens einen ersten Lichtschaltelements dem mindestens einen Lichtleitelement zugewandt wird bzw. ist. Dabei wird für den Fall, dass das mindestens eine erste Lichtschaltelement lichtdurchlässig eingestellt, und/oder geschaltet wird bzw. ist, Licht von dem mindestens einen ersten Lichtschaltelement transmittiert. Dagegen wird für den Fall, dass das mindestens eine erste Lichtschaltelement lichthemmend, bspw. lichtreflektierend eingestellt und/oder geschaltet wird bzw. ist, Licht von dem mindestens einen ersten Lichtschaltelement reflektiert, wobei in diesem Fall Licht, das von dem mindestens einen ersten Lichtschaltelement entgegen der Hauptrichtung in das mindestens eine Lichtschaltelement eingekoppelt, bspw. reflektiert wird bzw. worden ist, von dem mindestens einen Lichtleitelement in einer Nebenrichtung, die senkrecht zu der Hauptrichtung orientiert ist, zu der mindestens einen Photovoltaikzelle an der mindestens einen Grenzfläche, bspw. Außenfläche, geleitet wird, wobei Licht, das von der mindestens einen Photovoltaikzelle empfangen wird, in elektrische Energie umgewandelt wird.
In Ausgestaltung wird das mindestens eine erste Lichtschaltelement lichtdurchlässig eingestellt, bspw. geschaltet, wenn Licht der Lichtquelle durch die Austrittsfläche strahlen soll. Alternativ wird das mindestens eine erste Lichtschaltelement lichthemmend, bspw. lichtreflektierend eingestellt, bspw. geschaltet, wenn Licht der Lichtquelle abgedunkelt werden soll. Hierbei ist es möglich, dass ein Transmissionsgrad und ein Reflexionsgrad des mindestens einen ersten Lichtschaltelements quantitativ eingestellt und/oder ausgewählt werden können. Dabei ist es denkbar, dass der Transmissionsgrad des mindestens einen ersten Lichtschaltelements größer als sein Reflexionsgrad eingestellt wird bzw. ist, wenn es lichtdurchlässig eingestellt ist bzw. wird. Wenn das mindestens eine erste Lichtschaltelement dagegen lichthemmend, bspw. lichtreflektierend eingestellt ist, wird bzw. ist sein Reflexionsgrad größer als sein Transmissionsgrad eingestellt. Weiterhin kann auch ein Absorptionsgrad des mindestens einen ersten Lichtschaltelements berücksichtigt werden. Dabei kann das mindestens eine Lichtschaltelement einen geringen Absorptionsgrad aufweisen, wenn es lichtdurchlässig eingestellt ist. Oder einen hohen Absorptionsgrad aufweisen, wenn es lichthemmend, bspw. lichtreflektierend eingestellt ist. Üblicherweise ist das mindestens eine Lichtschaltelement nicht rein lichtdurchlässig, also nicht zu 100% lichtdurchlässig oder rein lichthemmend, also nicht zu 100% lichthemmend bzw. zu 0% lichtdurchlässig einstellbar, da es bei realen Anwendungen gleichzeitig sowohl anteilig lichtdurchlässig und auch anteilig lichthemmend sein kann. Anteilig kann sich hierbei bspw. auf einen Anteil des Spektrums bzw. der Wellenlängen des einstrahlenden Lichts beziehen. Das bedeutet, dass das mindestens eine Lichtleitelement zugleich zu einem Anteil von x% lichtdurchlässig bzw. transmittierend, zu einem Anteil von y% lichtreflektierend, zu einem Anteil von z% lichtstreuend und zu einem Anteil von w% lichtabsorbierend eingestellt ist bzw. wird, wobei w, x, y, z jeweils größer gleich Null sind. Bei eine Ausgestaltung der Anordnung und/oder des Verfahrens ist vorgesehen, dass, wenn nur zwei Fälle bzw. Einstellungen, nämlich "lichtdurchlässig" und "lichthemmend" vorgesehen sind, für den Fall, dass das mindestens eine Lichtschaltelement "lichtdurchlässig" eingestellt ist, es vorwiegend bzw. zu einem großen bzw. größten Anteil lichtdurchlässig eingestellt wird bzw. ist, wobei es zu einem größeren Anteil lichtdurchlässig statt lichthemmend ist. Falls das mindestens eine Lichtschaltelement dagegen "lichthemmend" eingestellt ist bzw. wird, ist es vorwiegend bzw. zu einem größeren bzw. größten Anteil lichthemmend, bspw. lichtreflektierend, statt lichtdurchlässig. In Ausgestaltung kann das mindestens eine Lichtleitelement stufenweise oder bzw. stufenlos zwischen 0% und 100% je nach Definition lichtdurchlässig und entsprechend stufenlos zwischen 100% und 0 % lichthemmend eingestellt sein bzw. werden. In Ausgestaltung der Anordnung und/oder des Verfahrens ist vorgesehen, dass für den Fall, dass das mindestens eine erste Lichtschaltelement Licht reflektierend eingestellt, bspw. geschaltet wird bzw. ist, ein erster Anteil von Licht der Lichtquelle von dem mindestens einen ersten Lichtschaltelement in Richtung des mindestens einen Lichtleitelements reflektiert und ein zweiter Anteil des Lichts der Lichtquelle transmittiert wird, wobei der erste reflektierte Anteil des Lichts größer als der zweite transmittierte Anteil des Lichts ist. Falls dagegen das mindestens eine erste Lichtschaltelement lichtdurchlässig eingestellt, bspw. geschaltet wird bzw. ist, ist der erste Anteil des Lichts der Lichtquelle, der von dem mindestens einen ersten Lichtschaltelement entgegen der Hauptrichtung reflektiert wird, geringer als der zweite Anteil des Lichts der Lichtquelle ist, der von dem mindestens einen ersten Lichtschaltelement transmittiert wird.
Die vorgestellte Anordnung kann je nach Definition als transparente Scheibe mit mindestens einer Photovoltaikzelle ausgebildet sein bzw. bezeichnet werden, wobei die Scheibe mit dem mindestens einen ersten Lichtschaltelement eine je nach Bedarf lichtdurchlässig oder lichthemmend, bspw. lichtreflektierend einstellbare und/oder schaltbare Schicht aufweist. Dabei ist es möglich, dass das mindestens eine Lichtleitelement sowie das mindestens eine erste und ggf. das mindestens eine zweite Lichtleitelement flexibel und somit verformbar ausgebildet sein können. Das mindestens eine erste Lichtschaltelement als einstellbare, bspw. schaltbare Schicht kann weiterhin entweder absorbierend, filternd und/oder transmittierend oder reflektierend eingestellt und/oder geschaltet werden. Falls das mindestens eine erste Lichtschaltelement absorbierend oder reflektierend eingestellt ist, ist hierdurch eine Abschaltung von Licht der Lichtquelle möglich. Falls das mindestens eine erste Lichtschaltelement reflektierend eingestellt ist und wirkt, ist eine zusätzliche Einkopplung von Licht in das mindestens eine Lichtleitelement bzw. in einen entsprechenden Lichtleiter möglich.
Die Anordnung kann eine oder mehrere Photovoltaikzellen an der mindestens einen Grenzfläche, d. h. an der Außenfläche bzw. Seitenfläche und ggf. auch an der Eintrittsfläche oder Austrittsfläche aufweisen. Dem mindestens einen Lichtleitelement bzw. mindestens einem Lichtleiter kann bzw. können ein Einkoppelelement oder mehrere Einkoppelelemente und somit das mindestens eine Lichtschaltelement als mindestens ein Einkoppelelement zugeordnet sein. Das mindestens eine Einkoppelelement kann bspw. eine refraktive bzw. lichtbrechende oder eine diffraktive bzw. lichtstreuende Oberflächenstruktur aufweisen, d. h. als diffraktives optisches Einkoppelelement (DOE) bzw. Lichtschaltelement, bspw. als holographisches optisches Element (HOE), bspw. als Volumenhologramm, ausgebildet sein. Dabei kann ein derartiges diffraktives, bspw. holographisches optisches Element n-eckig oder rund sein.
Außerdem kann bzw. können dem Lichtleiter ein Auskoppelelement oder mehrere Auskoppelelemente zugeordnet sein. Dabei kann mindestens ein derartiges Auskoppelelement eine refraktive oder diffraktive Oberflächenstruktur aufweisen. Es ist auch möglich, dass das mindestens eine Auskoppelelement als diffraktives optisches Element, bspw. als holographisch optisches Element, bspw. als Volumenhologramm, ausgebildet ist. Das mindestens eine Lichtschaltelement bzw. der mindestens eine Lichtleiter kann ein- oder mehrschichtig ausgebildet sein, wobei der Schichtkörper der Anordnung entsprechend ein Lichtleitelement oder mehrere Lichtleitelemente aufweist, wobei in den Schichtkörper das mindestens eine Lichtschaltelement, d. h. zumindest das mindestens eine erste Lichtschaltelement und ggf. mindestens ein zweites Lichtschaltelement eingebettet ist bzw. sind. Dabei können innerhalb des Schichtkörpers zwischen zwei unmittelbar benachbarten Lichtleitelementen das mindestens eine erste Lichtschaltelement und ggf. auch das mindestens eine zweite Lichtschaltelement eingebettet sein. Das mindestens eine Lichtschaltelement bzw. Einkoppelelement für Licht kann absorbierend, filternd und/oder reflektierend oder streuend und/oder transmittierend schaltbar sein bzw. eingestellt, bspw. geschaltet werden. Dabei ist es möglich, das eine jeweilige Schaltung und/oder Einstellung des mindestens einen Lichtschaltelements bzw. Einkoppelelements für Licht segmentiert, pixelgenau oder selektiv eingestellt, bspw. geschaltet werden kann. Das mindestens eine Lichtschaltelement kann bspw. elektrochrom, photochrom oder thermochrom sein und/oder als Flüssigkeitskristallanzeige (LCD bzw. Liquid Crystal Display) oder als tönbares Glas (PDLC-Glas für Liquid Crystal bzw. Polymer Dispersed Liquid Crystal) ausgebildet sein bzw. bezeichnet werden. Das mindestens eine Lichtschaltelement bzw. Einkoppelelement für Licht kann jedoch auch statisch bzw. fix bzw. unveränderlich eingestellt sein und mindestens eine der genannten optischen Eigenschaften aufweisen und demnach jeweils anteilsmäßig absorbierend, filternd, reflektierend, streuend und/oder transmittierend bzw. lichtdurchlässig sein und demnach vorwiegend bzw. anteilsmäßig fix bzw. dauerhaft, insbesondere vorwiegend absorbierend, filternd, reflektierend, streuend oder transmittierend bzw. lichtdurchlässig sein.
Es ist möglich, dass das mindestens eine Lichtschaltelement für bestimmte Wellenlängen des Lichts, bspw. für Wellenlängen des Lichts der Sonne, transparent bzw. lichtdurchlässig, oder reflektierend bzw. spiegelnd und/oder absorbierend ist. Die vorgestellte Anordnung kann bspw. in dem Dach als Hülle bzw. Wand des Fahrzeugs eingebaut sein. Falls das mindestens eine erste Lichtschaltelement transmittierend eingestellt ist, ist es möglich, dass Licht bzw. Strahlung von der Sonne als Lichtquelle, das bzw. die durch die Anordnung hindurch transmittiert wird, so intensiv ist, dass Insassen im Innenraum des Fahrzeug das Licht als zu hell empfinden und/oder dass sich der Innenraum dadurch sehr aufheizen kann. Um dies zu verhindern und somit die Lichtquelle auszublenden bzw. abzublenden, wird das mindestens eine erste Lichtschaltelement als reflektierend eingestellt, wobei Licht, das von dem mindestens einen ersten Lichtschaltelement in das mindestens eine Lichtleitelement eingekoppelt wird auf die mindestens eine Photovoltaikzelle gelenkt und dabei in elektrische Energie umgewandelt wird. Es ist auch möglich, dass die Anordnung mehrere erste Lichtschaltelemente aufweist, die in der Hauptrichtung hinter dem mindestens einen Lichtleitelement angeordnet sind. Dabei ist bspw. nur eines dieser Lichtschaltelemente variabel lichtdurchlässig oder lichthemmend einstellbar, bspw. schaltbar, wohingegen ein weiteres Lichtschaltelement fix bzw. dauerhaft lichthemmend oder lichtdurchlässig eingestellt ist. Ein derartiges Lichtschaltelement bzw. Einkoppelelement kann als holographisch optisches Element ausgebildet sein. Dabei ergibt sich durch Kombination eines fixen Lichtschaltelements und eines variabel entweder lichtdurchlässig oder lichthemmend einstellbaren und/oder schaltbaren Lichtschaltelements eine einfache Realisierung der vorgestellten Anordnung, wobei eine Einkopplung von Licht durch das fix eingestellte Lichtschaltelement unabhängig von einer Funktion des weiterhin variabel und/oder dynamisch einstellbare, bspw. schaltbaren Lichtschaltelements ist, also unabhängig davon, ob es nun lichtdurchlässig oder lichthemmend eingestellt, bspw. geschaltet ist, wodurch eine Einkopplung von Licht in das mindestens eine Lichtleitelement und eine Erzeugung von elektrischem Strom nicht beeinflusst werden.
Mit der Anordnung ist es möglich, Licht der Lichtquelle nicht nur abzudunkeln sondern auch einzufangen und in elektrische Energie umzuwandeln. Entsprechend ist mit der Anordnung simultan eine Abdunkelung und eine Versorgung der mindestens einen Photovoltaikzelle mit Licht möglich. Die mindestens eine Photovoltaikzelle ist an der mindestens einen Grenzfläche, bspw. Außenfläche, und somit üblicherweise am Rand der Anordnung angeordnet und somit geschützt. Mit dem mindestens einen ersten Lichtschaltelement ist es möglich, auch infrarotes Licht oder ultraviolettes Licht der Schallquelle in das mindestens eine Lichtleitelement einzukoppeln. Der Schichtkörper der Anordnung kann von einem Rahmen bzw. einem Rand begrenzt werden, wobei die mindestens eine Photovoltaikzelle in dem Rahmen versteckt eingebaut und somit geschützt werden kann. Mit der Anordnung ist somit eine Abdunkelung der Lichtquelle möglich, wodurch ein angenehmer visueller Effekt herbeigeführt werden kann. Außerdem ist hierdurch eine unnötige Aufheizung des Innenraums des Fahrzeugs vermeidbar. Weiterhin ist auch eine Streuung von Licht der Lichtquelle möglich, wobei eine visuell angenehme schattenfreie natürliche Beleuchtung des Innenraums des Fahrzeugs erzeugt werden kann. Außerdem ist mit der Anordnung eine Vermeidung einer Blendung von Insassen des Fahrzeugs möglich. Weiterhin kann auch eine Privatsphäre von Insassen durch die Anordnung gewährleistet werden. Falls das mindestens eine erste Lichtschaltelement streuend oder reflektierend eingestellt ist, ist eine zusätzliche Einkopplung von Licht bzw. Strahlung in das mindestens eine Lichtleitelement möglich, das diese ansonsten ungehindert durchdringt, wenn das mindestens eine erste Lichtschaltelement transmittierend ausgebildet ist. Somit kann eine Effizienz einer Beleuchtung bzw. Bestrahlung der mindestens einen Photovoltaikzelle erhöht werden.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung schematisch und ausführlich beschrieben. Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung. Die in Figur 1 schematisch dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung 2 weist einen hier quaderförmigen Schichtkörper 4 auf, der von einer Eintrittsfläche 6, bspw. Eintrittsseite, in Figur 1 oben, einer Austrittsfläche 8, bspw. Austrittsseite, in Figur 1 unten, und von insgesamt vier Außenflächen 10, bspw. Außenseiten, begrenzt ist, wobei die Eintrittsfläche 6, die Austrittsfläche 8 und die Außenflächen 10 als Grenzflächen des Schichtkörpers 4 ausgebildet sind und/oder bezeichnet werden können. Außerdem zeigt Figur 1 hier oberhalb des Schichtkörpers 4 durchgezogene Pfeile 12 und gestrichelte Pfeile 14 unterhalb des Schichtkörpers 4. Dabei deuten sämtliche Pfeile 12, 14 eine Flauptrichtung an, die hier von der Eintrittsfläche 6 in Richtung der Austrittsfläche 8 orientiert und/oder ausgerichtet ist.
Weiterhin weist der Schichtkörper 4 mehrere Elemente, nämlich hier entgegen der Flauptrichtung ein erstes Lichtschaltelement 16, ein Lichtleitelement 18 und optional ein hier ergänzend vorgesehenes zweites Lichtschaltelement 20 auf, wobei das erste Lichtschaltelement 16 zwischen der Austrittsfläche 8 und dem Lichtleitelement 18 angeordnet ist. Außerdem ist das zweite Lichtschaltelement 20 zwischen dem Lichtleitelement 18 und der Eintrittsfläche 6 angeordnet. Das zweite Lichtschaltelement 20 ist für Licht einer Lichtquelle, das gemäß der durchgezogenen Pfeile 12 in der Hauptrichtung auf die Anordnung 2 auftrifft, transmittierend jedoch für Licht, das entgegen der Hauptrichtung aus dem Lichtleitelement 18 auf das zweite Lichtschaltelement 20 strahlt reflektierend, wobei derartiges Licht, das von dem zweiten Lichtschaltelement 20 reflektiert wird, wieder in der Hauptrichtung in das Lichtleitelement 18 gestrahlt wird. Außerdem ist hier an bzw. auf einer Außenfläche 10, die den Schichtkörper 4 je nach Definition seitlich begrenzt, eine Photovoltaikzelle 22 bzw. ein Photovoltaikmodul angeordnet. Ferner ist es auch möglich, dass jeweils eine derartige Photovoltaikzelle 22 an bzw. auf der Eintrittsfläche 8 je nach Definition oben und/oder an bzw. auf der Austrittsfläche 10 je nach Definition unten angeordnet sein kann. Üblicherweise wird das Licht allein von dem ersten Lichtschaltelement 16 in das Lichtleitelement 18 reflektiert und somit eingekoppelt. Das hier optional vorgesehene zweite Lichtschaltelement 20 kann Licht, das von dem ersten Lichtschaltelement 16 entgegen der Hauptrichtung in das Lichtleitelement 18 reflektiert wird und dieses entgegen der Hauptrichtung durchquert in der Hauptrichtung wieder zurück reflektieren und somit verhindern, dass das Licht durch die Eintrittsfläche 6 hindurch die Anordnung 2 wieder verlässt, wobei durch Kombination beider Lichtschaltelemente 16, 20 mehr Licht in dem Lichtleitelement 18 zwischen den Lichtschaltelementen 16, 20 gebündelt, zu der Photovoltaikzelle 22 geleitet bzw. transportiert und von dieser in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Das erste Lichtschaltelement 16 kann für Licht, das auf das erste Lichtschaltelement 16 in der Hauptrichtung strahlt, entweder durchlässig oder reflektierend eingestellt werden. Falls das erste Lichtschaltelement 16 für das Licht in der Hauptrichtung transmittierend bzw. durchlässig eingestellt ist, wird dieses Licht durch das erste Lichtschaltelement 16 transmittiert bzw. durchgelassen. Falls das erste Lichtschaltelement 16 dagegen reflektierend bzw. spiegelnd eingestellt wird, wird Licht, das in der Hauptrichtung auf dem ersten Lichtschaltelement 16 auftrifft, nachdem es zuvor das Lichtleitelement 18 durchquert hat, in dieses wieder zurück reflektiert bzw. einkoppelt. Figur 1 zeigt auch einen gezackten Pfeil 24, der hier dem Lichtleitelement 18 zugeordnet ist. Durch diesen gezackten Pfeil 24 wird eine Bewegung von Licht der Lichtquelle angedeutet, das für den Fall, dass das erste Lichtschaltelement 16 reflektierend bzw. spiegelnd eingestellt ist, innerhalb des Lichtleitelements 18 zwischen den beiden Lichtschaltelementen 16 und 20 hin und her reflektiert und weiterhin senkrecht zu der Hauptrichtung zu der
Photovoltaikzelle 22 geleitet und in diese eingekoppelt wird, wobei Strahlungsenergie des Lichts von der Photovoltaikzelle 22 in elektrische Energie umgewandelt wird. Somit wird das Licht in dem Lichtleitelement 18 und somit in einem entsprechenden Lichtleiter gesammelt und an mindestens einer Außenfläche 10 aus dem Lichtleitelement 18 ausgekoppelt und weiterhin in die Photovoltaikzelle 22 eingekoppelt. Das erste Lichtschaltelement 16 kann absorbierend, streuend oder reflektierend eingestellt, bspw. geschaltet werden. Bei einer möglichen Realisierung wird mindestens ein
Lichtschaltelement 16, 20 nie komplett lichtdurchlässig oder lichthemmend sein. In der Regel ist es zu einem ersten prozentualen Anteil lichtdurchlässig und zu einem zweiten prozentualen Anteil lichthemmend. Wenn das mindestens eine Lichtschaltelement 16, 20 in einer Ausführungsform lichtdurchlässig eingestellt, bspw. geschaltet wird bzw. ist, ist der erste prozentuale Anteil, zu dem es lichtdurchlässig ist, größer als der zweite prozentuale Anteil, zu dem es lichthemmend ist. Wenn es dagegen lichthemmend eingestellt, bspw. geschaltet wird bzw. ist, ist der zweite prozentuale Anteil, zu dem es lichthemmend ist, größer als der erste prozentuale Anteil, zu dem es lichtdurchlässig ist.
BEZUGSZEICHEN:
2 Anordnung
4 Schichtkörper 6 Eintrittsfläche
8 Austrittsfläche
10 Außenfläche
12 durchgezogener Pfeil
14 gestrichelter Pfeil 16 erstes Lichtschaltelement
18 Lichtleitelement
20 zweites Lichtschaltelement 22 Photovoltaikzelle
24 gezackter Pfeil

Claims

PATENTANSPRÜCHE:
1. Anordnung zum Umwandeln von Licht einer Lichtquelle in elektrische Energie, die mehrere flache Elemente und mindestens eine Photovoltaikzelle (22) aufweist, wobei die flachen Elemente übereinander geschichtet sind und einen Schichtkörper (4) bilden, der von einer Eintrittsfläche (6) und einer Austrittsfläche (8) und mindestens einer Außenfläche (10) als Grenzflächen begrenzt ist, wobei eine Hauptrichtung definiert ist, die von der Eintrittsfläche (6) hin zu der Austrittsfläche (8) orientiert ist, wobei der Schichtkörper (4) mindestens ein Lichtleitelement (18) und mindestens ein erstes Lichtschaltelement (16) als Elemente aufweist, wobei das mindestens eine Lichtleitelement (18) in der Hauptrichtung vor dem mindestens einen ersten Lichtschaltelement (16) angeordnet ist, wobei die mindestens eine Photovoltaikzelle (22) an mindestens einer Grenzfläche des
Schichtkörpers (4) angeordnet ist, wobei das mindestens eine erste Lichtschaltelement (16) entweder lichtdurchlässig oder lichthemmend einstellbar ist, wobei für den Fall, dass das mindestens eine erste Lichtschaltelement (16) lichtdurchlässig eingestellt ist, das mindestens eine erste Lichtschaltelement (16) dazu ausgebildet ist, Licht zu transmittieren, und wobei für den Fall, dass das mindestens eine erste Lichtschaltelement (16) lichthemmend eingestellt ist, das mindestens eine erste Lichtschaltelement (16) dazu ausgebildet ist, Licht in das mindestens eine Lichtleitelement (18) einzukoppeln, wobei das mindestens eine Lichtleitelement (18) in diesem Fall dazu ausgebildet ist, Licht, das von dem mindestens einen ersten Lichtschaltelement (16) eingekoppelt worden ist, zu der mindestens einen Photovoltaikzelle (22) an der mindestens einen Grenzfläche zu leiten, und wobei die mindestens eine Photovoltaikzelle (22) dazu ausgebildet ist, empfangenes Licht in elektrische Energie umzuwandeln.
2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der das mindestens eine Lichtleitelement (18) und das mindestens eine erste Lichtschaltelement (16) in der Hauptrichtung unmittelbar nebeneinander angeordnet sind wobei das mindestens eine erste Lichtschaltelement (16) das mindestens eine Lichtleitelement (18) berührt.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, die als mindestens ein weiteres Element mindestens ein zweites Lichtschaltelement (20) aufweist, das in der Hauptrichtung vor dem mindestens einen Lichtleitelement (18) angeordnet ist, wobei das mindestens eine Lichtleitelement (18) in der Hauptrichtung zwischen dem mindestens einen zweiten
Lichtschaltelement (20) und dem mindestens einen ersten Lichtschaltelement (16) angeordnet ist, wobei das mindestens eine zweite Lichtschaltelement (20) in der Hauptrichtung lichtdurchlässig und entgegen der Hauptrichtung lichthemmend ist, wobei das mindestens eine zweite Lichtschaltelement (20) dazu ausgebildet ist, Licht in der Hauptrichtung zu transmittieren und entgegen der Hauptrichtung in das mindestens eine Lichtleitelement (18) einzukoppeln.
4. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem dem mindestens einen Lichtleitelement (18) mindestens ein
Einkoppelelement für Licht zugeordnet ist, wobei zumindest das erste Lichtschaltelement (20) als mindestens ein erstes Einkoppelelement für das mindestens eine Lichtleitelement (18) ausgebildet und zum Einkoppeln von Licht in das mindestens eine Lichtleitelement (18) ausgebildet ist.
5. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem dem mindestens einen Lichtleitelement (18) mindestens ein
Auskoppelelement für Licht zugeordnet ist, das mindestens an der mindestens einen Grenzfläche zwischen dem mindestens einen Lichtleitelement (18) und der mindestens einen Photovoltaikzelle (22) angeordnet sowie zum Auskoppeln von Licht aus dem mindestens einen Lichtleitelement (18) in die mindestens eine Photovoltaikzelle (22) ausgebildet ist.
6. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, die als Fensterscheibe zum Abschließen einer Öffnung einer Hülle ausgebildet ist, wobei die Hülle und die in der Öffnung angeordnete Anordnung (2) einen Innenraum von einer Umgebung trennen, wobei die Eintrittsfläche (6) der Umgebung und die Austrittsfläche (8) dem Innenraum, zuordenbar ist, wobei eine Lichtquelle in der Umgebung außerhalb des Innenraums angeordnet ist.
7. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, die für ein Fahrzeug ausgebildet ist.
8. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei der die mindestens eine Photovoltaikzelle (22) an mindestens einer als Außenfläche (10) ausgebildeten Grenzfläche des Schichtkörpers (4) angeordnet ist.
9. Verfahren zum Umwandeln von Licht in elektrische Energie mit einer Anordnung (2) zum Umwandeln von Licht in elektrische Energie, die mehrere flache Elemente und mindestens eine Photovoltaikzelle (22) aufweist, wobei die flachen Elemente übereinander geschichtet sind und einen Schichtkörper (4) bilden, der von einer Eintrittsfläche (6), einer Austrittsfläche (8) und mindestens einer Außenfläche (10) als Grenzflächen begrenzt ist, wobei eine Hauptrichtung definiert wird, die von der Eintrittsfläche (6) hin zu der Austrittsfläche (8) orientiert wird, wobei der Schichtkörper (4) mindestens ein Lichtleitelement (18) und mindestens ein erstes Lichtschaltelement (16) als Elemente aufweist, wobei das mindestens eine Lichtleitelement (18) in der Hauptrichtung vor dem mindestens einen ersten Lichtschaltelement (16) angeordnet wird, wobei die mindestens eine Photovoltaikzelle (22) an der mindestens einer Grenzfläche angeordnet wird, wobei das mindestens eine erste Lichtschaltelement (16) entweder lichtdurchlässig oder lichthemmend eingestellt wird, wobei für den Fall, dass das mindestens eine erste Lichtschaltelement (16) lichtdurchlässig eingestellt wird, Licht von dem mindestens einen ersten Lichtschaltelement (16) transmittiert wird, und wobei für den Fall, dass das mindestens eine erste Lichtschaltelement (16) lichthemmend eingestellt wird, Licht von dem mindestens einen ersten Lichtschaltelement (16) in das mindestens eine Lichtleitelement (18) eingekoppelt wird, wobei in diesem Fall Licht, das von dem mindestens einen ersten Lichtschaltelement (16) eingekoppelt wird, von dem mindestens einen Lichtleitelement (18) zu der mindestens einen Photovoltaikzelle (22) an der mindestens einen Grenzfläche geleitet wird, wobei Licht, das von der mindestens einen Photovoltaikzelle (22) empfangen wird, in elektrische Energie umgewandelt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das mindestens eine erste
Lichtschaltelement (16) lichtdurchlässig eingestellt wird, wenn Licht der Lichtquelle durch die Austrittsfläche (8) strahlen soll, und bei dem das mindestens eine erste Lichtschaltelement (16) lichthemmend eingestellt wird, wenn Licht der Lichtquelle abgedunkelt werden soll.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230065240A1 (en) * 2021-08-25 2023-03-02 The United States of America As Represented By The Director Of The National Geospatial-Intelligence Method and apparatus for the display of volumetric solids using distributed photochromic compounds
DE102022121760A1 (de) 2022-08-29 2024-02-29 Cariad Se Solarstromerzeugungsvorrichtung und Kraftfahrzeug mit einer solchen Solarstromerzeugungsvorrichtung

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE20320919U1 (de) 2003-07-01 2005-06-09 Webasto Ag Deckel mit einer Glasscheibe und elektrischen Funktionselementen
US8632034B2 (en) 2007-03-23 2014-01-21 The Boeing Company Self-powered dimmable windows with integrated controls
CN102449773B (zh) * 2009-04-24 2015-05-20 阿尔法米克罗公司 太阳能动力的可变的光衰减装置以及安排
US9348068B2 (en) 2009-11-06 2016-05-24 Sharp Laboratories Of America, Inc. Energy generating transparent film
DE102010003745A1 (de) 2010-04-08 2011-10-13 GFi Gesellschaft für technische Ingenieurleistungen mbH Solardach für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug damit
DE102012011058A1 (de) * 2012-06-04 2013-12-05 Rainer Schmidt Steuerbare Lichtlenkung und Lichtleitung
DE102018206516B4 (de) 2018-04-26 2019-11-28 DLR-Institut für Vernetzte Energiesysteme e.V. Schaltbares Absorberelement und photovoltaische Zelle
CN111130451A (zh) * 2020-01-21 2020-05-08 奥提赞光晶(山东)显示科技有限公司 一种可切换通透模式的太阳能收集装置及实现方法

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