太阳能透镜板的制作方法

本发明涉及一种太阳能透镜板，包括一定数量的在一个平面中并排设置的聚光元件和与所述一定数量的聚光元件对应的数量的光导体，其中，为每个聚光元件配置一个包括光入射面的光导体，并且每个光导体分别在保持元件中与聚光元件隔开距离地保持，其中，在聚光元件和光导体的光入射面之间的距离至少大致对应于聚光元件的焦距并且在光导体的光入射面和聚光元件之间的区域优选没有使光换向的光学的元件并且优选在聚光元件和光导体之间不存在直接的机械连接。此外，本发明涉及一种照明系统，其具有至少一个光输送元件，以及涉及一种生物质培育设备，其具有至少一个用于接纳生物质的罐和至少一个照明系统。

背景技术：

除了太阳能在提供温水和用于产生电流中的传统的使用之外，由现有技术已经已知，在建筑物照明和生物质、尤其是藻类的制造中使用太阳能。

这样例如DE 197 05 046 A1说明了一种利用太阳能的装置，其包括光捕捉元件，用于捕捉和集中由太阳出发的电磁辐射，并且包括用于传输捕捉的并且集中的电磁辐射的光传输元件以及用于发射输送的电磁辐射的光分布器。作为该装置的使用给出建筑物或封闭的空间的照明、建筑物或封闭的空间的加热、建筑物或封闭的空间的信息的显示、如太阳能电池的遮盖部、用于吸引昆虫、用于构造钟壳玻璃或用于照射有机体如藻类、植物。

DE 10 2007 018 675 A1说明一种生物质培育设备，包括用于接纳含生物质的含水溶液的容器，包括至少一个引导到容器中的光导体，用于输送光能至含生物质的含水溶液，并且包括可控制的光导体，所述光导体与用于到容器的选择的区域中的可选的光输送的光导体耦联，其中所述容器分成各部段，所述部段具有分别与所述光导体通过光分布器可选地可连接的光发射面，所述光导体与用于收集日光并且将收集的太阳能引导到光导体中的单元耦联，并且设置用于操控光分布器的控制单元，所述控制单元用于将在光导体中可用的光功率分布至光发射面地设计，使得在如下情况进行对另一个光发射面的附加的供给，即，所述利用来自光导体的光功率供应的至少一个光发射面被提供以用于生物质明显的质量增长需要的照明强度，并且其他的光功率可供使用，以便为其他的光发射面同样提供用于生物质明显的质量增长需要的照明强度，并且这样进行到其他的光发射面上的切断，使得依赖于一个部段的累积的照明时间段提供累积的暗阶段的预定的最小时间段。

在太阳能这样的利用中，重要的元件是光学系统，利用所述光学系统，日光引入光导体中。

由EP 2 189 711 A2已知一种耦合单元，其用于将日光耦入光导材料的区块的纤维中，其具有用于光入射的表面、包括入口侧和相反侧的导光装置以及用于连接所述装置到纤维上的纤维连接装置，所述相反侧将在进入侧上进入的光成像到相反侧上。该耦合单元直接与光学的透镜连接。利用该耦合单元，实现用于光输入耦合到纤维中的不需维修的并且坚固的结构组合件。此外应该借此减少用于照明的太阳能透镜板的制造费用和运行成本。然而在此不利的是，透镜和耦合单元的光学的结构组合件在这样的太阳能透镜板的批量生产中尽管如此还引起高的生产成本，因为需要相对多的材料并且所述系统的生产时间同样相对高。

但在现有技术中也已经说明两部分式的光学的结构组合件，其中光导体不直接连接到光学的透镜上。这样的系统例如由US 6,299,317B1已知。依此光通过菲涅尔透镜捕捉并且投射到光导体中，其中，在菲涅尔透镜和光导体之间不存在直接的连接。而该系统在菲涅尔透镜和光导体之间具有锥形的、抛物线的集中器作为其他的光学的元件，以便实现将射入的光束集中到光导体上。通过该次级光学系统和与此关联的较复杂的构造，提高所述系统的价格。

技术实现要素：

本发明的任务是，提供一种开头所述类型的太阳能透镜板，其成批低成本并且以高的自动化程度可制造，从而借此这样的太阳能透镜板对于照明、尤其是在生物质制造中得到较广泛的认可并且因此可以减少能量成本和温室气体。

本发明的该任务在开头所述的太阳能透镜板中如下解决，即，光导体的光入射面设置在保持元件内。此外本发明的任务利用开头所述的照明系统解决，所述照明系统具有这样的太阳能透镜板。此外本发明的任务通过一种开头所述的生物质培育设备解决，其具有这样的照明系统。

有利的是，太阳能透镜板对于每个光导体只具有唯一的光学元件、即聚光元件。借此太阳能透镜板的构造的简化是可能的，尤其是不再需要在主光学系统、即聚光元件和如在现有技术中使用的次级光学系统之间的协调。更确切地说是有缺点与此关联，即，在主光学系统和光导体之间的距离调整的精确性必须满足较高的要求，而单个构件的较小的数量的优点超过该缺点。此外通过避免次级光学系统减少外围的制造费用，所述制造费用大于用于聚光元件和光导体之间的距离的准确的调节的附加的花费。在此此外有利的是，各单个构件的制造在批量生产中更简单地是可能的，例如借助注射压塑方法，由此同样可以生成对应的成本优势。

设定为，光导体分别设置在保持元件中。借此可以将光导体更好地保持在需要的位置中，由此聚光元件关于光导体的调整可以更简单地进行。

进一步设置为，光导体的光入射面设置在保持元件内。借此构成在光入射面的区域中的过热保护。即在该区域中的污染物会导致能量的吸收，从而保持元件被加热。通过到光导体的光入射面上的焦点处于保持元件内，聚焦的光束在进入保持元件中时还相对宽，从而能量不足够这样程度地加热保持元件，使得保持元件损坏并且借此进一步造成光导体失去其相对于聚光元件的准确的相对位置。

关于太阳能透镜板的制造的自动化程度并且借此也关于降低成本的进一步改善如下可实现，即，多个聚光元件形成一件式的聚光元件模块。但借此也简化聚光元件和光导体的光入射面之间的距离的调节，因为不是必须单独调节每个单独的距离。这再次导致太阳能透镜板的组装的进一步简化并且借此进一步减少制造费用。

优选聚光元件通过菲涅尔透镜构成。借此可以实现太阳能透镜板的需要的结构空间的明显的减少，从而太阳能透镜板可以较平地构造。

按照太阳能透镜板的另一种实施变型方案可以设置为，多个保持元件在尤其是一件式的保持元件模块中设置。借此又通过更高的自动化程度和太阳能透镜板的更简单的组装可实现制造费用的进一步减少。此外可以借此也实现，多个保持元件可以更简单地设置在一个共同的平面中。

为了将聚光元件的焦点更简单地调整到光导体的光入射面上可以设置为，在所述一个/多个聚光元件模块和所述一个/多个保持元件模块之间设置距离保持部，尤其是所述一个或多个聚光元件模块通过距离保持部与所述一个或多个保持元件模块连接。

优选地，聚光元件和保持元件设置在一个共同的框架中，由此太阳能透镜板可以针对环境影响更具耐抗性地构成。

可以进一步设置为，聚光元件由透明的遮盖部遮盖。借此实现针对环境影响对聚光元件和处于其下的光导体的更好的保护。尤其是可以借此也实现关于避免保持元件污染的改善，以此可以同样(更好)避免所述保持元件由于能量吸收的过度加热。由此可能的是，在太阳能透镜板内的粘接部可以更低成本地以更少的材料制造，例如光导体与保持元件粘接。同样可以借此更好地保护太阳能透镜板内的粘接部或材料，以防紫外线辐射的影响。

出于相同的原因可以设置为，聚光元件和保持元件设置在一个封闭的系统中，其中，优选所述封闭的系统具有框架、透明的遮盖部和基板，其中，在框架和/或透明的遮盖部和/或基板上设置有至少一个膜片。通过后面的实施变型方案，可以将太阳能透镜板完全封闭，从而可以阻止或至少显著减少在太阳能透镜板的内部区域中的污染，其中通过所述至少一个膜片实现在太阳能透镜板的内部空间和环境大气之间的空气和水蒸汽交换。

基板优选通过所述一个或多个保持元件模块形成，因为借此可以实现太阳能透镜板的构造的进一步简化，由此结果是可以减少材料费用。

附图说明

为了更好地理解本发明，借助后续附图进一步解释本发明。

分别在简化的示意图中示出：

图1示出用于太阳能透镜板的光学的结构组合件；

图2示出用于太阳能透镜板的光学的结构组合件；

图3示出光学的结构组合件的细节图；

图4示出聚光元件模块的斜视图；

图5示出基板的斜视图；

图6示出部分地组装的太阳能透镜板的斜视图；

图7示出太阳能透镜板的斜视图；

图8示出生物质培育设备的一部分。

具体实施方式

首先要指出，在不同的描述的实施形式中相同部件使用相同的附图标记或相同的构件名称，其中，在整个说明书中包含的公开内容可以按意义转用到具有相同附图标记或相同构件名称的相同部件上。同样，在说明中选择的位置说明如上面、下面、侧面等涉及直接描述的以及所示的附图并且这些位置说明在位置改变时按意义转用到新的位置。

图1示出简化示出的光学的结构组合件1，以用于例如在图7中示出的太阳能透镜板2。

光学的结构组合件包括聚光元件3和光导体4。

聚光元件3构成为聚光透镜。在示出的实施变型方案中，聚光透镜是所谓的平凸的透镜。

光导体4设置在聚光元件3之下。光导体具有光入射面5，所述光入射面朝向聚光元件3并且与聚光元件3的光轴6成直角。优选光轴延伸通过以至少大致圆形的横截面实施的光导体4的光入射面5的中点。

光导体4由例如板状实施的支架7隔开距离8地保持，其中光导体4可以引导通过支架7的孔。在聚光元件3和光导体4的光入射面5之间的距离8至少大致对应于聚光元件3的焦距。焦距在此定义为聚光元件3的主平面9与聚光元件3的焦点10的距离。换句话说，亦即射入的光11由聚光元件3至少大致或准确地聚焦到光导体4的光入射面5上。

“至少大致到光入射面5上”在本发明的意义上表示，光锥13的直径12在光导体4的光入射面5上以不多于20％、尤其是以不多于10％大于光导体4的光入射面5的直径。

但光锥13的直径12也可以相应于光导体4的光入射面5的直径或聚光元件3的焦点可以处于光导体4的光入射面5中。

然而优选聚光元件3的焦点处于光导体4内在光入射面5之下，如在图3中示出的，从而相比于焦点处于光导体4的光入射面5中，在光入射面5的区域中的能量输入较小。借此实现，光锥的能量不足够熔化塑料。焦点与光入射面5的距离可以在此是直至最大1.5mm(亦即在0mm和1.5mm之间)、尤其是直至最大1mm。

亦即在聚光元件3和光导体4的光入射面5之间的距离8优选最大相应于聚光元件3的焦距，包括误差范围±0.1mm。

要指出，概念“光轴”、“焦距”和“焦点”按照光学系统中的通常的意义使用。

在聚光元件3和光导体4之间没有设置其他的光学的元件，即没有次级光学系统。亦即聚光元件3和光导体4的光入射面5之间的区域没有折射光的和使光换向的元件。

此外，在光导体4和聚光元件3之间不存在直接的机械连接。

亦即换句话说，按照图1的光学的结构组合件1包括聚光元件3和与其间隔开的光导体4。

在图2中在横截面中示出光学的结构组合件1的一种实施形式，其中再次对于相同的部件使用如在图1的说明中的相同的附图标记或构件名称。为了避免不必要的重复，指出或参考详细的前述的说明。

光学的结构组合件1是本发明优选的实施形式。光学的结构组合件1又包括聚光元件3和具有光入射面5的光导体4。

聚光元件3优选是菲涅尔透镜。菲涅尔透镜原则上已知，为此参阅与此有关的现有技术。但也可以使用其他合适的透镜形状。

光导体4的光入射面5以与聚光元件3具有先前详细所述的距离8地设置。

此外光导体4保持在保持元件14中、尤其是与保持元件粘接，所述保持元件又设置在支架7上。在此也可能的是，保持元件14和支架7形成由一种材料制成的一件式的构件。

在光学的结构组合件1的优选的并且在图2示出的实施变型方案中，光入射面5设置在保持元件14内。亦即在保持元件14的端面15和聚光元件3之间的距离16优选小于聚光元件3和光导体4的光入射面5之间的距离8。

为了光导体4在保持元件14内的粘接，优选设置为，保持元件14具有空隙、尤其是盲孔。该空隙的横截面优选沿相同的方向观察大于光导体4的横截面。借此可能的是，在光导体4和空隙的壁之间构成至少一个通道，通过所述通道，处于空隙中的空气可以通过胶粘剂逸出，所述胶粘剂通过光导体4的导入被排挤到空隙中。通过排挤出的胶粘剂，可以此外实现在保持元件14的底侧上的空隙的密封，在所述底侧上，光导体4从保持元件14出来。

所述空隙可以例如具有椭圆形的或尤其是四边形的、优选正方形的横截面。所述光导体4优选具有至少大致圆形的横截面。

但对于相同的目的也可能的是，将至少一个通道在空隙的壁中构成为在该壁中的凹部。

按照对此的非优选的实施变型方案存在可能性，穿过保持元件14引入横向孔，所述横向孔从外面延伸至所述空隙中。在此可能的是，在光导体4嵌入的高度上和/或在空隙的周边上分布地引入多个这样的横向孔。通过这些横向孔，空气可以同样逸出并且可以通过排挤出的胶粘剂实现这些横向孔的密封或封闭。

通过避免在光导体4和保持元件14之间的截留空气，可以在光入射面5的区域中更好地避免保持元件14/光导体4的组合的光学的特性(Verhalten)的变化和避免可能出现的光导体4的过度加热。

作为胶粘剂优选使用耐紫外线的胶粘剂。进一步优选，胶粘剂不会引起穿透的光的光学的折射。

保持元件14出于这个原因至少在本发明的优选的实施变型方案中由透光的(透明的)材料形成。当然在保持元件14中没有发生光换向。亦即也在按照图2的光学的结构组合件1的该实施变型方案中，在聚光元件3和光导体4的光入射面5之间没有设置光学主动的(在光换向的意义上的)元件。此外，保持元件14的端面15优选有光泽或高光泽(但不反射地)构成。此外，端面15优选平行于聚光元件3的主平面9(参看图1)并且尤其是也平行于光导体4的光入射面5定向。

此外优选的是，保持元件14由如下材料制成，所述材料具有如下折射率，所述折射率以不多于5％、尤其是以不多于3％偏离光导体4的材料的折射率。

因此，优选在保持元件14中没有发生进一步的光折射。

保持元件14可以例如以圆柱体或直角平行六面体的形状构成，其中，所述形状不应受限制地理解。

此外在本发明的该实施变型方案中在聚光元件3和光导体4之间不存在直接的连接。换句话说亦即直接在聚光元件3之下并且在聚光元件3和光导体4之间的区域(空间)除去保持元件之外没有其他的元件或构件。因此，在聚光元件3和光导体4之间的空间可以以气体填充或抽真空。如接着还说明的，保持元件14可以是保持元件模块的一部分，并且聚光元件3可以是聚光元件模块的一部分。这两个模块可以通过距离保持部相互连接。该距离保持部处于保持元件14旁边，亦即在本发明的意义上不处于直接在聚光元件3之下并且在聚光元件3和光导体4之间的区域中并且不具有在光导或光换向的意义上的光学的功能。

如其例如在图7中在优选的实施变型方案中示出的，按照本发明的太阳能透镜板2具有多个光学的结构组合件1(图1和2)。亦即因此太阳能透镜板具有一定数量的聚光元件3和与所述一定数量的聚光元件3对应数量的光导体4。全部的聚光元件3优选设置在一个平面中。同样光导体4的光入射面5优选设置在一个平面中。优选光导体4的光入射面5的平面平行于聚光元件3的平面地定向。

在图4中示出本发明的另一种实施变型方案，利用所述实施变型方案，可以简化聚光元件3在一个平面中的布置结构。聚光元件3优选又是菲涅尔透镜。

在该实施变型方案中，多个聚光元件3形成一件式的聚光元件模块17。

在示出的实施变型方案中，聚光元件模块17具有二十五个聚光元件3，所述聚光元件以五行和五列地分开。

但聚光元件模块17也可以具有多于或少于二十五个聚光元件3，例如一百个聚光元件，从而在图4中的示图仅具有示例性的特性。此外，聚光元件模块17不是必须强制正方形(如示出的)实施，即行和列的数量可以彼此不同。

用于简化光导体4的光入射面5(图1和2)的调整的另一种可能性在图5中示出，在所述图中，示出另一种实施变型方案，其备选或附加于按照图4的实施变型方案可以在太阳能透镜板2(图7)中使用。

在该实施变型方案中，多个保持元件14设置在一个尤其是一件式的保持元件模块18中。保持元件14在保持元件模块18上的定位在此这样选择，使得分别一个保持元件14并且借此还有一个光导体4设置在聚光元件3之下，如在图1和4中示出的。

按照图5的保持元件模块18具有100个保持元件14，所述保持元件以10行和10列分开。但也可能的是，保持元件模块18具有更多或更少的保持元件14，例如直至200个，并且行的数量不同于列的数量。

但在一种优选的实施变型方案中，保持元件模块以多于对应于按照图4的聚光元件模块17的聚光元件3的数量的保持元件14构成，从而因此对于每个保持元件模块18在太阳能透镜板2中装入多个聚光元件模块17，如在图6和7中可看出的。

在图6中可看出太阳能透镜板模块19，其具有对应于图5的一个保持元件模块18和对应图4的四个收集元件模块17。

此外由图6可看出光导体4，其由保持元件14保持。

由图7又可看出，太阳能透镜板2可以具有所述太阳能透镜板模块19中的多个太阳能透镜板模块，例如二十五个，如在图7示出的，但也可以更多或更少。为了更好地示出所述关系，在图7中，太阳能透镜板模块部分地在图6中显示地示出。当然所有太阳能透镜板模块19都总体设有聚光元件17。

因此，太阳能透镜板2大都模块化地构造。

为了简化该太阳能透镜板的组装，尤其是为了可以更简单地调节聚光元件3和光导体4的光入射面5之间的距离8(图1和2)，可以按照太阳能透镜板2的另一种实施变型方案在所述一个或多个聚光元件模块17和所述一个或多个保持元件模块18之间设置距离保持部20，如其尤其是由图2和5可看出的。通过这些距离保持部20，所述一个或多个聚光元件模块17可以与所述一个或多个保持元件模块18连接，例如其方式为距离保持部20将聚光元件模块17与所述一个或多个保持元件模块18粘接或焊接或者说一般地材料锁合地连接。

距离保持部20在聚光元件3和光导体4之间的区域之外装入，从而因此聚光元件3和光导体4不直接相互连接，而是间接通过距离保持部20，所述距离保持部又将聚光元件模块17和保持元件模块18相互连接。

距离保持部20优选棒状地构成并且在端部区域中分别具有销21、22，如在图2中可看出的。销21可以嵌接到保持元件模块18中的孔23(图5)或空隙中。销22又可以嵌接到收集元件模块17中的孔24(图4)或空隙中。为了建立所述连接，销21、22可以仅插入孔23、24中。但附加于此，销21、22也还可以与所述收集元件模块17和所述保持元件模块18粘接或焊接或者说一般材料锁合地连接。

通过距离保持部20，可以(更好地)避免所述至少一个保持元件模块18相对于所述至少一个收集元件模块17的倾斜。

孔24在保持元件模块18中在保持元件14旁边设置，如其由图5可看出的。尤其是所述孔设置在通过四个保持元件14形成的面的中点中。

孔23在聚光元件模块17中优选在收集元件3之间的角点中设置。

如由图6可看出的，距离保持部20可以与多于一个收集元件模块17连接。尤其是两个或四个并排设置的收集元件模块17可以设有一个共同的距离保持部20或与其连接，如其由图6可看出的。

也可能的是，太阳能透镜板2具有仅一个聚光元件模块17和/或仅一个保持元件模块18。

如由图7可看出的，聚光元件3或聚光元件模块17和保持元件14或保持元件模块18可以设置在一个共同的框架25内。

框架25可以例如由铝或铝合金制造。框架25尤其是在其最外面的周边上具有整个布置结构，即，聚光元件3或聚光元件模块17和保持元件14或保持元件模块18。

此外可以设置为，聚光元件3或聚光元件模块17由透明的遮盖部26遮盖，如由图2可看出的。遮盖26可以由聚合物的塑料或玻璃或其他适合的材料制成。优选遮盖部26与框架25连接，尤其是粘接，从而不存在聚光元件3或聚光元件模块17与遮盖部26之间的直接的接触。

为了在较大面积的太阳能透镜板2中实现遮盖部26的进一步的支承，可以在聚光元件3或聚光元件模块17之间并且必要时在保持元件14或保持元件模块18之间设置支承接片27，如由图7可看出的。

在优选的实施形式中，聚光元件3或聚光元件模块17和保持元件14或保持元件模块18设置在一个封闭的系统内，所述系统优选通过框架25、透明的遮盖部26和基板28(图5)形成，其中，基板28可以由一个或多个保持元件模块18形成或可以具有一个或多个保持元件模块。但也可能的是，基板28形成一个单独的构件，保持元件14或保持元件模块18设置在所述构件上并且尤其是可以与其连接。

在此关于由于有时日射对该封闭的系统的内部空间的加热和冷却有利的是，至少一个膜片29在框架和/或透明的遮盖部和/或基板上设置并且与其连接，利用所述膜片，至少一个缺口通过框架25和/或透明的遮盖部26和/或基板28封闭。优选构成多个缺口，所述缺口分别由一个膜片29封闭，其中，所述膜片29也可以封闭多个缺口。通过膜片29，可以进行气体交换(换气)和水蒸汽从封闭的系统的内部空间中的排出。

聚光元件3或聚光元件模块4和/或保持元件14或保持元件模块18可以至少部分地、优选完全由聚合物的合成的塑料制造。作为塑料可以例如使用PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)或PC(聚碳酸酯)或一般地使用高度透明的塑料。

光导体4可以由玻璃或聚合的、合成的塑料制成，例如由PMMA制成。

优选光导体4和或保持元件模块18由相同的材料制成。

保持元件14或保持元件模块18和/或聚光元件3或聚光元件模块17的制造优选通过按照注射压塑方法进行。因为注射压塑本身已知，为此参阅有关的技术文件。

保持元件14或保持元件模块18和/或聚光元件3或聚光元件模块17的制造也可以通过注塑或利用切削的方法、例如铣削进行

利用该方法可能的是，将保持元件14或保持元件模块18和/或聚光元件3或聚光元件模块17以非常小的公差(尤其是最大±0.05mm)制造。

太阳能透镜板2尤其是用于照明系统，例如以便借此将日光引导到建筑物的内部。

照明系统优选在生物质培育设备30中使用，如示意性地在图8中示出的。生物质培育设备30具有至少一个光输送元件31，所述光输送元件是照明系统的一部分并且通过太阳能透镜板2形成。

此外，生物质培育设备30具有至少一个罐32，生物质、例如藻类培育在所述罐中。

为了实现到所述一个或多个罐32中的光的分布，可以在所述至少一个太阳能透镜板2和所述至少一个罐之间还设置一个光分布元件33。

因为这样的生物质培育设备30原则上由现有技术已知，为此其他的细节参阅有关的现有技术。

太阳能透镜板2可以与驱动装置连接，以便能够实现对游动的太阳的跟踪。

所述实施例示出太阳能透镜板2的可能的实施变型方案，其中，在这里要提到的是，各个实施变型方案彼此不同的组合也是可能的。

按规定最后要指出，为了更好地理解太阳能透镜板2的构造，所述太阳能透镜板或其组成部分部分地不按比例和/或放大和/或缩小地示出。

附图标记列表

1 结构组合件

2 太阳能透镜板

3 聚光元件

4 光导体

5 光入射面

6 轴线

7 支架

8 距离

9 主平面

10 焦点

11 光

12 直径

13 光锥

14 保持元件

15 端面

16 距离

17 聚光元件模块

18 保持元件模块

19 太阳能透镜板模块

20 距离保持部

21 销

22 销

23 孔

24 孔

25 框架

26 遮盖部

27 支承接片

28 基板

29 膜片

30 生物质培育设备

31 光输送元件

32 罐

33 光分布元件