DE10114933B4

DE10114933B4 - Vorrichtung zur Rückgewinnung von Energie

Info

Publication number: DE10114933B4
Application number: DE10114933A
Authority: DE
Inventors: Leonhard Bopp
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-03-26
Filing date: 2001-03-26
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2021-03-27
Also published as: DE10114933A1

Abstract

Vorrichtung zur Rückgewinnung von Energie, mit einer Einrichtung (1), die elektromagnetische Energie durch photovoltaische Prozesse in elektrischen Strom umwandelt, wobei die Einrichtung (1) einem Gerät (2) mittelbar oder unmittelbar zugeordnet ist, die vom Gerät (2) in Form elektromagnetischer Wellen emittierte Energie von der Einrichtung (1) zumindest teilweise in Strom wandelbar ist und als Strom einem Akkumulator (3) oder einem Stromversorgungskreis zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät ein elektrisch betriebenes Haushaltsgerät ist, insbesondere ein Laptop, Computermonitor, Fernseher oder ein Küchengerät, und die vom Gerät emittierten elektromagnetischen Wellen außerhalb des sichtbaren Bereichs von der Einrichtung (1) zumindest teilweise in Strom wandelbar sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Rückgewinnung von Energie, mit einer Einrichtung, die elektromagnetische Energie durch photovoltaische Prozesse in elektrischen Strom umwandelt, wobei die Einrichtung einem Gerät mittelbar oder unmittelbar zugeordnet ist, die vom Gerät in Form elektromagnetischer Wellen emittierte Energie von der Einrichtung zumindest teilweise in Strom wandelbar ist und als Strom einem Akkumulator oder einem Stromversorgungskreis zuführbar ist.

Vorrichtungen der gattungsbildenden Art sind seit geraumer Zeit bekannt und werden in der Praxis häufig eingesetzt. So wird beispielsweise mit Hilfe von Solarzellen Energie in Form elektromagnetischer Wellen durch photovoltaische Prozesse in elektrischen Strom umgewandelt. Bei dieser Energie handelt es sich zumeist um die elektromagnetischen Wellen des von der Sonne emittierten Lichts. So können beispielsweise elektrisch betriebene Geräte unabhängig von einem Stromversorgungsnetz betrieben werden. Beispiele hierfür sind Gartenleuchten oder Parkscheinautomaten. So sind Gartenleuchten bekannt, die einen wiederaufladbaren Akkumulator und eine Solarzelle aufweisen. Die Solarzelle wandelt die Solarenergie in elektrischen Strom um und speist den Akkumulator. Ein Helligkeitssensor schaltet die Gartenleuchte beim Einbruch der Dunkelheit ein, die solange leuchtet, bis entweder der Akkumulator entleert ist oder die Leuchte aufgrund von Helligkeit wieder ausgeschaltet wird.

Viele elektrisch betriebenen Geräte weisen einen relativ geringen Wirkungsgrad auf, so wird bei einer Glühbirne beispielsweise die elektrische Energie mit einem Wirkungsgrad von nur ca. 10% in Licht umgesetzt. Der größte Anteil der elektrischen Energie, insbesondere auch bei Haushaltsgeräten, wird in Wärme und elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen aus dem Infrarotbereich umgesetzt. Hierdurch geht ein Großteil der Energie ungenutzt verloren, was wirtschaftlich sehr nachteilig ist.

Aus der DE 38 33 697 A1 ist es für sich gesehen bekannt, über Solarzellen Strom zu gewinnen, wobei dort ausschließlich elektromagnetische Wellen im Bereich des sichtbaren Lichts genutzt werden. So sind die Solarzellen im Bereich einer Deckenlampe oder im Heizkessel eines Brenners angeordnet.

Aus der DE 27 25 660 A1 ist es für sich gesehen ebenfalls bereits bekannt, Strahlungsenergie zur Stromversorgung zu nutzen, wobei dort im Konkreten im Bereich eines Strahltriebwerks Photozellen angeordnet sind, die das Licht des Flammstrahls in elektrische Energie wandeln.

Die DE 34 86 294 T2 beschäftigt sich ganz allgemein mit der thermofotovoltaischen Technologie, wobei auch dort über eine Fotozelle die von der Strahlungsquelle ausgehende elektromagnetische Energie in Strom gewandelt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der gattungsbildenden Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass die Rückgewinnung von Energie auch außerhalb des sichtbaren Bereichs zum Betrieb von Haushaltsgeräten möglich ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung der gattungsbildenden Art löst die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Danach ist eine solche Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät ein sonstiges elektrisch betriebenes Haushaltsgerät ist_; insbesondere ein Laptop, Computermonitor, Fernseher oder ein Küchengerät, und die vom Gerät emittierten elektrischen Wellen außerhalb des sichtbaren Bereichs von der Einrichtung zumindest teilweise in Strom wandelbar sind.

Erfindungsgemäß ist zunächst erkannt worden, dass die Wirtschaftlichkeit beim Betreiben von Geräten sich dadurch erhöhen lässt, indem zumindest teilweise der nicht genutzte Anteil der vom Gerät emittierten Energie zurückgewonnen wird und entweder in anderer Form nutzbar ist oder der Energiequelle des Geräts rückgeführt werden kann.

Hierzu ist in vorteilhafter Weise die Einrichtung dem Gerät mittelbar oder unmittelbar zugeordnet und wandelt in erster Linie die vom Gerät emittierte Energie in Strom um. Hierbei wird vor allem die vom Gerät in Form elektromagnetischer Wellen emittierte Energie von der Einrichtung in Strom gewandelt, eine Wandlung einer anderen, vom Gerät emittierten Energieform wäre ganz allgemein ebenfalls denkbar. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Rückgewinnung von Energie ist somit insbesondere eine Wandlung der vom Gerät emittierten Energie vorgesehen, die durch den Betrieb des Geräts nicht genutzt wird, sozusagen der "Energie-Abfall".

Bei dem Gerät handelt es sich um ein elektrisches Haushaltsgerät. Dabei spielt es keine Rolle, ob das Gerät mit Gleichstrom oder Drehstrom betrieben wird. So könnte das Gerät auch eine Lichtquelle umfassen, die in Form einer Glühbirne, usw. ausgeführt ist. Grundsätzlich handelt es sich bei dem Gerät um ein Haushaltsgerät, so bspw. um einen Laptop, Computermonitor, Fernseher oder um ein Küchengerät, so bspw. ein Mikrowellengerät.

Von den elektrischen Verbrauchern ist insbesondere ein transportabler Computer bzw. ein Laptop hervorzuheben, da dieser/dieses möglichst lang batteriebetrieben arbeiten soll, hierbei jedoch elektromagnetische Wellen emittiert werden, die unter die Kategorie "Energie-Abfall" fallen und die maximale Betriebsdauer reduzieren. Diese emittierten elektromagnetischen Wellen werden bei diesen Geräten bislang lediglich abgeschirmt, um eine entsprechende elektromagnetische Verträglichkeit zu erreichen. Eine Rückgewinnung der vom Laptop in Form von elektromagnetischer Wellen emittierten Energie mit Hilfe der erfindungsgemäßen Einrichtung kann in besonders vorteilhafter Weise die maximale Betriebszeit eines solchen Geräts erheblich verlängern, beispielsweise könnte mit der rückgewonnenen Energie ein CPU-Lüfter gespeist werden.

In einer konkreten Ausführungsform umfasst die Einrichtung eine Solarzelle. Zusätzlich oder alternativ könnte die Einrichtung auch eine photovoltaische Schicht aufweisen. Die Solarzelle und/oder die photovoltaische Schicht weist hierbei in bevorzugter Weise Eigenschaften auf, die an die Emissionseigenschaften des Geräts angepasst sind, so dass in vorteilhafter Weise ein möglichst hoher Wirkungsgrad des Rückgewinnungsprozesses erzielbar ist.

In ganz besonderes vorteilhafter Weise wirkt die photovoltaische Schicht nur für elektromagnetische Wellen einer bestimmten Wellenlänge oder eines bestimmten Wellenlängenbereichs als solche. Falls das Gerät "Abfall-Energie" in Form elektromagnetischer Wellen von einer bestimmten Wellenlänge emittiert, können durch entsprechende Beschaffenheit bzw. Eigenschaft der photovoltaischen Schicht gerade diese elektromagnetischen Wellen in Strom gewandelt werden. Weiterhin ist der Fall denkbar, dass – beispielsweise bei einer Lichtquelle und insbesondere bei einer Glühbirne – nur die Energie des Wellenlängenbereichs von der photovoltaischen Schicht in Strom gewandelt wird, der als "Abfall-Energie" vom Gerät in Form von elektromagnetischen Wellen emittiert wird, und – z.B. bei der Glühbirne – gerade nicht zur Beleuchtung dient. Insoweit weist die photovoltaische Schicht vor allem für elektromagnetische Wellen einer bestimmten Wellenlänge oder eines bestimmten Wellenlängenbereichs einen hohen Absorptionskoeffizienten und/oder Wirkungsgrad auf.

In bevorzugter Weise ist die photovoltaische Schicht für elektromagnetische Wellen der übrigen Wellenlängen weitgehend transparent oder reflektierend ausgeführt. Hierdurch können in vorteilhafter Weise die vom Gerät emittierten elektromagnetischen Wellen dieser Wellenlängen von der Einrichtung bzw. photovoltaischen Schicht reflektiert oder transmittiert werden. Insbesondere bei einer Lichtquelle kann die Einrichtung zusätzlich zu ihrer Energie-Rückgewinnungsfunktion in vorteilhafter Weise zur Beeinflussung des von der Lichtquelle emittierten Lichts verwendet werden, beispielsweise als Reflektor.

Nun kann die Einrichtung in näherer Umgebung des Gerät angeordnet sein. So könnte beispielsweise ein dem Gerät in näherer Umgebung angeordnetes Fenster eine photovoltaische Schicht aufweisen.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist ein dem Gerät unmittelbar zugeordnetes Bauteil eine photovoltaische Schicht auf. Diese photovoltaische Schicht ist vorzugsweise auf der Innenseite des Geräts angeordnet. Bei dem die photovoltaische Schicht aufweisenden Bauteil könnte es sich um einen Lampensehirm, eine Geräteabdeckung oder eine zur Abdeckung des Geräts verwendeten Glasscheibe handeln. So wäre insbesondere eine auf einer Glasabdeckung eines Autoscheinwerfers aufgebrachte photovoltaische Schicht denkbar, wobei diese photovoltaische Schicht für Licht des sichtbaren Wellenlängenbereichs weitgehend transparent ausgeführt ist, für den übrigen Wellenlängenbereich ist diese photovoltaische Schicht derart ausgebildet, dass sie diese elektromagnetischen Wellen zumindest weitgehend in Strom wandelt.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der von der Einrichtung umgewandelte Strom einer Gleichstromquelle zuführbar. Hierbei ist die Gleichstromquelle in bevorzugter Weise wiederaufladbar ausgeführt, insbesondere in Form eines Akkumulators. Somit kann der von der Einrichtung kommende Gleichstrom direkt der Gleichstromquelle zugeführt werden, ohne beispielsweise in Wechselstrom gewandelt werden zu müssen.

In einer konkreten Ausführungsform könnte die Versorgungsschaltung des Geräts daher derart ausgeführt sein, dass der vom öffentlichen Versorgungsnetz kommende Wechselstrom mittels Gleichrichter zunächst in Gleichstrom umgewandelt wird: Dieser Gleichstrom wird dem Akkumulator direkt zugeführt, wobei das Gerät ausschließlich mit Strom des Akkumulators betrieben wird: Der von der Einrichtung rückgeführte elektrische Strom wird ebenfalls dem Akkumulator zugeführt. Eine zusätzliche Schaltung schaltet die Versorgungsnetz-seitige Gleichstromversorgung zum Akkumulator derart, dass dieser beim Betrieb des elektrischen Geräts abwechselnd be- und entladen wird.

Als alternative Ausführungsform ist es auch denkbar, dass der von der Einrichtung umgewandelte Strom einem Gleichstrom-führenden Teil eines Stromversorgungskreises zuführbar ist. Auch hierbei muss der von der Einrichtung kommende Gleichstrom nicht in Wechselstrom umgewandelt werden, um in erfindungsgemäßer Weise genutzt zu werden.

In einer konkreten Ausführungsform ist vorgesehen, dass in der von der Einrichtung zum Stromversorgungskreis oder zur Stromquelle verlaufenden Rückführung eine Diode angeordnet ist. Dieses ist derart ausgeführt, dass der von der Einrichtung kommende Strom dem Stromversorgungskreis zuführbar ist, jedoch kein Strom des Stromversorgungskreises zur Einrichtung gelangen kann.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im aIIgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigt Fig. eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels.

Die einzige Figur zeigt eine Vorrichtung zur Rückgewinnung von Energie, mit einer Einrichtung 1, die elektromagnetische Energie durch photovoltaische Prozesse in elektrischen Strom umwandelt.

Erfindungsgemäß ist die Einrichtung 1 einem Gerät 2 unmittelbar zugeordnet. Die vom Gerät 2 in Form elektromagnetischer Wellen emittierte Energie ist von der Einrichtung 1 zumindest teilweise in Strom wandelbar. Der von der Einrichtung 1 gewandelte Strom ist einer Stromquelle 3 zuführbar.

Das Gerät 2 ist elektrisch betrieben, es handelt sich hierbei um ein beliebiges Haushaltsgerät 4.

Die Einrichtung 1 weist eine photovoltaische Schicht 5 auf. Diese wirkt nur für elektromagnetische Welle eines bestimmten Wellenlängenbereichs als solche. Für Licht bzw. elektromagnetische Wellen der übrigen Wellenlängen ist die photovoltaische Schicht 5 weitgehend transparent ausgeführt.

Die photovoltaische Schicht 5 ist hierbei auf der dem Gerät zugewandten Seite aufgebracht.

Die Einrichtung 1 weist einen dem Gerät 2 unmittelbar zugeordneten Lampenschirm 6 auf, auf dem die photovoltaische Schicht 5 aufgebracht ist.

Der von der Einrichtung 1 bzw. von der photovoltaischen Schicht 5 umgewandelte Strom wird der Stromquelle 3 zugeführt, die als Gleichstromquelle in Form eines Akkumulators wiederaufladbar ausgeführt ist.

In der von der Einrichtung 1 zur Stromquelle 3 verlaufenden Rückführung 7 ist eine Diode 8 vorgesehen, deren Stromführungsrichtung durch den Pfeil der Rückführung 7 angedeutet ist.

Weiterhin ist mit dem Bezugszeichen 9 die Stromversorgungsseite angedeutet, die Gleichstrom über die Leitungen 10, 11 dem Akkumulator 3 zu- bzw. abführt. Die Leitungen 12, 13 verbinden das Haushaltsgerät 4 mit dem Akkumulator 3.

Claims

Vorrichtung zur Rückgewinnung von Energie, mit einer Einrichtung (1), die elektromagnetische Energie durch photovoltaische Prozesse in elektrischen Strom umwandelt, wobei die Einrichtung (1) einem Gerät (2) mittelbar oder unmittelbar zugeordnet ist, die vom Gerät (2) in Form elektromagnetischer Wellen emittierte Energie von der Einrichtung (1) zumindest teilweise in Strom wandelbar ist und als Strom einem Akkumulator (3) oder einem Stromversorgungskreis zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät ein elektrisch betriebenes Haushaltsgerät ist, insbesondere ein Laptop, Computermonitor, Fernseher oder ein Küchengerät, und die vom Gerät emittierten elektromagnetischen Wellen außerhalb des sichtbaren Bereichs von der Einrichtung (1) zumindest teilweise in Strom wandelbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät (2) eine Lichtquelle (4), insbesondere eine Glühbirne, Halogenlampe oder Leuchtstoffröhre umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (1) eine Solarzelle umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (1) eine photovoltaische Schicht (5) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die photovoltaische Schicht (5) nur für elektromagnetische Wellen einer bestimmten Wellenlänge oder eines bestimmten Wellenlängenbereichs als solche wirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die photovoltaische Schicht (5) für elektromagnetische Wellen der übrigen Wellenlängen weitgehend transparent oder reflektierend ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein dem Gerät (2) in näherer Umgebung angeordnetes Fenster als Einrichtung (1) eine photovoltaische Schicht (5) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass ein dem Gerät (2) unmittelbar zugeordnetes Bauteil als Einrichtung (1) eine photovoltaische Schicht (5) aufweist, vorzugsweise auf der Innenseite.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die photovoltaische Schicht (5) auf einem Lampenschirm (6), einer Geräteabdeckung oder auf einer Glasscheibe aufgebracht ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Einrichtung (1) umgewandelte Strom einer Gleichstromquelle zuführbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Einrichtung (1) umgewandelte Strom einem Gleichstrom-führenden Teil eines Stromversorgungskreises zuführbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der von der Einrichtung (1) zum Stromversorgungskreis oder zur Stromquelle (3) verlaufenden Rückführung (7) eine Diode (8) vorgesehen ist.