DE2631412C2

DE2631412C2 - Vorrichtung zum Bündeln von Sonnenlicht durch Brechung oder Reflexion

Info

Publication number: DE2631412C2
Application number: DE2631412A
Authority: DE
Inventors: Akira Nadaguchi; Mikio Fujisawa Kanagawa Nadaguchi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-07-14
Filing date: 1976-07-13
Publication date: 1982-11-11
Also published as: CA1075510A; BR7604578A; IT1067498B; DE2631412A1; FR2318431A1; GB1551948A; AU1583576A; IL49997A; FR2318431B1; IL49997A0; IN144659B

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bündeln von Sonnenlicht durch Brechung oder Reflexion, die mindestens zwei aneinandergrenzende, zylindrische oder kalottenartige Fresneleinheiten aufweist, von denen jede mehrere stufenförmig aneinandtsrgrenzende Linsenabschnitte hat, wobei die optischen Achsen der Frcsn-ileinheiten parallel zueinander verlaufen, die Brennpunkte oder -linien der einzelnen Fresneleinheiten in einer gemeinsamen Ebene liegen und die stufenförmigen Linsenabschnitte von Linien ausgehen, die im wesentlichen in einer Ebene liegen.

Mit einer derartigen Vorrichtung soll Sonnenlicht bei verschiedenen Auft.ittswinkeln wirksam gebündelt werden. Die Erfindung beruht auf Verbesserungen der sogenannten Fresnellinsen, die seinerzeit von dem französichen Physiker A. J. Fresnel (1788 bis 1827) erfunden wurden.

Die seit langem bekannten Vorrichtungen zum Bündeln von Sonnenlicht für Sonnenlichtwassererhitzer, Sonnenlichtbatterien oder große Sonnenlichtkraftstationen (die im folgenden durch den »Sonnenlichtwassererhitzer« dargestellt sind) wiesen gewöhnlich mehrere plankonvexe zylindrische Linsenabschnitte au', die parallel zueinander in einer Ebene auf einer transparenten Platte ausgerichtet sind, um Sonnenlicht auf vorbestimmten Bündelungslinien zu bündeln, auf denen sich Absorbierelemente, beispielsweise wärmeabsorbierende Rohre, befinden.

Vorrichtungen zum Bündeln von Sonnenlicht einer kurzen Brennweite erfordern im allgemeinen eine kleinere Sonnennachfolgebewegung in seitlicher Richtung als Vorrichtungen mit längerer Brennweite und sie können eine stärkere Bündelung des auftreffenden Sonnenlichts ermöglichen, wodurch es wiederum möglich ist, dünnere wärmeabsorbierende Rohre zu verwenden. Außerdem können Vorrichtungen zum Bündeln von Sonnenlicht mit einem größeren Durchmesser ein größeres Strahlungsbündel bündeln, so daß sich die Zahl der wärmeabsorbierenden Rohre ökonomisch vermindern läßt.

Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, eine Vorrichtung zum Bündeln von Sonnenlicht mit einer kurzen Brennweite und einer großen öffnung zu verwenden. Solch eine Vorrichtung ist jedoch sehr konvex und dick und sie erfordert viel Werkstoff. Es ist üblich, dieses Problem dadurch zu vermeiden, daß man die Vorrichtung zum Bündeln nach Art einer Fresnelbrechungnvorrichtung oder eines Fresnelreflektors vorsieht, die jeweils Fresnelflächen aufweisen und die dadurch dünner sind.

Beispielsweise kann man eine Vorrichtung zum Bündeln von Sonnenlicht nach Art einer Brechungiivorfichtung vorsehen, die mehrere zylindrische Fresnellin-

senabschnitte aufweist, wie sie in F i g, 1 dargestellt sind, oder die mehrere kalottenartige Fresneleinheiten aufweist, wie sie in den F i g. 8A und 8B dargestellt sind.

Bei der bekannten Ausführungsform nach F i g, 1 sind die einzelnen Fresnellinsenabschnitte 415, 425 und 435 ausgehend von imaginären zylindrischen Brechungsoberflächeneinheiten 410, 420 und 430 gebildet, die mit den entsprechenden Linsenabschnitten 415,425 und 435 durch vertikal vorstehende Oberflächen 414, 424 bzw. 434 verbunden sind. Für die Anzahl und die Lage der Fresnellinsenabschnitte bestehen theoretisch keine Begrenzungen und man hat bei der Konstruktion große Freiheiten.

Um die Dicke der Brechungsvorrichtung nach F i g. 1 zu vermindern werden gewöhnlich mehr Fresnellinsenabschnitte als in dieser Figur dargestellt vorgesehen, wobei in dieser Figur nur eine kleine Anzahl von Linsenabschnitten zur einfacheren Darstellung vorgesehen ist. EHe Bezugszeichen 4142 und 4243 bezeichnen die Grenzlinien zwischen zwei nebeneinanderliegenden Fresneleinheiten.

Die bekannten Sonnenlichtwassererhitzer, die eine Vorrichtung zum Bündeln mit Fresneleinheiten aufweisen, haben den Nachteil, daß ein beträchtlicher Verlust in dem Strahlenbündel auftritt, wenn das auftreffende Strahlenbündel nicht parallel zu der vorstehenden Fläche 414, wie durch den Pfeil 4110 angedeutet ist, weil die schräg auftreffenden Strahlen, wie sie durch den Pfeil 4111 angedeutet sind, durch die vorstehenden Oberflächen 414 unregelmäßig gebrochen oder reflektiert werden und in verschiedene Richtungen gestreut werden, ohne daß sie zur Bündelung beitragen.

Die vorstehenden Oberflächen führen auch zu Schwierigkeiten bei der Herstellung der Linsen. Außerdem bilden die vorstehenden Oberflächen scharfe Winkel mit den Linsenabschnitten, wenn sie die Dicke der Bündelungsvorrichtung erheblich vermindern sollen.

Es ist andererseits bereits eine Vorrichtung zum Bündeln von Sonnenlicht bekannt (FR-PS 15 06 575) bei der zweiseiti" schräge Flächen für die Linsenabschnitte vorgesehen sind, so daß die Dicke der Fresneleinheiten verhältnismäßig gering ist, bei der jedoch das auftreffende Licht nur durch die in einer Richtung geneigten Flächen zu einem Brennpunkt geführt wird. Das auf die anderen geneigten Flächen auftreffende Licht geht bei dieser Anordnung verloren.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zum Bündeln von Sonnenlicht der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die möglichst flach ausgebildet ist, ohne daß sie scharfe Ecken und Kanten aufweist und bei der das gesamte auftreffend·. Licht gebündelt wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die Neigung der benachbarten Linsenabschnitte und die Anordnung der optischen Achsen der Einheiten zueinander entsteht eine Vorrichtung zum Bündeln von Sonnenlicht, die das Licht vollständig sammelt, die jedoch dünn ausgebildet ist und keine go vorstehenden Kanten aufweist.

Gemäß der Erfindung sind die Linsenabschnitte benachbarter Fresneleinheiten so miteinander integriert, daß sie eine Reihe von miteinander verbundenen einen Lichtstrahl bündelnden Abschnitten bilden. Diese besondere Anordnung der Linsenabschnitte wird im folgenden als Anordnung von »integrierten Linsenabschnitten« bezeichnet, ur,» die Beschreibung zu vereinfa

Die Vorrichtung zum Bündeln von Sonnenlicht nach der Erfindung besteht also aus die Lichstrahlen bündelnden Fresneleinheiten deren Oberflächen so gebildet sind, daß sich die benachbarten imaginären, den Lichtstrahl bündelnden Fresneleinheiten bei einer Anzahl solcher Einheiten teilweise überlappen, wodurch die Stufenflächen der bekannten Fresnelbrechungs- oder -reflexionsvorrichtungen vermieden werden können, die nicht zur Lichtstrahlbündelung beitragen.

Die Vorteile der Vorrichtung zum Bündeln von Sonnenlicht durch Brechung oder Reflexion nach der Erfindung lassen sich in folgender Weise zusammenfas-

Die oben erwähnten Nachteile der bekannten Vorrichtung zum Bündeln werden vollständig vermieden. Insbesondere kann Sonnenlicht ohne erhebliche Verluste gebündelt werden, selbst wenn das auftreffende Lichtbündel um einen beträchtlichen Winkel geneigt ist Deshalb ist es nicht erforderlich, den Neigungswink->. der Vorrichtung zum Bündeln zu ändern, um der Souie nachzufolgen, wie es bei den bekannten Fresneleinheiten erforderlich ist. Die Bündelungslinien lassen sich einfach durch Verschiebung der Vorrichtung festhalten.

Die benachbarten Fresneleinheiten bilden niedrige Rippen, die einen stumpfen Winkel aufweisen, so daß die Vorrichtung zum Bündeln dünner und mit einer geringeren Zahl von Linser.abschnitten, verglichen mit den bekannten Anordnungen, hergestellt werden kann. Als Folge davon wird die Herstellung der Vorrichtung zum Bündeln oder Sammeln einfacher. Beispielsweise kann die Vorrichtung zum Bündeln oder Sammeln durchgehend aus Glas hergestellt sein und in Massenproduktion nach einem der bekannten Flachglasherstellungsverfahren oder auch andererseits aus synthetischem Kunstharzwerkstoff durch Verwendung bekannter Schmelzverfahren hergestellt werden, wobei sich eine hohe Genauigkeit bei geringen Kosten ergibt. Die Herstellung der Vorrichtung zum Bündeln mit den integrierten Fresnelreflektoreinheiten aus einer Metallplatte läßt sich durch die erfindungsgemäße Anordnung erleichtern, da auch die Schleif- und Polierbehandlungen einfacher sind. Es ist einfach, eine Vorrichtung zum Bündeln oder Sammeln von Sonnenlicht mit einer kurzen Brennweite und einem größten Öffnungsdurchmesser herzustellen. Daraus folgt, daß dann, wenn die Empfänger odor Wärmeabsorberrohre dicht an den Fresneleinheiten angeordnet sind, der Aufbau der Sammelvorrichtung als Ganzes dünner und kompakter werden kann, was auch ökonomische Vorteile bringt. Der kompakte Aufbau der Sammelvorrichtung macht es möglich, der Sonne leichter nachzufolgen, wobei die Relativbewegung zwischen Fresneleinheiten und den Empfängern vermindert ist

Insbesondere ergeben sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bündeln von Sonnenlicht durch Brechung oder Spiegelung mit integrierten zylindrischen Linsenabschnitten eine Reihe Von Vorteilen. Wenn die Achsen der zylindrischen Abschnitte in Ci*-West-Richtung angeordnet sind, dann werden die Bündelungslinien entsprechend der Bewegung der Sonne während eines Zeitrau-

mes eines Jahres nur geringfügig in seitlicher Richtung oder in einer Richtung senkrecht zu den beiden optischen Achsen der zylindrischen Linsenabschnitte und den Achsen der zylindrischen Abschnittoberfläche (die im folgenden einfach als »seitliche Richtung« genannt ist) bewegt Diese seitliche Verschiebung ist in der Praxis während mehrerer Stunden in der Mittagszeit sehr gering, so daß das Nachfolgen der Sonne leicht ist und die Verluste damit vermindert sind. Im folgenden wird in Einzelheiten beschrieben, daß sich die Vorriclv tung zum Bündeln oder Sammeln auch in einzelne Teile parallel zu den Achsen der zylindrischen Abschnitte aufteilen läßt, wodurch die getrennten Teile zum Nachfolgen der Sonne geneigt werden können, um ein« wirksame und preisgünstige Vorrichtung zum Bündeln von Sonnenlicht zu schaffen. Die unter 2. erwähnte einfache Herstellung wird noch günstiger.

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Vorteilhafte Weiterbildungen sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet.

Es läßt sich beispielsweise eine Vorrichtung zum Bündeln von Sonnenlicht schaffen, bei der die integrierten zylindrischen Linsenabschnitte auf gegenüberliegenden Seiten des lichtdurchlässigen Materials vorgesehen sind. Eine derartige Vorrichtung ist an sich bereits bekannt (US-PS 11 30 871), jedoch werden auch bei dieser Vorrichtung nicht alle Abschnitte der sich überlappenden Fresneleinheiten verwendet, das Licht zu bündeln. Insofern treten auch bei dieser Vorrichtung Verluste auf.

Die Vorrichtung zum Bündeln von Sonnenlicht kann auch so weitergebildet sein, daß die integrierten zylindrischen Linsenabschnitte aus lichtdurchlässigem Material bestehen, die an deren Vorderseite angebracht sind und daß eine reflektierende Spiegeloberfläche an der Rückseite der Linsenabschnitte angebracht ist.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen beispielshalber beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 eiren schematischen Schnitt in Querrichtung durch eine bekannte aus näheren konvexen zylindrischen Fresneleinheiten bestehende ebene Sonnenlichtbündelungsvorrichtung,

F i g. 2 einen schematischen Schnitt in Querrichtung durch eine Sonnenlichtbündelungsvorrichtung gemäß der Erfindung mit mehreren konvexen zylindrischen Fresneleinheiten,

F i g. 3 einen schematischen Schnitt in Querrichtung durch eine andere Ausführungsform der Erfindung mit mehreren Fresneieinheiten, die auf den beiden Seiten Brechungs- bzw. Reflexionsabschnitte aufweisen,

F i g. 4A eine Ansicht auf eine andere Ausführungsform der Erfindung von oben, wobei Brechungs- bzw. Reflexionsabschnitte auf beiden Seiten der Fresneleinheiten vorgesehen sind und deren Symmetrieachsen senkrecht zueinander verlaufen,

Fig.4B einen Schnitt längs der Linie X-X der Fig.4A,

F i g. 5 einen schematischen Schnitt in Querrichtung durch eine andere Ausruhrungsform der Erfindung, bei der mehrere Fresneleinheiten mit konkaven zylindrischen reflektierenden Oberflächen verwendet wird,

Fig.6 ein schematischer Schnitt in Querrichtung durch noch eine andere Ausiührungsform der Erfindung, bei der lichtbrechende und -reflektierende Fresneleinheiten vorgesehen sind, deren Symmetrieachsen senkrecht zueinander Verlaufen,

Fig.7 einen schemaiischen Schnitt in Querrichtung einer weiteren Ausführungsfofm der Erfindung,

Fig.8A eine Ansicht einer Bündelungsvorrichtung von oben, die Anordnungen bekannter halbkugelförmiger konvexer Linsen aufweist,

Fig.8B einen Schnitt durch die Bündelungsvorrichtung nach F i g. 8A,

F i g. 9A eine Ansicht einer aus mehreren halbkugel· förmigen Fresneleinheiten bestehenden Sonnenlichtbündelungsvorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. SiB einen Schnitt durch die Bündelungsvorrichtung nach F i g. 9A,

Fig. 1OA eine Ansicht einer reflektierenden Fresneleinheit von oben,

Fig. 1OB, IOC Schnitte in Quer- und Längsrichtung durch die Bündelungsvorrichtung nach Fi g. 1OA,

Fig. 11 ein Diagramm der Änderungen des Neigungswinkels des auftreffenden Strahlenbündels während eines Jahres, während eines halben Monats und während eines Tages,

F i g. 12 einen schematischen Schnitt in Querrichtung durch eine Sonnenlichtbündelungsvorrichtung mit abgeteilten reflektierenden Fresneleinheiten,

Fig. 13 einen schematischen Schnitt in Querrichtung durch eine Sonnenlichtbündelungsvorrichtung mit abgeteilten brechenden Fresneleinheiten,

Fig. 14 einen schematischen Schnitt in Querrichtung einer a'onnenlichtbündelungsvorrichtung mit einer Kombination aus abgeteilten brechenden und reflektierenden Fresneleinheiten und

Fig. 15 einen schematischen Schnitt in Querrichtung einer Sonnenlichtbündelungsvorrichtung mit eine Kombination aus abgeteilten brechenden Fresneleinheiten.

Ausführungsform 1 (F i g. 2)

Die integrierte Fresnellinse weist mehrere Linsenabschnitte auf, die auf der Grundlage von imaginären zylindrischen Linsenoberflächeneinheiten 510, 520 und 530, so wie es in F i g. 2 dargestellt ist, gebildet sind. Die integrierte Fresnellinse nach der Erfindung unterscheidet sich von der bekannten Linse nach F i g. 1 darin, daß die zylindrischen Brechungsabschnitte einer Linseneinheit mit zylindrischen Brechungsabschnitten der danebenliegenden oder angrenzenden Linsen verbunden ist, anstatt mit einer ebenen vorstehenden Trennfläche 414 und 424 nach Fig. 1. Es sei angenommen, daß diese vorstehenden Anordnungen in Fig. 1, die als mehrere parallele Linien dargestellt sind, sich in einer einzigen Ebene befinden, die senkrecht zu ihrer optischen Achse verläuft Insbesondere sind die zylindrischen Brech" -ngsabschnitte 515, die eine Gruppe von Fresnelabschnitten darstellen, und die entsprechend einer imaginären zylindrischen Strahlenbündelungsoberfläche 510 gebildet sind, durch ähnliche zylindrische Brechungsabschnitte 525 einer imaginären danebenliegenden Linse begrenzt, so daß die Sonnenstrahlen längs der Bündelungs- oder Sammellinien 5120 und 5220 gebündelt bzw. gesammelt werden.

Wie bereits oben erwähnt, ist die Sonnenlichtbündelungsvorrichtung gegenüber den bekannten Sonnenenergiesammlern abgewandelt die einfache Anordnungen von Fresnellinsenabschnitten verwenden, so wie es in F i g. 1 dargestellt ist Theoretisch besteht keine Grenze für die Anzahl und die Lage der einzelnen Lmsenabschnitte, so daß dem Konstrukteur für die Bündelungsvorrichtungen große Freiheiten gegeben sind, wie er sich an die besonderen Erfordernisse

anpassen kann. Die integrierte Sonnenlichtbündelungsvorrichtung nach Fig.2 läßt sich einfach dadurch erreichen, daß man die zylindrischen Bfechungsabschfiitte 515, 525 der benachbarten Linseneinheit anstelle der senkrecht vorstehenden Trennflächen 414 und 424 vorsieht.

Ausführungsform 2 (F i g. 3)

Die Ausführungsform nach F i g, 3 weist die integrierten Linsenabschnitte nach Fig.2 auf beiden Seiten (0 einer durchsichtigen Platte auf, wobei die optischen Achsen der zylindrischen Lirisefisegmente auf der Oberseite und der Unterseite der Plaite parallel zueinander ausgerichtet sind, um die erhöhte Wirkung der kleinen Brennweite zu erreichen. Die symmetrische Anordnung der Linsensegmente auf den gegenüberliegenden Seiten der Bündelungsvorrichtung kann eine geringe Streuung für das auftreffende Strahlungsbündel ergeben. Eine solche Streuung des Strahlungsbündels kann jedoch auf ein Minimum vermindert werden, indem die Dicke der Linse vermindert wird und die Brennweite der Linse auf der Oberseite der Bündelungsvorrichtung oder auf der Seite, auf der das ankommende Strahlungsbündel zuerst auftrifft, vergrößert wird.

Ausführungsform 3 (F i g. 4A und 4B)

Die Ausführungsform nach den F i g. 4A und 4B weist die Linsenabschnitte nach F i g. 2 auf den beiden Seiten einer transparenten Platte auf, wobei die Symmetrieachsen der zylindrischen Linsenabschnitte an der Oberseite und der Unterseite der Platte senkrecht zueinander verlaufen. Im allgemeinen ist es nicht erforderlich, daß die Symmetrieachsen der oberen und der unteren zylindrischen Linsenabschnitte senkrecht zueinander verlaufen. Wenn sich die Brennlinien der oberen und der unteren Linsen in der gleichen Ebene befinden, dann wird das auftreffende Strahlungsbündel auf die Schnittpunkte der entsprechenden Brennlinien konzentriert, wodurch das Strahlungsbündel zu einer weit erhöhten Bündeldichte konzentriert wird. Wenn die oberen und die unteren Linsen Brennpunkte in verschiedenen Ebenen aufweisen, dann wird das Strahlungsbütidel in Form von Linienabschnitten oder in rechteckförmiger Form konzentriert und zwar in Abhängigkeit von der Form und der Gestalt der Empfänger. Das Verhältnis zwischen den längeren und den kürzeren Seiten der Rechtecke (gewöhnliche Parallelogramme) läßt sich gewöhnlich ändern, um seine Anpassung an die speziellen Bedingungen zu erreichen.

Ausführungsform 4 (F i g. 5)

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Fig.5 zeigt eine Ausführungsform, die einen konkaven zylindrischen Reflektor verwendet Wenn die konkaven Zylinder (gewöhnlich parabolische Zylinder) des Reflektors einen großen Öffnungsdurchmesser aufweisen, ist es vorteilhaft, die reflektierenden Oberflächen der benachbarten Fresneleinheiten in · ähnlicher Weise wie es in Fig.2 dargestellt ist, auszubilden. Beispielsweise ist der Reflektor nach F i g. 5 aus einer Reihe von reflektierenden Abschnitten zusammengesetzt, die auf der Grundlage einer imaginären konkaven zylindrischen Oberflächeneinheit 691,692 usw. gebildet sind, indem zylindrische reflektierende Abschnitte benachbarter Einheiten miteinander integriert werden, so daß sich die vorstehenden parallelen Linien 690 im wesentlichen in einer Ebene befinden, die senkrecht auf der optischen Achse steht, wodurch die nutzlosen vorstehenden Oberflächenteile in gleicher Weise wie bei den integrierten Fresneleinheiten nach F i g. 2 entbehrlich werden. Die bekannten konkav-zylindrischen Fresnelreflektoren weisen gewöhnliche Strahlungssammelverluste auf, da ein Teil des reflektierten Strahlungsbündels beim Auf treffen auf die abstehen^ den oder erhabenen Oberflächen gestreut wird, selbst wenn sich das äuftfeffefide Stfählüngsbündel parallel zu den optischen Achsen der reflektierenden parabolischen Zylinder befindet. Die integrierten reflektierenden Fresneleinheiten nach der Erfindung weist jedoch keine solchen Verluste auf.

Die oben erwähnten integrierten reflektierenden bzw. brechenden Fresneleinheiten können unabhängig voneinander als Sonnenlichtbündelungsvorricntung verwendet werden, sie können jedoch auch kombiniert werden, um Bündelungsvorrichtungen besonderen Aufbaus zu bilden, die in den folgenden Ausführungsformen beschrieben werden.

Ausführungsform 5 (F i g. 6 und 7)

!π Fig.6 ist cine Sonricniichibundcl'iingsvorrichtuiig dargestellt, die die integrierte Fresneleinheiten 416 entsprechend denen nach Fig. 2 zusammen mit einem konkav-zylindrischen Reflektor 426 entsprechend denen nach F i g. 5 aufweist. Die Symmetrieachsen der zylindrischen Abschnitte der brechenden und reflektierenden Fresneleinheiten stehen senkrecht aufeinander, so daß ihre Brennpunkte auf einer Linie 406 liegen. Die Empfänger sind an den Strahlbündelungspunkten der auf einer gemeinsamen Brennebene liegenden Linie 406 angebracht Es ist dabei die Brennweite der Linse 416 durch die Länge des Weges des reflektierten Strahls 416-426-406 gegeben.

Bei der Sonnenlichtbündelvorrichtung nach Fig.7 sind die Empfänger an der oberen Seite der Bündelvorrichtung angebracht. Bei dieser Ausführungsform sind auch die Symmetrieachsen der zylindrischen Brechungs- und Reflexionsabschnitte senkrecht zueinander angeordnet. Das Auftreffen des Sonnenlichtstrahlungsbündels wird, nachdem es durch die Brechungsvorrichtung 44 hindurchgegangen ist, an reflektierenden Spiegelabschnitten 45 ieflektiert und nachdem es wieder durch die Brechungsvorrichtung 44 hindurchgegangen ist gebündelt so daß die integrierten Fresneleinheiten eine äußerst kurze Brennweite aufweisen.

Je kürzer der Abstand zwischen der Brechungsvorrichtung 44 und dem Reflektor 45 ist, desto besser wird die Streuung vermindert, die andernfalls dann auftritt, wenn die Strahlungsbündel wiederum in die Brechungsvorrichtung eintreten. Die Bündelungsvorrichtung nach F i g. 6 und 7 kann dazu beitragen, die Dicke von Sonnenlichtwassererhitzern zu vermindern.

Wenn der konkav-zylindrische Reflektor der Ausführungsform nach den F i g. 6 und 7 durch einen ebenen Spiegel ersetzt wird, dann ergibt sich daraus eine lineare Bündelung des Strahlungsbündels.

Im folgenden wird unter Fremdeinheiten, die zu einer Gruppe gehören oder die aufgrund einer imaginären Einheit gebildet sind folgendes verstanden: Es ist eine Gruppe von Fresneleinheiten, die aufgrund einer imaginären zylindrischen Oberflächeneinheit zur Strahlungsbündelung ausgebildet ist und die eine Gruppe von abgeschrägten Seitenflächen darstellt, die alie eine gemeinsame optische Achse und einen gemeinsamen Brennpunkt mit der imaginären Einheit haben. Folglich gehören alle abgeschrägten Seitenflächen einer Gruppe nicht zu der gleichen »wirklichen« zylindrischen Oberfläche, sondern die abgeschrägten Seitenflächen

einer Gruppe sind entsprechend Teile von Oberflächen von »wirklichen« zylindrischen Einheiten einer Gruppe, die eine gemeinsame optische Achse aufweisen und einen gemeinsamen Brennpunkt mit der »imaginären« Einheit aufweisen. Dies trifft auch für umlaufende Fresneleinheiten mit Umlaufflächen zu.

Strahlbündelurcgseigenschaften, ähnlich denen bei der Ausführungsform nach F i g. 7 lassen sich auch dadurch erreichen, daß ,nan eine reflektierende Schicht auf der Rückseite einer Bündelvorrichtung vorsieht, die eine integrierte Fresneloberfläche an einer oder an den gegenüberliegenden Seiten aufweist. Wenn integrierte Fresneleinheiten an den gegenüberliegenden Seiten der durchsichtigen Platte oder an einer ihrer Seiten gebildet sind, so wie es oben erwähnt ist, und zwar selbst dann, wenn eine metallische Schicht an der Rückseite der durchsichtigen Platte für das durchtretende Licht vorgesehen ist, so daß die Oberfläche als Spiegel dienen kann, läßt sich eine äquivalente Wirkungsweise erreichen, wip wpnn rfpr Knllpktnr aus intpcrriprtpn 2(1 Fresneleinheiten und einem Spiegel 45 nach F i g. 7, der eine ebene Spiegelfläche aufweist, zusammengesetzt ist.

Es ist auch möglich, viele andere Sonnenlichtbündeiungsvorrichtungen eines anderen Aufbaus zu konstruieren, indem man integrierte Fresneleinheiten gemäß der Erfindung verwendet Beispielsweise kann der integrierte Fresnelreflektor 45 der Ausführungsform nach F i g. 7 durch einen integrierten Fresnelreflektor ersetzt werden, der eine Form aufweist, die komplementär zu den integrierten Fresneleinheiten der Linse 44 ist und sich in der gleichen Richtung erstreckt Wenn in einem solchen Fall der integrierte Fresnelreflektor und die Brechungsvorrichtung in einem geringen Abstand zueinander angeordnet sind, dann wird das Lichtbündel sehr stark konzentriert, wobei beinahe keine Streuung auftritt

Die obige Beschreibung befaßt sich mit Bündelvorrichtungen mit zylindrischen oder parabolisch-zylindrischen Oberflächen. Um jedoch das Strahlungsbündel auf eine einzige Linie oder in einem einzigen Punkt zu « bündeln ist es (bei bestimmten optischen Anordnungen) erforderlich, eine Brechungsvorrichtung oder einen Reflektor vorzusehen, die Oberflächen eines quadratischen Verlaufs aufzuweisen und zwar beispielsweise im Schnitt den Verlauf einer Parabel, Hyperbel oder Ellipse. Wenn man solche Brechung- oder Reflektorsegmente integriert, dann müssen die gekrümmten Oberflächen so abgewandelt werden, daß die Änderungen in der Dicke der Linse kompensiert werden.

Sonnenlichtbündelungsvorrichtungen mit einer au- so Berst hohen Konzentration der Energie sind jedoch für bestimmte Anwendungen nicht notwendig, beispielsweise bei der Anwendung bei Wasserheizvorrichtungen und Sonnenbatterien. Deshalb kann die Verwendung von einfachen kreisförmigen zylindrischen Abschnitten vorteilhaft sein.

Andererseits kann die Form der Bündelung bewußt in Richtung der optischen Achsen verschoben sein, indem man eine imagninäre zylindrische Oberflächeneinheit eines Querschnittsverlaufs verwendet, der anders ist als die oben erwähnten quadratischen Kurven oder polygonalen Oberflächen. Ferner kann eine Kombination von verschiedenen und unterschiedlichen Bündelungsabschnitten verwendet werden, um verschiedenen Einfallswinkeln der Sonnenlichtstrahlung gerecht zu werden oder wegen der besonderen Form oder des besonderen Aufbaus des Empfängers oder wegen der Relativbewegung der Sonne.

Es ist auch zweckmäßig, zylindrische Fresneleinheiten, die aus imaginären Einheiten polygonaler Form im Schnitt gebildet iind, zu integrieren. In diesem Fall ist die Herstellung noch einfacher, weil die entsprechenden integrierten zylindrischen Fresneleinheiten in einer einfachen Ebene oder in einer polygonalen zylindrischen Oberfläche oder einer Kombination daraus liegen.

Bei den oben beschriebenen Ausführungslformen sind die Bündelungsabschnitte der nebeneinanderliegenden imaginären zylindrischen Oberflächeneinheiten miteinander eindimensional oder in seitlicher Richtung integriert. Die Integration der Bündelungsabschnitte kann zweidimensional ausgeführt werden, indem imaginäre Einheiten gekrümmter Umlaufflächen gebildet werden. Auf diese Weise ist es möglich, mit geringen Kosten eine Sonnenlichtsammeivorrichtung zu schaffen, die Strahlungsbündel in einem weiten Bereich von Auftreffwinkeln bei einem hohen Bündelungsverhäiltnis und ohne Verluste bündeln kann, wie es noch weiter unten in Einzelheiten beschrieben ist

Ausführungsform 6 (F i g. 9A und 9B)

Die Fig.8A und 8B zeigen eine Anordnung bekannter halbkugeliger Fresnellinsen mit Bündelumgsabschnitten 112,212 und 312, die auf der Grundlage von imaginären halbkugeligen Flächeneinheiten der gleichen Form 110, 210 und 310 gebildet sind, die mit größter Dichte angeordnet sind. Die Bündelungjsabschnitte sind zu ihrem Rand hin bei allen nebeneinanderliegenden Abschnitten stufenförmig ausgebildet, indem zylindrische vorstehende Flächen 111, 211 und 311 vorgesehen sind. Theoretisch besteht keine Begrenzung für die Zahl oder die Lage der Bündelungsabschnitte 112,212 und 312. obwohl die dargestellten Linsen nur in eine kleine Zahl von Bündelungsabschnitte zur einfacheren Darstellung unterteilt sind. Bei tatsächlichen Ausführungsformen sind jedoch die Linsen in eine größere Zahl von Abschnitten unterteilt, um die Dicke der Linsen zu vermindern.

Es ergeben sich Schwierigkeiten, wenn die oben beschriebenen bekannten Fresnellinsen in einer Sonnenlichtbündelungsvorrichtung verwendet werden. Insbesondere werden Sonnenlichstrahlungsbündel, die unter einen geneigten Winkel auftreffen, beim Auftreffen auf die vorstehenden zylindrischen Ebenen gestreut, was zu einer Verminderung des Wirkungsgrads führt

Das Vorhandensein der vorstehenden zylindrischen Flächen führt auch zu Schwierigkeiten beim Formen der Bündelungslinsen, insbesondere beim Auswerfen der Linsen aus den Formen. Um das Auswerfen aus den Formen zu erleichtern, sind die vorstehenden Flächen gewöhnlich konisch geformt was dazu führt, daß Verluste selbst dann auftreten, wenn Strahlungsbiindel in Richtung der optischen Achsen gesammelt oder gebündelt werden sollen.

Ähnliche Schwierigkeiten ergeben sich auch bei einem Fresnelreflektor mit mehreren reflektierenden Abschnitten parabolischer Umlauffläche (die in komplementär geformten Formen anstelle der halbkugelförmigen Ebenen für die Fresneleinheiten nach F i g. 8A und F i g. 8B gebildet sind), die Verluste aufweisen, die sich aufgrund der Streuung des Strahlenbündels bei Reflexionen der unterteilten vorstehenden Ebenen ergeben, wodurch die auftreffenden Strahlen unterteilt werden, die in Richtung der optischen Achse der entsprechenden Brechungsabschnitte verlaufen.

Die Fig.9A und 9B zeigen eine integrierte Fresnelbrechungsvorrichtung, die der bekannten Sam-

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nietvorrichtung nach den F i g. 8A und 8B entspricht. In

den Fig.9A und 9B sind die Brechungsabschnitte der Ausführungsform 8 (F i g. 10A₁1OB und 10C)

benachbart angeordneten imaginären halbkugelförmi- Ein Reflektor mit mehreren reflektierenden Ab-

gen Brechungsoberflächeneinheiten 230, 310 und 420, schnitten, die parabolische Umlaufoberflächen aufwei-

die überlappend angeordnet sind miteinander integriert. 5 sen, wurde auch zur Bündelung von Sonnenlichtstrahlen

Die vorstehenden Trennflächen bei den bekannten verwendet. Ein solcher Reflektor kann auch dadurch

halbkugelförmigen Fresnellinsen sind durch Brechungs- dünner gemacht werden, daß die refl-ktierenden

abschnitte nebeneinanderliegender imaginärer Linsen- Abschnitte in ähnlicher Weise zweidimensional inte-

einheiten, wie es bei 2301 und 3301 angedeutet ist, griert werden. Beispielsweise kann man einen integiier-

ersetzt. io ten parabolischen Fresnelreflektor dadurch erreichen,

Wie man in der Ansicht nach Fig.9A von oben daß man reflektierende Abschnitte mit parabolischen

erkennt, weist die halbkugelförmige Fresnelbündelungs- Umlaufflächen anstelle von halbkugelförmigeii Ab-

vorrichtung ein sich wiederholendes Muster von schnitten von Fresneleinheiten der F ϊ g. 9A und 9B

Dreiecken 12, 23 und 31 und zwar genau gesagt von verwendet.

Dreiecken 12, 23 und 333 auf. Die Pfade der 15 Die Fig. 1OA bis IOC zeigen ein Beispiel für einen auf treffenden Strahlungsbündel sind durch dünne Linien integrierten Fresnelreflektor mit reflektierenden Abangedeutet Man erkennt, daß alle auftreffenden schnitten parabolischer Umlaufflächen und mit einem Strahlungsbündel entweder an der Stelle 2300 oder an vierseiligen Einheitsraster 56-67-78-89, das dem dreiseider Stelle 3100 oder einer entsprechenden Stelle tigen Einheitsraster 12-23-31 in Fig. 9A entspricht,
gebündelt werden. 20 Fig. 10A zeigt zick-zack-förmige Grenzlinien für

Es ist aucLi einfach, die Bündeiungsabschnitte jeden Abschnitt, der tatsächlich ein kompliziertes

zweidimensional zu integrieren, wobei keine Beschrän- Mosaikraster aufweist, das jedoch, kurz gesagt, einfache

kungen bezüglich der Zahl und der Lage der einzelnen orthogonale Gitterlinien enthält, wobei diese Anord-

Abschnitte vorhanden ist Beispielsweise ist der nung der Anordnung entspricht, bei der die Brennweite

Kollektor nach den F i g. 9A und 9B so ausgebildet, daß 25 beträchtlich größer ist als bei der nach den F i g. 1 OB un i

an den entsprechenden Seiten des Dreiecks 12-23-31 die IOC.

Trennstellen 100 nach Fig. 8A und 8B verwendet Die Fig. 1OB zeigt den Reflektor im Schnitt längs der

werden, wenn diese vorhanden sind, die den Trennflä- Linie 67—78 in Fig. 1OA. Wie man anhand von

chen 100'in den Fig.9A und 9B entsprechen, die die Fig. 1OB erkennt weist der Reflektor eine Anzahl

Stellen andeuten, die sich in einer Ebene befinden, die 30 integrierter reflektierender Abschnitte einer Richtung

senkrecht zu den optischen Achsen in Fig. 9 steht und auf, die auf der Grundlage imaginärer Einheiten

um die Abschnitte 2340 und 2341 der imaginären parabolischer Umlaufflächen 670 und 718 in kurzem

Einheitshalbkugel 230 mit den Abschnitten 3140 und Abstand von den Schnittflächen gebildet sind. Fig. IOC

3141 ... der imaginären Einheit 310 oder mit ist andererseits ein Schnitt längs der Linie 78—89 der

Abschnitten 3140 und 3141... einer imaginären Einheit 35 F i g. 1OA und er zeigt die integrierten reflektierenden

120 (nicht dargestellt) an den Trennflächen 100' Abschnitte in einer anderen Richtung, die auf der

(Abschnitte der gleichen imaginären Einheiten sind Grundlage von imaginären Einheiten mit parabolischen

durch die gleiche Bezugsziffer gekennzeichnet) zu Umlaufflächen 87 und 890 in großer Entfernung von den

integrieren. Schnittstellen gebildet sind. Die vier gekrümmten

Wenn es erwünscht ist die Dicke der Stelle 333, die 40 Flächen, die in einem Scheitelpunkt (oder einem unteren

eine relativ geringe Dicke aufweist einheitlich zu Punkt) zusammentreffen, s.nd reflektierende Abschnit-

machen, dann können die Abschnitte der benachbarten te, wenn sie auf der Grundlage nebeneinanderliegender

imaginären Einheiten weiter an den Stellen, die durch imaginärer Einheiten m>t parabolischen Umfangsflä-

die Punkte 431 bis 434 gekennzeichnet sind, integriert chen gebildet werden, die das Sonnenlichtstrahlungswerden. Die Stellen 431 bis 434 befinden sich auf der 45 bündel bei vier verschiedenen Brennpunkten 6^ 00 und

gleichen Höhe wie die Punkte 100'. Diese Unterteilungs- 7800 ... bündeln, die unmittelbar über den Punkten 67

art ist zweckmäßig, wenn es erwünscht ist eine und 78 ... entsprechend angeordnet sind. Damit weist

Bündelungsvorrichtung einheitlicher oder verminderter der Reflektor keine nutzlosen Flächen auf, die nicht zur

Dicke zu erreichen. Es besteht kein besonderer Strahlbündelung beitragen.

Grenzwert für die Lage der Trennstelle, so daß es 50 Eine ähnliche Integrierung ist für Einheitsraster von

möglich ist die Dicke weiter zu vergleichmäßigen, was fünfeckiger Form (mit fünf Brennpunkten) oder mit

es möglich macht die Dicke weiter zu vermindern. komplizierteren Polygonen möglich. Das Einheitsraster

Es ließ sich bestätigen, daß die zweidimensionale muß nicht notwendigerweise ein regelmäßiges Dreieck

integrierte Fresnelbündelungsvorrichtung eine Wirkung oder Viereck sein oder eine ähnliche Form aufweisen aufweist, die der der eindimensionalen integrierten 55 und die zwei dimensionalen integrierten Abschnitte

Fresnelbündelungsvorrichtung, die weiter oben be- können die entsprechenden Brennpunkte in einer

schrieben ist, entspricht danebenliegenden Ebene oder in Ebenen aufweisen und

sie können eine verschiedene oder die gleiche

Ausführungsform 7 Brennweite haben. Im Prinzip sind mehrere Punkte

60 einheitlich über die gesamte Oberfläche der Bünde-

Es kann eine Bündelungsvorrichtung verwendet lungsvorrichtung verteilt, die Scheitel- oder Bodenwerden, die integnerte halbkugelige Fresneleinheiten punkte der Ebenen der Abschnitte bilden, d;e Brennauf gegenüberliegenden Seiten einer transparenten punkte in einer vorbestimmten Ebene oder in Platte aufweist In diesem Fall ist es möglich, eine vorbestimmten Ebenen aufweisen.
Bündelungsvorrichtung mit einer äußerst kurzen Brenn- 65 Bei einer erhöhten Zahl von Rippen, die die einzelnen weite zu erreichen, wenn die Fresneleinheiten auf Abschnitte voneinander trennen, wird es jedoch gegenüberliegenden Seiten des Grundkörpers angeord- schwieriger, die Form herzustellen und die Streuung des net werden. Strahlenbündels wird erhöht Deshalb ist es vorteilhaft

eine verhältnismäßig einfache Konstruktion, wie sie in den F i g. 9A und 9B beschrieben ist, zu verwenden.

Ausführungsform 9

Die Sonnenlichtbündelungsvorrichtung kann einen integrierten haihkugelförmigen Fresnelreflektor und eine komplementär geformte Fresnelbrechungsvorrichtung aufweisen, die in einem kleinen Abstand von dem Reflektor angeordnet ist, wobei die entsprechenden Einheitsraster gegeneinander ausgerichtet sind. Wie bereits weiter oben erwähnt, ermöglicht ein Kollektor, der einen komplementär geformten Reflektor und Brechungsabschnitte aufweist, eine starke Konzentrierung der Leistung.

Man kann eine integrierte Fresnellinse mit einem integrierten Fresnelrcflektor oder mit einem ebenen Spiegel kombinieren, jedoch kann auch eine reflektierende Oberfläche auf einer Seite der Fresneleinheiten vorgesehen sein, die eine integrierte Fresneloberfläche auf einer oder auf einer ihrer oder auf ihrer gegenüberliegenden Seite aufweist Es sind natürlich mehrere verschiedene Sonnenlichtbündelungsanordnungen verfügbar, die den integrierten Fresnelrrflektor und/oder die integrierte Brechungsvorrichtung verwenden.

Bei integrierten Fresneleinheiten, die kleine und feinverteilte Abschnitte aufweisen, die auf Umlaufflächen imaginärer Einheiten beruht, können die entsprechenden Abschnitte durch eine angenäherte Ebene oder durch Ebenen ersetzt werden, ohne daß die Bündelungsfunktion des Sonnenlichtstrahls des Kollektors wesentlich beeinträchtigt wird.

Solche ersetzten Ebenen entsprechen integrierten Fresnelabschnitten, die auf polyhydralen Ebenen (mit bündelnder Wirkung) imaginärer Einheiten beruhen. Außerdem können die Tatsachen, die bei der Ausführungsform 5 angegeben worden sind, auf die vorliegende Ausführungsform des Kollektors, der zweidimensionale integrierte Fresneleinheiten verwendet, angewendet werden.

Wie bereits weiter oben erwähnt, besteht ein Merkmal der integrierten Fresneleinheiten darin, daß das Einfangen von Sonnenlicht dadurch erreicht wird, daß man den Empfänger parallel zu der Ebene der Bündelungsebene bewegt. Wenn jedoch das aufallende Strahlungsbündel beträchtlich geneigt wird, dann werden die Verluste aufgrund von Reflexionen an den Linsenoberflächen größer und das Bild der Sonne in der Bündelungsebene wird aufgrund verschiedener Ablenkungen verwischt, wodurch die beabsichtigte starke Bündelung nicht erreicht wird (dieses Phänomen tritt auch bei bekannten Bündelungslinsen auf).

In F i g. 11 ist eine graphische Darstellung der seitlichen Verschiebung eines auftreffenden Strahlungsbündels nach F i g. 2 für jeden halben Monat in einem Jahr dargestellt. Die Skala auf der vertikalen Achse stellt den Betrag der Verschiebung als Verhältnis des Abstands d nach Fig. 2 zur Brennweite f der zylindrischen Linse dar, während die Skala auf der horizontalen Achse die Stunden des Tages darstellt. Die graphische Darstellung oder das Diagramm nach F i g. U geht davon aus, daß die Achse der zylindrischen Ebene in Ost-West-Richtung orientiert ist und daß die Ebene der Fresneleinheiten senkrecht zur Sonne zur Mittagszeit während der Tag- und Nachtgleiche im Herbst steht. Der Winkel q nach Fig.2 (im folgenden auch Schrägwinkel der Sonne genannt) ändert sich ähnlich wie der Winkel nach F i g. 11.

Aus F i.g. 11 ist zu entnehmen, daß die auftreffenden Strahlen eine komplizierte und große Verschiebung in seitlicher Richtung aufweisen, wodurch der Wert des Schrägungswinkels der Sonne erhöht wird. Das bedeutet, daß die Verluste durch Reflexionen der geneigten Strahlen erhöht sind. Die gleiche Wirkung erhält man mit der integrierten halbkugelförmigen Fresnelbündelungsvorrichtung nach den Fig.9A und 9B, wodurch ihre Wirkungsweise verschlechtert ist Die gleichen Schwierigkeiten ergeben sich bei integrierten reflektierenden Fresneleinheiten ebenso wie bei nichtintegrierten reflektierenden Fresneleinheiten. Die Linie des gebündelten Strahls wird noch mehr verteilt und es ergeben sich für den Reflektor praktisch schon bei einem geringen Neigungswinkel des Strahlungsbündels Verluste. Die folgende Beschreibung bezieht sich auf diese Schwierigkeit und es sind dabei Vorrichtungen angesprochen, die die Verluste in ein- oder zweidimensionalen integrierten Fresneleinheiten vermindern.

Ausführungsform 10 (F ig. 12)

F i g. 12 zeigt eine Sonnenlichtsammelvorrichtung, die der Sonne nachfährt mit mehreren getrennten, integrierten zylindrischen Fresnelreflektoren 400, von denen jeder zylindrische reflektierende Abschnitte 401 und 402... aufweist die normal auftreffende Lichtstrahlen 411 und 412 in Brennlinien 421 und 422 ... entsprechend bündeln. Fig. 12 zeigt den Reflektor in einem Abschnitt auf einer Ebene senkrecht zu den Achsen der zylindrischen Abschnitte, wobei die Zahl der zylindrischen Abschnitte vermindert ist um eine einfachere Darstellung zu erreichen.

Die zylindrischen reflektierenden Abschnitte können durch angenähert ebene Spiegel ersetzt werden. Bei großen Sonnenlichtsammeivorrichtungen mit einer großen Anzahl von Bündelungsabschnitten werden ebene Spiegel tatsächlich anstelle zylindrischer Spiegel verwendet Beispielsweise sind die nebeneinanderliegenden Abschnitte 401 und 402 oder die Abschnitte 402 und 403 ... senkrecht zu einer geraden Linie angeordnet, die den Winkel, der durch den senkrecht auftreffenden Strahl 411 und seiner Reflexion, die auf die Brennlinien 422 und 421... gerichtet ist, in zwei Teile schneidet, wobei die Schnittwinkel der beiden nebeneinanderliegenden Abschnitte 180° minus der Hälfte des Winkels Φι... ist, der zwischen den Linien vorliegt, die von dem Reflexionspunkt zu den Brennlinien 421 und 422 führen. Dies ist ein Wert, der für jede reflektierende Stelle unabhängig von der relativen Lage der Sonne konstant ist. Wenn die Strahlen so auftreffen, wie es bei 431 und 432 ... dargestellt ist. dann müssen die Abschnitte 401 und 402 ... in die Stellungen 4011 und 4021 ... geschwenkt werden, damit das Strahlungsbündel bei den Brennlinien 421 und 402 gebündelt wird, jedoch bleibt der Winkel der beiden angrenzenden Abschnitte auf dem gleichen Wert, der oben erwähnt Worden ist.

Um das gebündelte Lichtbündel an den vorbestimmten Brennlinien festzuhalten, reicht es aus, die einzelnen zylindrischen Abschnitte in ihren entsprechenden Lagen unter dem halben Schrägwinkel Φ der Sonne zu halten.

Eine unabhängige Orientierung der einzelnen zylindrischen Abschnitte ist auch zu kompliziert und mühsam. Um dies zu vermeiden, ist der integrierte Fresnelreflektor parallel zu der Achse der zylindrischen reflektierenden Abschnitte in eine Anzahl unabhängiger Abschnitte 441,442 usw, aufgeteilt. Die Breite jedes der aufgeteilten Abschnitte ist vorzugsweise geringer als die Breite der

imaginären zylindrischen Einheitsflächen. Je schmaler die Breite der geteilten Abschnitte ist, desto größer ist die sich ergebende Wirkung, wie in weiteren Einzelheiten noch erläutert wird. Die unterteilten Abschnitte werden jeder für sich um einen Winkel von Φ/2 geneigt, um der Sonne zu folgen, wie es durch die gestrichelten Linien angedeutet ist

Wenn die entsprechenden Abschnitte geneigt werden, werden die zylindrischen Abschnitte an den Rändern zu den benachbarten Teilen voneinander wegbewegt und geringfügig parallel zur Ebene der Sammelvorrichtung verschoben. Als Folge dieser Verschiebung wird der Winkel der reflektierten Strahlen verändert, was von dem Betrag der Verschiebung abhängt und das gebündelte Lichlbündel wird gegenüber den festen Brennlinien 421 und 422 verschoben. Jedoch ist die Verschiebung sehr klein und sie kann in einer großen Sammelvorrichtung, die eine verhältnismäßig große Zahl von unterteilten Abschnitten von großer Empfänger- oder Wärmeabsorbiervorrichtungen aufweist, vernachlässigt werden. Im Idealfall sollte die Befestigungsstellung der sich drehenden Welle 461 so ausgewählt werden, daß der Mittelwert der Abweichungen am geringsten ist.

Wenn der Bereich des Ausrichtungswinkels der unterteilten Abschnitte etwa konstant ist, dann ist er für den Winkel der Segmente, die eingestellt werden müssen, so wirksam, daß er eine Abweichung Null dann aufweist, wenn der Winkel konstant ist Diese Einstellung ist im allgemeinen klein. Um die A.bweichung bei allen Ausrichtungen Null zu machen, wird jeder Abschnitt aus biegsamen Material hergestellt, damit er geringfügig in Form eines »S« oder eines »verkehrten S« gebogen werden kann und zwar entsprechend dem Betrag der Neigung, wobei er parallel zu den Achsen der zylindrischen Oberfläche verläuft

Wie man anhand von Fig. 12 erkennt, sind die unterteilten Abschnitte um die Drehachsen 461,462 und 463 drehbar, die von Armen 451, 452 ... gehaltert sind, die an den Enden der unterteilten Abschnitte befestigt sind, und zwar in Richtung der Achsen der zylindrischen Abschnitte und parallel zu den Achsen der zylindrischen reflektierenden Abschnitte. Die Arme sind mit Rillen 4610, 4620 ... zur Aufnahme von Stiften 471, 472 ... versehen, die fest auf einer Steuerstange 48 angeordnet sind, so daß die entsprechenden Abschnitte gleichzeitig über die Steuerstange 48 bewegt werden können.

Bei einer bekannten Sonnenlichtsammeivorrichtung, die einen Reflektor mit reflektierenden Oberflächen parabolischer Zylinder verwendet, war es notwendig, dte ganze Anordnung der Sammelvorrichtung einschließlich der Wärmeabsorbiervorrichtung zur Verfolgung der Sonne zu bewegen, wodurch eine kräftige Halterungsvorrichtung und eine leistungsstarke Antnebsvorrichtung notwendig waren.

Im Gegensatz da/u läßt sich mit der Sonnenlichtsammeivorrichtung nach der Erfindung die Sonne dadurch verfolgen, indem man die einfache und preisgünstige Orientierungsvorrichtung mit einer einfachen Haltertingsanordnung vorsieht. Dieser Vorteil wird beson^ ders bei großen Bündelungsvorrichtungen beträchtlich. Die Prinzipien der oben beschriebenen Ausführungs^ form lassen sich auch dann anwenden, wenn die Brennweiten benachbarter imaginärer reflektierender Öberflächeneinheiten untereinander unterschiedlich sind. Andernfalls kann die Ausrichtung der zylindrischen reflektierenden Abschnitte zur Verfolgung der Sonne dadurch erreicht werden, daß man die entsprechenden Abschnitte nach Fig. 12 gleichzeitig um den Winkel Φ neigt In diesem Fall wird jedoch die Bündelungslinie verschoben und in eine Mehrzahl von Abschnitten aufgeteilt (in Abhängigkeit von der Anzahl der bündelnden Abschnitte) und längs der geneigten optischen Achse verteilt Deshalb wird es notwendig, eine Wärmeabsorbiervorrichtung auszuwählen, die eine geeignete Form und einen geeigneten Aufbau hat und die für Nachfolgevorgänge geeignet ist

Die geteilten bündelnden Abschnitte müssen nur in der entsprechenden Lage geneigt werden. Es sei darauf hingewiesen, daß die Art die Halterung und des Antriebs der einzelnen Abschnitte nicht auf die in der Zeichnung dargestellte Ausführungsform begrenzt ist

Ausführungsform 11 (F i g. 13)

In Fi g. 13 sind integrierte lichtbrechende Fwneleinheiten 500 dargestellt die zylindrische Brechungsabschnitte 501, 502 usw. aufweisen. Übliche Sonnenlichtstrahlen 511 und 512, die auf die Segmente 501 und 502 auftreffen, werden zu den Brennpunkten 521 bzw. 522 gebündelt Die Figur zeigt die Brechungsvorrichtung in einem Teil in einer Ebene senkrecht zur Achse der zylindrischen Brechungsabschnitte.

Wenn die Brechungsvorrichtung 500 nach F i g. 13 so angeordnet ist, daß die Achse der zylindrischen Segmente in Ost-West-Richtung ausgerichtet ist und senkrecht zur Sonne mittags zur Tag- und Nachtgleiche im Herbst dann zeigt die Linie der Bündelungen eine seitliche Verschiebung d wie es in F i g. 11 dargestellt ist Zu dieser Zeit ist die Gesamtamplitude des Neigungswinkels der Sonne q relativ groß, so wie es in Fig.2 dargestellt ist

Der Neigungswinkel gegenüber der Sonne sollte zur Verminderung der Verluste des Strahlungsbündels vermindert werden. Um jedoch den gesamten Aufbau des Kollektors zu neigen, ist es notwendig, eine große Halterungsanordnung und eine Antriebsvorrichtung vorzusehen. Außerdem müssen Windkräfte berücksichtigt werden.

In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß die Ausführungsform nach Fig. 13 integrierte zylindrische Fresnellinsen aufweist, die in eine geeignete Anzahl von Abschnitten 541,542 usw. unterteilt sind, die parallel zu den Achsen der zylindrischen Brechungsabschnit'e verlaufen. Die Breiten der entsprechenden Abschnitte sind vorzugsweise kleiner als die Breiten der Linsenflächen der imaginären Einheiten.

Da die auftreffenden Sonnenlichstrahlcn wie bei 531 und 532 geneigt sind, werden die entsprechenden Abschhitte gleichzeitig und entsprechend geneigt, um ein Neigen der aufireffenden Strahlen zu vermeiden. Es sind Arme 551 und 552 ... an den Ost- und Westenden zur Drehung der entsprechenden Abschnitte um die Wellen 561 und 562 ... vorgesehen, die parallel zu den zylindrischen Brechungsabschnitten angeordnet sind. Die einzelnen Abschnitte werden mit Hilfe von festen Stiften 571 und 572 ... an einer Steuerstange 58, ähnlich wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform, angetrieben. Ein Pfeil 580 zeigt, um welchen Betrag die Stange'58 verschoben wird,

Die Drehung der unterteilten Abschnitte führt dazu, daß die gebündelten Linien sich so verschieben, wie es durch die gestrichelten Linien von 52100 und 5221 dargestellt ist Die Lage der Bündelungslinien läßt sich dadurch korrigieren, daß die Bündelungsvorrichtung parallel zu der Absorbiervorrichtung um eine Strecke

5211 bis 521 bewegt wird, wodurch die Bündelungslinien an vorbestimmten Stellen festgehalten werden.

Die parallele Bewegung kann dadurch ausgeführt werden, daß man den Halterungsrahmen verschiebt (der ■n Ost-West-Richtung angeordnet ist, jedoch nicht in s Fig. 13 dargestellt ist), an dem die Wellen 561 und 562 ... befestigt sind.

Die Kollektorteile 541 und 542 ... müssen nicht gedreht werden, solange sie der Sonne rechtwinklig gegenüberstehen.

Die Drehung der Bündelungsteile kann einmal in jedem halben Monat vorgenommen werden, wobei sie dann in fester Lage bis zur nächsten Ausrichtung sich befinden. Dies liegt daran, weil bei einer täglichen Verschiebung der Sonne durch eine Verschiebung zur Richtung des Pfeils 590 nachgefolgt werden kann. Die in gestrichelten Linien dargestellten Kurven in F i g. 11 stellen den Betrag der Verschiebung 590 bei einem verschobenen neuen Brennpunkt dar und zwar für eine Bündelungsvorrichtung, die fest um 12° gegenüber Norden geneigt ist und zwar am Tag der Sommersonnenwende Si und an den Tagen einen Monat vor und einen Monat nach der Sommersonnenwende.

Anhand der Figur erkennt man, daß die Lichtstrahlen, die durch entsprechende Teile gesammelt werden, im allgemeinen während der Drehung der bündelnden Teile nicht auf eine Linie übertragen werden, sondern daß sie in Richtung der optischen Achse über eine Entfernung g im Verhältnis zu dem Drehwinkel verteilt sind. Wenn eine Absorbiervorrichtung durch Verwisehen des gebündelten Lichtbündels beeinflußt wird, dann ist es erforuerlich, die Drehung der Absorbierteile 541, 542 in einem begrenzten B- eich (beispielsweise von 5 bis 10°) zu haken, vm dadurch den Wert der Verwischung g an der gebünde! sn Stelle 521 zu vermindern.

Diese Ausführungsform hat auch die Vorteile eines einfachen Aufbaus, einer einfachen Halterungs- und Ausrichtvorrichtung und einer Fertigung zu einem geringen Preis und diese Vorteile werden noch größer ao bei großen Sonnenlichtbündelungsvorrichtungen mit einer großen Zahl von Bündelungsteilen.

Ausführungsform 12 (F ig. 14)

Es kann eine Bündelungsvorrichtung für Sonnenlicht vorgesehen sein, die eine Kombination aus Teilen von integrierten lichtreflektierenden Fresncleinheiten und Teilen von integrierten lichtbrechenden Fresneleinheiten verwendet, wobei die Achsen der zylindrischen Reflexions- und Brechungsabschnitte senkrecht zuein ander angeordnet sind, um eine Strahlbündelung a
Punkten, Linien oder in rechteckiger Form, so wie es in F i g. 14 dargestellt ist, zu erhalten.

In Fig 14, die die Absorptionsvorrichtung im Querschnitt zeigt, sind bei 60 integrierte zylindrische lichtbrechende Fresneleinheiten vorgesehen, wie sie bei der Ausführungsform 11 verwendet wird (wobei das Bezugszeichen 60 eines der unterteilten Teile der Brechungsvorrichtung bezeichnet). Die Ost- und Westenden der entsprechenden Bündelungsteile der Breehungsvorriehtung werden auf einem gemeinsamen Rahmen 611 und 612 gehaltert Die einzelnen Bündelungsteile werden mit Hilfe von Steuerstangen 631 und 632 drehbar und zwar durch Und mit Hilfe der Arme 621, 622 ,.., die an den entsprechenden Teilen befestigt sind. In der in Fig. 13 dargestellten Ailsfüh' rungsform sind die Halterungsrahmen 611 und fil2 nicht dargestellt, jedoch wirken sie so, daß sie die Sammelvorrichtung zur Nachführung in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche der Zeichnung bewegen.

Mit 651 und 652 ... sind abgetrennte Teile von integrierten zylindrischen, lichtreflektierenden Fresneleinheiten dargestellt, wie sie bei der Ausführungsform nach Fig. 10 verwendet werden, die mit Hilfe einer gemeinsamen Steuerstange 66 drehbar sind. Die Bündelungsvorrichtung für das Sonnenlicht nach dieser Ausführungsform ist beispielsweise so angeordnet, dall die Achse der Brechungsabschnitte in Ost-West-Richtung angeordnet sind, während die der reflektierenden Abschnitte in den Himmelsrichtungen Süd und Nord angeordnet sind. Bei 681, 682 und 683 sind Empfänger oder Wärmeabsorbierungsvorrichtungen vorgesehen. L 1 und L1 + L 2 sind die Brennweiten des Reflektors bzw. der Brechungsvorrichtung, die die Strahlenbündel, die von den Linsenabschnitten der Brechungsvorrichtung gebrochen werden, werden mit Hilfe von Spiegelabschnitten des Reflektors gebündelt Die oben erwähnte Anordnung ist deshalb vorteilhaft für eine Reflexionssammelvorrichtung, da dabei eine gute Sammlung des Strahlungsbündels sichergestellt ist, selbst wenn die Sonne unter einem großen Neigungswinkel steht

Ausführungsform 13 (F i g. 15)

Die Bündelungsvorrichtung kann so aufgebaut sein, daß eine Kombination von zwei unterteilten integrierten, lichtbrechenden Fresneleinheiten verwendet wird, wobei die Achsen der entsprechenden zylindrischen Linsenabschnitte senkrecht zueinander angeordnet sind, wie es in Fig. 15 dargestellt ist. Wie man aus Fig. 15 erkennt sind der querliegende Teil der Bündelungsvorrichtung sowie die untere und die obere integrierte Fresnelbrechungsvorrichtung in mehrere Teile unterteilt wie es bei 70 und bei 731,732 und 733... gezeigt ist. Die Brechungsteile der oberen und der unteren Brechungsvorrichtung werdet* über Steuerstangen 71 bzw. 74 in ähnlicher Weise gesteuert Mit dem Bezugszeichen 72 ist ein Halterungsrahmen bezeichnet Die obere und die untere Brechungsvorrichtung sind dicht beieinander angeordnet wobei die Achsen der zylindrischen Linsenabschnitte senkrecht aufeinander stehen, um das Strahlenbündel bei 751, 752 usw. zu bündeln.

Wie bereits oben erwähnt wird eine Unscharfe g in Richtung der optirchen Achse erzeugt wenn die Sammelvorrichtung um einen großen Winkel geneigt ist, und die Unscharfe g wird mit einem größeren Neigungswinkel der Bündelungsvorrichtung größen

3ei dieser besonderen Ausführungsform ergibt sich eine zufriedenstellende Bündelung nur für 5 oder 6 Stunden während der Mittagszeit Die Unscharfe g stört jedoch nicht die Verwendbarkeit der Bündelungsvorrichtung. Beispielsweise kann ein Empfänger oder eine Wärmeabsorbiervorrichtung, wie sie in F i g. 15 bei 78 dargestellt ist, in aufrechter Lage parallel zur optischen Achse gehalten werden.

Die obige Beschreibung befaßt sich mit Sammelvorrichtungen, die eine Nächfolge ermöglichen und die eindimensionale integrierte Bündelungsabschnitte aufweisen. Eine Ausrichtung oder Nachfolge gegenüber der Sonne ist auch mit Sonnenlichtbündelungsvorrichtungen möglich, die zweidimensionale integrierte Bündelungsabschnitte aufweisen, wie es weiter unten noch in weiteren Einzelheiten dargestellt ist

Ausführungsform 14

Das oben beschriebene Nachfolgeprinzip läßt sich in einfacher Weise bei Sonnenlichtbündelungsvorrichtungen mit integrierten sphärischen, lichtbrechenden Fresneleinheiten anwenden. In solch einem Fall müssen jedoch die feste Platte und die Steuerplatte durchsichtig sein, daß das auftreffende Strahlungsbündel hindurchgehen kann. Die Platten können entweder aus durchsichtigem WerkstcT bestehen oder aus einem Drahtgitter oder einem anderen lichtdurchlässigen Werkstoff. Im Unterschied zu der reflektierenden Sammelvorrichtung wird eine Halbnachfoige der lichtbrechenden Bündelungsvorrichtung deswegen durchgeführt, um den Grad der Neigung des auftreffenden Strahlenbündels zu |5 vermindern (was dadurch nicht auf 1/2 begrenzt ist) und es ist immer eine Parallelbewegung der Absorbiervorrichtung erforderlich.

Die oben beschriebene Halbnachfolge sowie die Ganznachfolge können dann nicht zufriedenstellend sein, wenn eine Bündelungswirkung über eine lange Zeit erforderlich ist, jedoch sind sie aus ökonomischen Gründen wegen Vereinfachung der Halterung und der Führungsanordnungen sehr vorteilhaft Natürlich läßt sich die gleiche Nachfolgearbeitsweise auch bei der Ausführungsform nach Fig.5A anwenden, die integrierte zylindrische, lichtbrechende Fresneleinheiten an gegenüberliegenden Seiten in senkrechter Lage zueinander aufweist

Ausführungsform 15

Bei Aufteilung einer Sonnenlichtbündelungsvorrichtung, die einen integrierten zylindrischen Reflektor una eine integrierte zylindrische Brechungsvorrichtung aufweist und zwar auf der Rückseite und der Vorderseite einer dünnen Platte, wobei die Achsen des reflektierenden Spiegels und der Brechungslinsenabschnitte senkrecht zueinander stehen, wird die Sammelvorrichtung parallel zu den Achsen der zylindrischen reflektierenden Abschnitte auf der Rückseite gespeist. Wenn man die in dieser Weise aufgeteilte Bündelungsvorrichtung installiert, dann werden die Achsen der brechenden Linsenabschnitte in Ost-Wost-Richtung ausgerichtet und die Achsen der reflektierenden Spiegelabschnitte werden in der Himmelsrichtung von Südpol zu Nordpol angeordnet. Es ist vorteilhaft, die entsprechenden Bündelungsabschnitte dadurch auszurichten, daß man sie gleichzeitig um den halben Neigungswinkel der Sonne, ähnlich wie bei der Ausführungsform 10 neigt. In diesem Fall wird die Bündelungsvorrichtung nur in Süd-Nord-Richtung bewegt und der Betrag der erforderlichen Verschiebung ist sehr klein (in bezug auf 5 bis 6 Stunden bei Mittagszeit). Wenn man die Bündelungsvorrichtung halbwegs befestigen möchte und sie senkrecht zur Sonne zur Mittagszeit nur einmal in jedem halben Monat ausrichten möchte, dann kann der Nachfolgevorgang unterbrochen werden, wem Empfänger geeigneter Form und Größe ausgewählt werden.

Ausführungsform 16

Die oben erwähnten Ausführungsformen sind Sonnenlichtbündelungsvorrichtungen, die plattenärtig ausgebildet sind, so daß imaginäre Strahlbündelungsoberflächeneinheiten als hervorstehende Anordnungen von Linien oder Punkten ausgebildet sind, die sich im wesentlichen in einer Ebene integrierter Fresnelabschnitte befinden, Anstelle dieses »plattenförmigen« Aufbaus kann auch ein »parabolisch-zylindrischer« Bündelungsaufbau verwendet werden, wobei die Fresneleinheiten als erhabene Teile von mehreren Punkten integriert sind, die sich auf einer Linie befinden, die die Bodenmittellinie der parabolisch-zylindrischen Oberflächenanordnung ist und wobei die optischen Achsen der imaginären Umlaufeinheiten sich schneiden.

Diese Ausführungsform ist eine zweckmäßige Spiegelanordnung einer gekrümmten Sonnenlichtbündelungsvorrichtung, die sich durch eine Abwandlung einer Anordnung, wie sie anhand von Fig. 10 beschrieben worden ist, erreichen läßt, wobei die imaginäre parabolischen den Strahl bündelnden Umlaufoberflächeneinheiten 560 (nicht dargestellt), 890, ... in der Zeichnung weggelassen sind und die strichpunktierte Linie 780 in Fig. IOC eine feste Linie und Schnittlinie bei dieser Ausführungsform wird und wobei die integrierten Fresnelabschnitte als Anfangsstellungen von mehreren Punkten auf einer geraden Linie 67—78 gebildet sind, auf der imaginäre, den Strahl bündelnde Umlaufoberflächeneinheiten 670 ur : 780 ... ausgerich- *<&» r-inA IVl OtItU.

Der Schnitt dieser Ausführungsform längs der Linie 67—78 ist ähnlich dem nach Fig. 1OB. In der Richtung 78—89 bei dieser Ausführungsform wird die parabolische I ^;nie 780 die Schnittlinie, d.h. sie wird zu einer festen Linie der Zeichnung, da eine Integration der Fresneleinheiten in der Richtung 78—89 nicht ausgeführt wird und damit die parabolische strichpunktierte Linie 890 und andere durchgezogen-; Linien aus der Zeichnung der Fig. IOC entfernt werden. In Fig. 1OA werden Querlinien ausgelöscht, mit Ausnahme nur der einzigen Linie, die dem Randende der Schnittlinie 780 entspricht und auch mit Ausnahme des Teils der vertikalen durchgezogenen Linien, die sich oberhalb der einen verbleibenden horizontalen Linie befinden. In Fig. 1OA sind die vertikalen durchgezogenen Linien alle als gerade Linien dargestellt um jedoch bei der Darstellung genauer zu sein, sollte der Abstand zwischen diesen Linien größer werden, wenn die Linien dichter an das Randende herankommen, so daß es also gezogene Linien wären.

Selbst wenn die entsprechenden parabolischen imaginären, den Strahl bündelnden Oberflächenumlaufeinheiten eine unterschiedliche Brennweite untereinander aufweisen, ergibt sich doch eine bündelung, wenn jedoch die Brennweite zwischen den entsprechenden Einheiten sehr unterschiedlich sind, dann ergibt sich daraus, daß die Gesamtgestalt der Sonnenlichtsammeivorrichtung zu Verzerrungen führt. Wenn die Brennweiten der Einheiten zu gering sind, verglichen mit dem Abstand zwischen zwei benachbarten Einheiten, dann ergibt sich auch eine Verzerrung der Sonnenlichtbündelunj» vorrichtung, durch die die praktische Anwendbarkeit vermindert wird.

Es ist auch möglich, anstelle der imaginä^ren strahlbündelnden Oberflächeneinheiten eine andere Umlaufoberfläche als eine parabolische Umlaufoberfläche zu verwenden, wodurch es einfach ist, ein optisches System durch kombination mit Linsen usw. zu erreichen* Ferner erhält man eine wirksame Sonnenlichtbündelungsvorrichtung mit Sonnennachfolge und Strahlbündelung, indem man die Brennpunkte in Richtung der optischen Achsen wahlweise verschiebt. Diese, einen Spiegel aufweisende Sonnenlichtbündelungsvorrichtung kann eine parabolische zylindrische Form von Beginn des Aufbaus an aufweisen und es kann eine besonders große Sonnenlichtbündelungsvornch-

tung zunächst auf einer ebenen Unterlage hergestellt werden die dann anschließend, wie es bei 780 dargestellt ist, gebogen wird. Diese Sonnenlichtbündelungsvorrichtung wird so verwendet, daß die optischen Achsen zur Sonne hin ausgerichtet sind und daß die Achse der gebogenen Oberfläche, d.h. die Linie 67—78 in der Zeichnung in der Himmelsrichtung Nord-Süd ausgerichtet ist Wegen der Brennpunktebündelung wird die Bündelung noch verstärkt. Die Fresneleinheiten der SonnenlichtbUndelungsvorrichtung werden durch eine angenäherte vielflächige Oberfläche ersetzt! mit anderen Worten weist die imaginäre strahlbündelnde Oberflächeneinheit eine vielflächige Oberfläche auf, deren Sonnenlichtbündelungsvorrichtung leicht herstellbar ist und besonders bei großer Anordnung sehr zweckmäßig ist

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Bündeln von Sonnenlicht durch Brechung oder Reflexion, die mindestens zwei aneinandergrenzende, zylindrische oder kalottenartige Fresneleinheiten aufweist, von denen jede mehrere stufenförmig aneinandergrenzende Linsenabschnitte hat, wobei die optischen Achsen der Fresneleinheiten parallel zueinander verlaufen, die Brennpunkte oder -linien der einzelnen Fresneleinheiten in einer gemeinsamen Ebene liegen und die stufenförmigen Linsenabschnitte von Linien ausgehen, die im wesentlichen in einer Ebene liegen, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei benachbarte Linsenabschnitte (515,525, F i g. 2; 401, 402, Fig. 12) so zue.nander geneigt sind, daß das auf den einen Linsenabschnitt (515; 401) auftreffende Licht zu dem Brennpunkt, bzw. der Brennlinie (5120; 422) der einen Fresneleinheit und das auf den benachbarten Linsenabschnitt (525; 402) auftreibende Licht zu o?m Brennpunkt, bzw. Brennlinie (5220; 42i) der benachbarten Fresneieinheii gelenkt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Lichtstrahl brechenden Fresneleinheiten aus lichtdurchlässigem Werkstoff bestehen (F ig. 2, F ig. 3).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Lichtstrahl reflektierenden Fresneleinheiten auf der Lichteinfallseite spiegelnd ausgebildet sind (F ig. 12).

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Strahl bündelnden Fresneleinheitep eine quadratische Form (F i g. 6 und 7) aufweisen.

5. Vorrichtung nach eine:n der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Strahl bündelnden Fresneleinheiten eine vieleckige Form aufweisen (F i g. 9A, F i g. 9B).

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Achsen der Fresneleinheiten parallel zueinander verlaufen.

7. Vorrichtung nacn einem der Ansprüche 2 oder 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die brechender Linsenabschnitte auf beiden Seiten der aus lichtdurchlässigem Material bestehenden Fresneleinheiten vorgesehen sind (F i g. 3).

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 4 bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß die Fresneleinheiten auf der der Lichteinfallsseite gegenüberliegenden Seite eine die einfallenden Strahlen reflektierenden Spiegelfläche aufweisen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder ^ bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Abstand von den Fresneleinheiten auf der der Lichteinfallseite gegenüberliegenden Seite eine die einfallenden Strahlen reflektierende Spiegelfläche vorgesehen ist (F i g. 6 oder F i g. 7).

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I. 2 oder 4 bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß in zwei übereinanderliegenden Ebenen Fresneleinheiten (70; 731, 732, 733, ,.,) angeordnet sind, deren Symmetrieachsen senkrecht aufeinander stehen, und daß die in den verschiedenen Ebenen liegenden lichtbrechenden Fresneleinheiten aus unterschiedlichem lichtdurchlässigen Material bestehen (F i g. 15).

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1,3, 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß in zwei übereinanderliegenden Ebenen Fresneleinheiten (60; 651, 652, 653, ...) angeordnet sind, deren Symmetrieachsen senkrecht aufeinander stehen, und daß die in der Ebene der Lichteinfallseite liegenden Fresneleinheiten aus lichtdurchlässigem Material bestehen, und daß die in der anderen Ebene liegenden Fresneleinheiten reflektierend ausgebildet sind (F ig. 14).

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden übereinanderliegenden Ebenen, in denen sich die Fresneleinheiten befinden, parallel zueinander verlaufen.