Mikrostrukturierte Systeme zur Tageslichtlenkung

Abstract

In dieser Arbeit wird ein mikrostrukturiertes System vorgestellt, welches das Tageslicht zur natürlichen Beleuchtung eines Raumes nutzbar macht. Das Lichtlenksystem bestehend aus PMMA wird im Bereich des Oberlichts im Scheibenzwischenraum eines Fensters angebracht. Eintreffendes Tageslicht wird an die Raumdecke gelenkt und von dort gestreut, wodurch der Raum blendfrei ausgeleuchtet wird. Mit dieser Form der Tageslichtbeleuchtung lässt sich Energie einsparen, lassen sich Betriebskosten senken und das Wohlbefinden der Raumnutzer steigern. Auf Basis zielgerichteter optischer Simulationen wurde für das Lichtlenksystem eine geeignete Strukturkombination identifiziert, die auf der Außenseite mit einer linsenförmigen und auf der Innenraumseite mit einer prismenförmigen Struktur versehen ist. Mit dieser Kombination wird das Licht bereits innerhalb der Platte gestreut, wodurch eine hohe Toleranz gegenüber Fertigungsfehlern erzielt wird. Nur durch diese Eigenschaft wird eine ökonomisch und ökologisch sinnvolle Produktion im Heißprägeverfahren ermöglicht. Prototypen wurden im Labor- (100 x 100 mm²) und im Großformat (1500 x 400 mm²) gefertigt. Die Lichtlenkcharakteristik der Prototypen wurde mit Hilfe eines Lasergoniometers experimentell bestimmt und mit den Simulationsergebnissen abgeglichen. Es zeigte sich eine sehr gute Übereinstimmung. Die Funktionalität der Lichtlenkung weist im Vergleich zu etablierten Systemen eine um mehr als 20 % erhöhte Effizienz auf. Diese Kombination aus hoher Umlenkeffizienz und ökonomischer Massenfertigung ist bislang einzigartig und bietet damit erstmals für ein Tageslichtlenkprodukt das Potenzial einer hohen Marktdurchdringung.