Sonnenstrahlen über Glasfaser weiterleiten

Wenn man z.B. auf dem Dach eventuell über eine Optik die Sonnenstrahlen einfangen würde und diese dann über ein Glasfaserkabel in einen Raum ohne Fenster leiten würde, was würde da dann raus kommen?

Nur das sichtbare Licht?
Auch die UV Strahlen?
Auch die Wärmestrahlen?

Ist die Menge der ausgehenden Strahlen auch abhängig vom Durchmesser des Glasfaserkabels?

Könnte man die austretenden Strahlen gegebenenfalls über eine Optik auch wieder so darstellen, dass es im Raum aussieht als würde man aus dem Fenster auf die Sonne schauen?

  1. Die Wellenlängen der s. g. thermischen Strahlung liegen außerhalb des Spektrums der el.m. Wellen, die von Glasfasern übertragen werden. Also wird die Wärme nicht direkt übertragen, nur Licht. Wenn jedoch die Lichtintensität einen Wert erreicht, bei dem ein Medium, in das das Licht einfällt (z. Bsp. Menschenkörper) „erwärmt“ wird, dann kann die Temperatur dieses Mediums steigen.
    Zu unterscheiden ist es aber hier zwischen der Wirkung der Strahlung und der Strahlung selbst. Die letzte liefert keine Wärme.

  2. Ob UV-Strahlen durch einen Lichtleiter passiert, hängt in dem Fall nur von der Transmission, bzw. Dämpfung der Glasfaser. Beim nahen UV-Licht (380–315 nm) liegt die Dämpfung in der Glasfaser mit BK7-Kern (gängige Glas-Art) zw. 100 und 250 db/km: http://www-user.tu-chemnitz.de/~awill/diplom/Bilder/…
    Mit anderen Worten - sehr, sehr wenig.

  3. Die typischen Glasfasern übertragen das sichtbare Licht mit geringer Dämpfung, also wird das Sonnenlicht gut übertragen. Die Transmission hängt
    – natürlich von der Länge des Lichtleiters ab,
    – von seiner Akzeptanzwinkel oder auch Öffnungswinkel (oft wird die Numerische Apertur (N.A.) in technischen Daten angegeben)
    – davon, wie groß der Winkel zwischen der Faserachse und der Linie zwischen der Faseröffnung und der Sonne ist.

Fazit.
Das sichtbare Licht wird sehr gut übertragen und die Intensität des Lichtstrahls am Ausgang der Glasfaser hängt in erster Linie davon ab, wie gut man die Glasfaserachse am Eingang an die Sonne richtet.

Hoffe, das hilft.

Wenn man z.B. auf dem Dach eventuell über eine Optik die
Sonnenstrahlen einfangen würde und diese dann über ein
Glasfaserkabel in einen Raum ohne Fenster leiten würde, was
würde da dann raus kommen?

Nur das sichtbare Licht?
Auch die UV Strahlen?
Auch die Wärmestrahlen?

Wahlweise je nach Glassorte und eingesetzten Filtern.

Ist die Menge der ausgehenden Strahlen auch abhängig vom
Durchmesser des Glasfaserkabels?

ja geringfügig - im wesentlichen aber von der Optik die die Strahlen einfängt.

Könnte man die austretenden Strahlen gegebenenfalls über eine
Optik auch wieder so darstellen, dass es im Raum aussieht als
würde man aus dem Fenster auf die Sonne schauen?

ja im Prinzip schon, in der Realisierung ist das vermutlich nicht so einfach bzw. braucht Platz/Raum den min idR nicht hat.

Evtl. mal googeln. Es gibt etliche Anbieter die sowas anbieten…

Hallo Grußloser,

im Prinzip ginge es. Nur
a) du hast völlig recht bezüglich der Abhängigkeit von der Fläche des Glasfaserkabels. Die Sonneneinstrahlung auf die Erde (wiki-Stichwort Solarkonstante) ist etwas mehr als 1 kW/m^2. Durch Wolken usw rechne man lieber mit etwa 200 W/m^2 unten auf der Oberfläche und im rihctigen Spektralbereich (denn ja, nur das sichtbare Licht wird im Wesentlichen weitergeleitet werden. UV eher nicht, denn auch Glasfasern sind aus Glas, Wärme hingegen schon, je nachdem, was du für ein Glas nimmst; das könnte bei größeren Energiemengen durchaus ein Problem werden (durch eine Glasscheibe fallendes Licht erwärmt dich ja auch)). Evtl. kannst du aber versuchen mit IR Filtern zu arbeiten – brächtest da aber eine Kühlung, damit sie dir im Eifer des Gefechts nicht wegschmelzen!
Willst du ein Fenster „ersetzen“, musst du effektiv oben die gleiche Fläche einsammeln, also etwa 1 m^2. Das bedeutet insbesondere, dass in deiner Apparatur diese Fläche haben müsste. Also z.B. die Glasfaser… OK, schlechte Idee. Dann aber die Optik. Linse kannste vergessen. Großen Hohlspiegel? Ginge im Prinzip (Man kennt diese Dinger, mit denen man kochen kann – die haben die rihctige Größe, sind zwar keine richtigen Spiegel, sondern zusammengebogene Metallstreifen, aber das sei erstmal egal).
b) Eine typische Glasfaser hat eine Dicke von sagen wir mal 1 mm (das ist ne dicke, Telekommunikationsglasfasern haben einen Kern im Mikrometerbereich – so dick wie ein Haar) (diese Dinger heißen auch LWL, Lichtwellenleiter). Also ich habe eine als Werbegeschenk von der Messe, die hat wohl 1 mm. Damit möchtest du das Licht von 1 m^2 auf 1 mm^2 „komprimieren“. Das bedeutet, dass die Leistung um den gleichen Faktor steigen müsste – nämlich 1000^2, also eine Million. Falls du 100 W hattest, naja kannst ja slebst ausrechnen. (Da du im Fokus eines solchen Spiegels bequem kochen kannst, wird dir deine Glasfaser im Zweifel einfach wegschmelzen. Du wirst den Fokus nicht auf 1 mm einschnüren können, deswegen ist die obige Rechnung etwas zu stark. Vermutlich ist der (schlechte) Fokus eines solchen Hohlspiegels in der Ausdehnung eher im Bereich von Zentimetern.) Angenommen, du würdest es reingekoppelt bekommen, ohne dass die Faser wegschmilzt. (Hier auch nochmal die Erinnerung an das, was ich bez eines IR-Filters und seiner Kühlung sagte.)
Im Prinzip würden Glasfasern verlustfrei leiten und sich nicht aufwärmen. Das Problem sind aber die Verunreinigungen, die sowohl Licht absorbieren, und damit nicht weiterleiten, als auch sich dabei aufwärmen. Das heißt das erste, was du machen müsstest, ist dich erkundigen gehen, was die größten und leistungsfähigsten Lichtwellenleiter sind, die du kriegen kannst. (Es gibt sie – man leitet auch MW-Laser in der Industrie heutzutage über Wellenleiter, nur zu welchem Einkaufspreis?) Und daraus müsstest du mal rechnen, wie viel du reinkoppeln darfst.
c) Etwas, woran du nicht gedacht hast: Licht interferiert, das heißt es kann dir je nachdem,w ie deine Glasfaser liegt, passieren, dass das Licht nicht einfach da rauskommt wie aus einer Taschenlampe, sondern sich sogenannte Moden bilden (ich verweise auf google). Dann kommt vielleicht ein Ring an Licht raus, oder zwei Flecken. Sieht sehr lustig aus, aber für deine Anwendung eher störend. Das kann man aber durch Verbiegen der Glasfaser leicht abstellen. (Es ist eher aufwändiger, diese Moden zu sehen, als sie nicht zu sehen, gerade bei Nicht-Laserlicht.)
d) Noch etwas, woran du nicht gedacht hast, ist die Richtung der Sonneneinstrahlung. Da, wenn du eine Linse oder einen Hohlspielgel schräg anstrahlst, sich auch der Fokus verschiebt, würdest du fürs Sonnenlicht eine Nachführung brauchen. Heliotrop hieß das im späten 19. Jahrhundert, wo die Menschen (insb. die Physiker) eine gute Lichtquelle brauchten und die Sonne nahmen, diese sich ihnen aber ständig wegbewegte. Heutzutage geht sowas natürlich mit einem kleinen Elektromotörchen und eine kleinen Elektronik, steigert aber die Komplexität deines Vorhabens doch noch ein stückweit.
e) Ich red jetzt nicht von Wetterschutz, Regenschutz usw. Verschleißelement bei großen Energiemengen sicher auch die Faser selbst!
f) Die austretenden Strahlen könntest du aufweiten (machen sie im Prinzip fast allein, wenn die aus der Faser rauskommen) – einfach in gutem Abstand (Hitze!) eine Linse davor, fertig. Hast dann sowas wie n spotlight. Einen zu kaufen ist sicher billiger, aber wenn du s baust siehts sicher cool aus :wink:

Gruß!
w.bars

Hallo Ralf,

ja das kann man machen.

Wenn man das Glasfaserkabel einfach so in die Sonnenstrahlung hält, kommt von den geringen Verlusten im Glas abgesehen so viel Licht in den Raum, wie halt auf diesen kleinen Querschnitt gefallen ist. Wieviel das bringt, könnte man in einem sorgfältig verdunkelten Raum ausprobieren, wobei man in die Verdunkelung ein entsprechend kleines Loch einbringt.

Soll es mehr Licht sein, so kann man ein dickeres Glasfaserkabel verwenden, was aber teuer werden dürfte.

Eine dritte Möglichkeit wäre, das Licht mit einer Linse auf das Glasfaserkabel zu konzentrieren. Dann gilt die Fläche der Linse. Allerdings muss man dann die Apparatur der täglichen Bewegung der Sonne nachführen. Das nennt man einen Heliostaten. Ein motorisch nachgeführtes Fernrohr tut es aber auch.

Wärmestrahlung kommt ungehindert durch das Glasfaserkabel.

Ob UV-Licht auch durchkommt, hängt von der Glasart ab. In der Regel wird kein UV mehr durchkommen.

In dem dunklen Raum ist die Endfläche des Glasfaserkabels die einzige Lichtquelle, in der Regel also sehr klein. Wie groß diese künstliche „Sonne“ erscheint, also die Winkelausdehnung für den Betrachter, hängt vom Durchmesser des Glasfaserkabels ab sowie vom Betrachtungsabstand.

Viele Grüße

aCen

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  1. Bei einigermassen üblichen (und bezahlbaren !) Fasern umfasst das Spektrum nahes Infrarot und sichtbares Licht. Also vielleicht ein bisschen Wärme, jede Menge Licht und kein UV.

  2. Glasfasern können je nach Durchmesser und Mantel Licht aus einem bestimmten Öffnungswinkel erfassen.
    Normalerweise verwendet man eine Optik (Brennglass) mit einer motorischen Nachführung um Sonnenlicht in Fasern zu kriegen.

  3. Natürlich kommts auf die Dicke an. Im Endeffekt ist der Faserkerndurchmesser einfach ein Loch, wo Dein Licht durch muss.
    Für Raumbeleuchtung also eher armdicke Faserbündel …

  4. Nein, aber man könnte über eine geeignete Optok so eine Art Sonne an die Decke projezieren …

Gruss

Also herzlichen Dank für die vielen kompetenten und hilfreichen Antworten. Ermutigt durch diese habe ich mich mal im Internet umgeschaut und diesen interessanten Artikel dazu gefunden.
http://www.pm-magazin.de/r/technik/lichtschlauch-ers…
Mal schauen ob so etwas (auch finanziell) in Brasilien für mich realisierbar wäre.

Hallo,

Im Prinzip sollte da auch ein weißer Fleck rauskommen.

Eine typische Glasfaser würde einen guten Teil des sichtbaren Sonnenlichtspektrums übertragen, bei UV wird es jedoch nicht klappen und von IR-Stahlung kommen nur bestimmte Anteile durch. Es gibt spezielle Fasern, diese beschränken sich aber immer nur auf bestimme Wellenlängenbereiche. Normalerweise werden mit Fasern eh nur spezielle Frequenzen übertragen.

Multimode Fasern können mehrer Moden übertragen, diese weisen auch einen größeren Kerndurchmesser auf als z.B monomode Fasern.

Damit ein Fenster zu rekonstruieren ist glaube ich nicht möglich. Zumal sollte man bedenken das LWL aus produktionstechnischen Gründen meist sehr dünn sein müssen (µm-Bereich).

Hallo
gute Idee.
Das Glasfaserkabel überträgt das ganze Spektrum an Licht, also auch UV & Infrarot und das sichtbare Licht.
Mehr kann ich Dir dazu nicht sagen.
LG
Peter

Hallo Ralf,

die Sonne emittiert die Strahlung durch die große Hitze der Kernfusion, ist also ein sogenannter thermischer Strahler. Diese sind gekennzeichnet durch ein breites Wellenlängenspektrum, das UV wie auch Infrarotlicht beinhaltet. Die max. Lichtintensität wird in sichtbarem grün-gelben Licht ausgesandt, darauf sind unsere Augen optimiert. Da das Licht durch die Atmosphäre gefiltert wird, ist es also quasi schon verfälscht (blauer Himmel).

Glasfaser gibt es viele. Insbesondere das Material ist entscheidend, welche Lichtanteile durchgelassen und nicht absorbiert, also abgeschwächt werden. Ein Beispiel findest du z.B. hier: http://www.photonik.de/pl/11/1/0/255/spezial-glasfas…

Also wird das Licht in dem Raum vielleicht ähnlich aussehen, wie wenn man ein Fenster drin hätte, beinhaltet aber nicht die identischen Wellenlängen, die das Sonnenlicht hat, z.B. weniger UV oder IR-Licht. Dies stört aber in der Regel nicht, da diese eh nicht sichtbar für unsere Augen sind.

Darüber hinaus ist es für eine geeignete Übertragung wichtig, das das Licht in einem bestimmten Öffnungswinkel in die Faser eingekoppelt wird. Dies geht nur über passende Optiken, die wiederum Licht absorbieren und nicht alle Wellenlängen des Sonnenlichts (UV-sichtbar-IR) gleichmäßig fokussieren können. Daher wird schon die Einkopplung wiederum bestimmte Wellenlängenbereiche absorbieren/reflektieren. Je größer der Faserdurchmesser, desto einfacher wird die Einkopplung und man bekommt mehr Licht durchgeleitet (wenn die Optik dazu passt).

Ein aufwändigeres Beispiel, wie es insgesamt dann möglichst gut gehen könnte, findest du z.B. hier: http://www.presseanzeiger.de/pm/Glasfaserbeleuchtung…

Also zusammengefasst: Es geht schon, ist aber mit etwas Aufwand verbunden und ganz genau wie das Sonnenlicht wird das Ergebnis nicht aussehen.

Ich hoffe, das hilft dir weiter.

Gruß,

samsumi

Moin,

Nur das sichtbare Licht?

Im Wesentlichen ja.

Auch die UV Strahlen?

Kaum.

Auch die Wärmestrahlen?

Kaum.

Ist die Menge der ausgehenden Strahlen auch abhängig vom
Durchmesser des Glasfaserkabels?

Je mehr Licht Du übertragen möchtest umsomehr muss das Kabel aushalten, da auf jeden Fall ja eine Absorption stattfindet, die i.d.R. in Wärme umgewandeltet wird, d.h. Schmelzen ist angesagt.

würde man aus dem Fenster auf die Sonne schauen?

Schau mal unter „Heliostat“ nach, Entschuldigung, dass ich so knapp antworte, ich habe keine Zeit mir irgendwelche Transmissionskurven oder … zu suchen.

Gruß Volker

Hallo Ralf,
die Antwort auf Deine Frage kann nur lauten: Von allem ein wenig, am meisten noch vom sichtbaren Teil. Um näheres zu erfahren, rate ich zum googeln(Foren). Dort wird diese Thematik ausgibig erörtert.
Gruß - Eckhard

Hallo Ralf,
ich schreibe die Antworten unter die entsprechenden Punkte.

Wenn man z.B. auf dem Dach eventuell über eine Optik die
Sonnenstrahlen einfangen würde und diese dann über ein
Glasfaserkabel in einen Raum ohne Fenster leiten würde, was
würde da dann raus kommen?

Nur das sichtbare Licht?
Auch die UV Strahlen?
Auch die Wärmestrahlen?

Es kommt auf das verwendete Material an.
Normales Glas blockt z.B. UV-Licht und fernes Infrarot ab ca. 3,5 µm ab.
Quarzglas läßt UV-Licht zumindest teilweise durch. Z.B. UV-Strahler in den Solarien, die ja bräunen sollen, bestehen aus Quarzglas.
Im Infrarotbereich machen die meisten Glasartigen Werkstoffe ab 4 µm zu.
Das heißt, das Spektrum der Sonne wird auf jeden Fall im Infraroten Bereich ab 4 µm beschnitten.
Das Spektrum des Sonnelichts reicht aber viel weiter in den infraroten Bereich hinein.
Siehe auch unter http://de.wikipedia.org/wiki/Sonnenstrahlung
oder
http://www.iundm.de/lars/2_Grundlagen.htm

Grundsätzlich kann man das Spektrum der Sonne über das sogenannte „Wiensches Verschiebungsgesetz“ berechnen. Auf der Erde kommt aber weniger an, weil die Atmosphäre ja einiges Bestimmte Wellenlängen dämpft.
Siehe auch http://de.wikipedia.org/wiki/Wiensches_Verschiebungs…

Ist die Menge der ausgehenden Strahlen auch abhängig vom
Durchmesser des Glasfaserkabels?

Das kommt darauf an. Grundsätzlich sinkt die Menge des übertragenen Lichts mit zunehmender Länge der Fasern. Obwohl Glasfasern sehr viel weniger dämpfen als normales Fensterglas steigen die Verluste mit der Länge der Fasern an. Allerdings wäre Fensterglas schon nach wenigen Metern, komplett undurchsichtig. Glasfasern übertragen optische Signale ohne Zwischenverstärkung ein paar hundert Kilometer weit.
Allerdings können Glasfaser nur eine bestimmte Menge an optischer Leistung übertragen. Das heißt, aufgrund nichtlinearer Effekte im Glas raucht die Glasfaser bei zuviel Licht einfach ab. Mit einem Laser habe ich z. B. schon Fasern aus den Steckern herausgeschossen. Die sind dann immmer in einem schönen blauen Licht an den Faserenden explodiert.

Könnte man die austretenden Strahlen gegebenenfalls über eine
Optik auch wieder so darstellen, dass es im Raum aussieht als
würde man aus dem Fenster auf die Sonne schauen?

Rein theoretisch ist das möglich. In Endoskopen z. B. werden Bilder mit Glasfasern, die gekämmt werden, damit diese richtig liegen, Bilder aus dem Körperinnern übertragen.
Bei einem Fenster müßten die notwendigen Linsen aber so groß sein wie ein Fenster, wenn man soviel Licht wie bei einem Fenster übertragen will.

Allerdings liegt das Bild eines Gegenstandes auf der Ebene des Brennpunktes der Linse, wenn man ein Objekt abbilden will, das in (fast) unendlicher entfernung liegt. Bei einem Objektiv ist das in der Realität ungefähr ab der 20igfachen Brennweite der Fall.
Siehe auch http://de.wikipedia.org/wiki/Optische_Abbildung

Das führt dazu, dass die in die Linse eingestrahlte Sonnenenergie, wenn man direkt in die Sonne schaut, ausschließlich über die Fasern im Brennpunkt übertragen werden. Die reelle Einstrahlung der Sonne hat ungefähr ein KW Leistung je Quadratmmeter. Das heißt je nach Glasfläche würde bei einem größeren Fenster auf wenigen Fasern auf einer Fläche von wenigen mm2 ein bis 2 KW übertragen werden. Das bedeutet, dass die Fasern an diesem Punkt evtl. aufschmelzen würden. Abends aber würde man halt das Bild sehen, das sonst auch in einem Fenster sehen würde.

Viele Grüße,
PH

Wenn man z.B. auf dem Dach eventuell über eine Optik die
Sonnenstrahlen einfangen würde und diese dann über ein
Glasfaserkabel in einen Raum ohne Fenster leiten würde, was
würde da dann raus kommen?

Nur das sichtbare Licht?
Auch die UV Strahlen?
Auch die Wärmestrahlen?

Das kommt auf die Glasfaser an. Es gibt Fasern, die Wellenlängen vom UV-Bereich bis in den Infrarotbereich leiten.

Ist die Menge der ausgehenden Strahlen auch abhängig vom
Durchmesser des Glasfaserkabels?

Ja, bis zu gewissen Grenzen verhält sich das bei einer einzelnen Faser so. Bei Faserbündeln ist darauf zu achten, dass die effektive Einkoppelfläche vom einzelnen Faserdurchmesser abhängt.

Könnte man die austretenden Strahlen gegebenenfalls über eine
Optik auch wieder so darstellen, dass es im Raum aussieht als
würde man aus dem Fenster auf die Sonne schauen?

Theoretisch ja, aber der Bildbereich ist begrenzt.