CN103697411A - 太阳能分级建筑采光照明装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能分级建筑采光照明装置。包括聚光器，聚光器为由抛物线围绕中心轴旋转360度所形成的三维中心对称的三维实体复合抛物面聚光器，其顶面和底面为平面，中部的外柱面为透明非镀膜的抛物面；由若干个聚光器排列组成聚光器阵列，聚光器阵列的顶面为由若干个聚光器的顶面组成的平面，聚光器阵列中的每个聚光器的底面分别连接着导光光纤，导光光纤分别组成一束以上的光纤束。太阳光照射在聚光器阵列的顶面，在每个聚光器的顶面发生折射，一部分通过聚光器的抛物面的下部射出形成第一级照明，另一部分通过光纤束传输形成第二级照明。本发明使光的利用率得到了明显提高；本照明装置安装使用方便，可以很好地与建筑等应用背景相结合。
Description
技术领域
本发明属于太阳能应用技术领域，具体涉及太阳能分级建筑采光照明装置。
技术背景
能源的综合利用受到当今社会的普遍关注，是社会长久发展的重中之重。太阳能作为一种可再生能源及清洁环保，成为如今许多传统能源的替代物。利用太阳光进行照明是国际社会广泛采用的一种新型的照明装置。为了节能和改善室内光照环境，充分利用太阳光资源，国内外许多科研工作者对此进行了研究，提出许多利用太阳光的采光设计方法。例如：利用反射镜的反射、棱镜组的全反射、导光管或光导纤维导光，将太阳光直接引到室内需要照明的地方；也可以间接的利用太阳光的红外辐射，产生热发电供照明使用；或是利用光电效应，将太阳光直接变成电能用于照明等。很明显，将太阳光直接用于采光照明是最为经济和高效的方式之一。
三维实体复合抛物面型聚光器是一种依据边缘光线原理设计的低聚光比非成像聚光器，相对于镜面复合抛物面型聚光器而言具有较大的接收半角,可以接受更大范围的入射光，同时可与建筑围护结构固定安装，不需要设置跟踪系统。经过实验研究，当太阳光照射到实体复合抛物面型聚光器时，部分太阳光将从聚光器侧表面底部逃逸出来，而如今还很少看到相关研究对这部分光线进行利用。同时随着光线入射角的逐渐变大，逃逸出来的太阳光也会逐渐增多，这一现象将更为明显。目前的应用中，多是将收集到的光进行分级利用，即用导光系统把收集到的光导入各个需要的地方进行照明，而很少考虑到采光装置逃逸出来的太阳光的利用。
发明内容
为了解决上述逃逸太阳光的利用问题，本发明以逃逸出来的太阳光作为一级利用，聚光收集到的太阳光作为第二级利用，提供一种太阳能分级建筑采光照明装置。
具体的技术解决方案如下：
太阳能分级建筑采光照明装置包括聚光器，所述聚光器为三维实体非成像聚光器，每个聚光器为由抛物线围绕中心轴旋转360度所形成的三维中心对称的三维实体复合抛物面聚光器，其顶面和底面为平面，中部的外柱面为透明非镀膜的抛物面；由若干个聚光器排列组成聚光器阵列，聚光器阵列的顶面为由若干个聚光器的顶面组成的平面，聚光器阵列中的每个聚光器的底面分别连接着导光光纤，若干个聚光器的导光光纤分别组成一束以上的光纤束；使用时，太阳光照射在聚光器阵列的顶面，在每个聚光器的顶面发生折射作用，一部分太阳光通过聚光器的抛物面的下部射出形成第一级照明，另一部分太阳光通过全反射作用聚集至导光光纤组成的光纤束传输形成第二级照明。
所述聚光器材料为高透光材料，折射率大于1。
聚光器阵列中的每个聚光器的底面连接着一个圆柱体的轴向一端，圆柱体的轴向另一端连接着导光光纤；所述圆柱体的材料和聚光器的材料相同。
本发明利用无镀膜的三维实体复合抛物面型聚光器在收集太阳光的过程中，逃逸出来的光作为太阳光的第一级建筑照明利用；同时在光的第二级利用中，采用光纤捆绑技术将光导入到各室内，再次实现光的多层利用。使光的利用率得到了明显提高。由于装置扩大了聚光器的接收角，只需固定安装，使用方便，可以很好地与建筑等应用背景相结合。同时，由于全反射作用，光学性能得到了提升；采用聚光器的抛物面无镀膜结构，进一步提高了系统的经济效益。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为图1中聚光器阵列的俯视放大图。
图3为图2的A-A剖视图。
图4为光纤捆绑结构示意图。
第一级照明1、导光光纤2、第二级照明3、顶面4、抛物面5、圆柱体6、光纤束7。
具体实施方式
下面结合所附图，通过实施例对本发明作进一步地描述。
参见图1，太阳能分级建筑采光照明装置包括聚光器，所述聚光器为三维实体非成像聚光器。每个聚光器为由抛物线围绕中心轴旋转360度所形成的三维中心对称的三维实体复合抛物面聚光器，其顶面4和底面为平面，中部的外柱面为透明非镀膜的抛物面5。参见图2，由若干个聚光器排列组成聚光器阵列，聚光器阵列的顶面4为由若干个聚光器的顶面组成的平面。由图3和图4可见，聚光器阵列中的每个聚光器的底面分别连接着接着一个圆柱体6的轴向一端，圆柱体6的轴向另一端连接着导光光纤2，若干个聚光器的导光光纤2组成光纤束7。聚光器和圆柱体6的材料相同，均为高透光材料，折射率大于1。
使用时，太阳光照射在聚光器阵列的顶面4，在每个聚光器的顶面4发生折射作用，一部分太阳光通过聚光器的抛物面5的下部射出形成第一级照明1，另一部分太阳光通过全反射作用聚集至导光光纤2组成的光纤束7传输形成第二级照明3，用于建筑物中不同楼层的照明，见图1。假设太阳辐射中直射和散射辐照的比例为4:1，则在一天8：00-16：00期间，一级采光照明的辐照量占总辐射的20%左右，二级采光照明的总辐照量占70%左右。
参见图2，聚光器矩阵可以制成以平米为单位的模块，便于该装置大面积安装。
由图1可见，将导光光纤2采用捆绑模式，根据需求，可以分别捆绑成两束的光纤束7，形成两个第二级照明3，实现第二级照明3的多级利用。
Claims (3)
1.太阳能分级建筑采光照明装置，包括聚光器，所述聚光器为三维实体非成像聚光器，其特征在于：每个聚光器为由抛物线围绕中心轴旋转360度所形成的三维中心对称的三维实体复合抛物面聚光器，其顶面和底面为平面，中部的外柱面为透明非镀膜的抛物面；由若干个聚光器排列组成聚光器阵列，聚光器阵列的顶面为由若干个聚光器的顶面组成的平面，聚光器阵列中的每个聚光器的底面分别连接着导光光纤，若干个聚光器的导光光纤分别组成一束以上的光纤束；使用时，太阳光照射在聚光器阵列的顶面，在每个聚光器的顶面发生折射作用，一部分太阳光通过聚光器的抛物面的下部射出形成第一级照明，另一部分太阳光通过全反射作用聚集至导光光纤组成的光纤束传输形成第二级照明。
2.根据权利要求1所述的太阳能分级建筑采光照明装置，其特征在于：所述聚光器材料为高透光材料，折射率大于1。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能分级建筑采光照明装置，其特征在于：聚光器阵列中的每个聚光器的底面连接着一个圆柱体的轴向一端，圆柱体的轴向另一端连接着导光光纤；所述圆柱体的材料和聚光器的材料相同。
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| CN201410014572.5A CN103697411A (zh) | 2014-01-14 | 2014-01-14 | 太阳能分级建筑采光照明装置 |
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Publications (1)
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| CN103697411A true CN103697411A (zh) | 2014-04-02 |
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| CN201410014572.5A Pending CN103697411A (zh) | 2014-01-14 | 2014-01-14 | 太阳能分级建筑采光照明装置 |
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|---|---|
| CN (1) | CN103697411A (zh) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2014
- 2014-01-14 CN CN201410014572.5A patent/CN103697411A/zh active Pending
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