CN104075222A - 一种自然光照明的太阳能装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自然光照明的太阳能装置，包括至少一集光器、太阳能板、用于控制集光器移动或旋转的追日系统、蓄电装置、控制单元、发光装置以及感应装置；太阳光线经过集光器收集并折射或反射至太阳能板，太阳能板吸收太阳光线产生电能并将电能储存至所述蓄电装置，蓄电装置提供电能于发光装置及整个系统之所有负载，发光装置发出光线作为夜间的放光，将光线再次导入室内。采用本发明，完全不需要电力来驱动集光器就可达到追日效果，增加集光板吸收太阳光的效率。而且，当夜晚无太阳光线时，感应装置会感应到目前环境光线不足，或是利用定时的方式，启动发光装置将光线再次导入室内，使得晚上时也可以进行导光照明。

Description

一种自然光照明的太阳能装置

技术领域

本发明涉及自然光照明领域，尤其涉及一种自然光照明的太阳能装置。

背景技术

　随着地球资源的日益贫乏，基础资源的投资成本日益升高，资源浪费和环境污染的问题被提上议事日程。光伏发电作为一种无污染且取之不竭用之不尽的新能源，越来越受到人们的重视。现有的太阳能装置主要将太阳能板与集光器结合，通过集光器收集太阳光线，再通过太阳能板将收集到的太阳光线通过光电转换后产生电能。其中，传统集光器分为被动式集光器与主动式集光器，被动式集光器大致可包括平板或曲面结构的聚焦式或非聚焦式，又再细分为主折射式、主反射式与复合式。由于被动式集光器是整块集光板固定而无法移动，只要太阳光角度一偏掉，集光的效果就会很差。反之，主动式集光器是在集光器上加装追日系统，可以依照太阳的方位来改变集光器的角度，增加集光的效率，但是，此装置需要额外的电力来供给集光器移动，耗费能源，与太阳能供电装置的环保节能理念相悖。

台湾智慧财产局公开了《太阳能追日式自然光照明系统》，其公开号为201135119，所述太阳能追日式自然光照明系统主要由光导引器、追日控制器、双轴追踪机构、转能与储能系统、天候保护罩等机构组成，利用追日控制器感测发光装置方向，发出电讯使双轴追踪机构朝发光装置处动作，以利设于双轴追踪机构上的光导引器顺利采光及过滤有害光线后扩散进入屋内照明，追日控制器只于主控制机设置，并输出电讯指挥各系统马达动作，达到追日采光目的，省去零件成本费，整个系统利用转能与储能系统之太阳能板发电储存至电池输出供系统应用，因此屋内采光及系统都无需外部电力，但是需要太阳能板持续供电，并且在夜晚时整个集光器也无法工作。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种自然光照明的太阳能装置，所述集光器移动或旋转完全无需电力支持。

本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种自然光照明的太阳能装置，夜间时也可以利用发光装置进行放光，以继续导光进室内进行照明。 

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种自然光照明的太阳能装置，包括至少一集光器、太阳能板、用于控制所述集光器移动或旋转的追日系统、蓄电装置、控制单元、发光装置以及感应装置；太阳光线经过所述集光器收集并折射至所述太阳能板，所述太阳能板吸收太阳光线产生电能并将所述电能储存至所述蓄电装置，所述蓄电装置提供电能于发光装置，所述发光装置发出光线作为夜间的放光，将光线再次导入室内。

作为上述方案的改进，所述蓄电装置还提供电能于所述追日系统及控制单元以提供所述集光器移动或旋转的动力。

作为上述方案的改进，所述集光器为平板结构或曲面结构，以形成太阳光线收集与传导的光路。

作为上述方案的改进，所述太阳能板设置于所述集光器的下方，或设置于所述集光器的同侧；

所述太阳能板为薄膜太阳能电池、单晶太阳能电池、多晶太阳能电池、非晶太阳能电池或聚光型太阳能电池。

作为上述方案的改进，所述追日系统为利用输入数据的方式将一年中每天不同的太阳光线照射角度的数据输入至处理器内，所述处理器根据预设数据发出追日移动指令，通过所述控制单元使所述集光器移动或旋转以最大限度吸收太阳光线。

作为上述方案的改进，所述追日系统为利用光检测器感测太阳的方位，通过所述控制单元使所述集光器移动或旋转以最大限度吸收太阳光线。

作为上述方案的改进，所述控制单元为水帮浦、手动弹簧发条或钟摆，用于持续产生动能；

或所述控制单元以太阳能电池并联供电作机械式移动。

作为上述方案的改进，所述发光装置为LED、白炽灯、日光灯或卤素灯。

作为上述方案的改进，所述感应装置为光感应组件，用于感应周围太阳光线不足时，启动蓄电装置提供电能于所述发光装置。

作为上述方案的改进，所述蓄电装置为铅锌电池、铅酸电池或锂电池。

实施本发明，具有如下有益效果：

本发明提供了一种自然光照明的太阳能装置，其将追日系统应用于太阳光集光器或是太阳能板上，所述追日系统可以分析出太阳的位置或者可追踪太阳的位置，并通过控制单元控制集光器移动或旋转，使集光器始终正对太阳，增加集光器吸收太阳光的效率。

太阳能板与集光器结合，将集光器所折射或反射的光线由太阳能板吸收经光电转换后产生电能并储存在蓄电装置里，再供给追日系统及控制单元所需要的电力，从而使所述集光器移动或旋转。因此，本发明完全不需要外接电源，来达到一个真正无须另外花费电费的集光系统。进一步，当控制单元采用水帮浦、手动弹簧发条或钟摆时，可持续产生动能，完全无需电力。

并且，本发明在集光器周边增设发光装置和感应装置，当夜晚或白天气候不佳无太阳光线时，感应装置会感应到目前环境光线不足，或是利用定时的方式，启动蓄电装置将电能供给发光装置，发光装置发出光线作为夜间的放光，并可将光线再次导入室内，使得晚上时也可以进行导光照明。

附图说明

图1是本发明自然光照明的太阳能装置第一实施例的结构示意图；

图2是图1所示太阳能装置的追日系统一实施例的方框图；

图3是本发明自然光照明的太阳能装置第二实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

结合图1至图3，本发明提供了一种自然光照明的太阳能装置的多种实施方式，包括至少一集光器1、太阳能板2、用于控制所述集光器1移动或旋转的追日系统3、蓄电装置4、控制单元5、发光装置6以及感应装置7；太阳光线经过所述集光器1收集并折射至所述太阳能板2，所述太阳能板2吸收太阳光线产生电能并将所述电能储存至所述蓄电装置4，所述蓄电装置4提供电能于发光装置6，所述发光装置6发出光线作为夜间的放光，将光线再次导入室内。进一步，所述蓄电装置4还提供电能于所述追日系统3及控制单元5以提供所述集光器1移动或旋转的动力。

优选的，所述集光器1为平板结构或曲面结构，例如集光板、弧型壳体、盘型壳体或金字塔型壳体，以形成太阳光线收集与传导的光路。需要说明的是，所述集光器1可以为任何能构成光路的收集与传导的光学结构，不管所述光学结构是利用反射或是折射原理，所述集光器1非限定为平板或曲面结构。

参见图1，本发明提供了一种自然光照明的太阳能装置的第一实施例，包括至少一集光器1、太阳能板2、用于控制所述集光器1移动或旋转的追日系统3、蓄电装置4、控制单元5、发光装置6以及感应装置7；太阳光线经过所述集光器1收集并折射或反射至所述太阳能板2，所述太阳能板2吸收太阳光线产生电能并将所述电能储存至所述蓄电装置4，所述蓄电装置4提供电能于发光装置6，所述发光装置6发出光线作为夜间的放光，将光线再次导入室内。进一步，所述蓄电装置4还提供电能于所述追日系统3及控制单元5以提供所述集光器移动或旋转的动力。其中，所述集光器1可以由一折射式镜片所构成，所述折射式镜片一般来讲可以是整面一体成形的镜片，也可由多个微小镜片所构成。图1所示的所述集光器1为平板结构。

所述太阳能板2设置于所述集光器1的下方，或设置于所述集光器1的同侧；所述太阳能板2可以为但不限于薄膜太阳能电池、单晶太阳能电池、多晶太阳能电池或非晶太阳能电池。熟知本技术领域者应可了解，这里所提到的薄膜太阳能电池的厚度一般仅为数微米（μm）。优选的，本发明采用的薄膜太阳能电池的厚度小于150μm。薄膜太阳能电池一般可使用非晶硅(amorphous silicon)、微晶硅(Microcrystalline Silicon)、硒化铟铜（CuInSe₂，CIS）、铜铟镓硒(CuInGaSe₂，CIGS)及锑化镉(CdTe)等材料所构成，除此之外所述太阳能电池可使用玻璃、金属、塑胶等其中之一作为材料的一基底层，及包括氧化铟锡(ITO) ，氧化锌(ZnO)，二氧化锡(SnO₂)等其中之一做为材料的一导电透光层，另外还可包括一金属层，多条金属导线等，其他这里没有提到的层也可能包括在所述薄膜太阳能电池中。

所述追日系统3为利用输入数据的方式将一年中每天不同的太阳光线照射角度的数据输入至处理器内，所述处理器根据预设数据发出追日移动指令，通过所述控制单元5控制所述集光器1移动或旋转，使集光器1始终正对太阳，以最大限度吸收太阳光线，增加集光器1吸收太阳光的效率。所述处理器可以是一个或多个一般用途的处理器、数码信号处理器、特定应用程序的集成电路、区域可编程的闸道阵列、服务器、网络、数字电路、模拟电路或其组合，但不限于此。

又或者，所述追日系统3为利用光检测器感测太阳光线的方位，通过所述控制单元5控制所述集光器1移动或旋转，使集光器1始终正对太阳，以最大限度吸收太阳光线，增加集光器1吸收太阳光的效率。优选的，所述光检测器为光传感器。

具体的，根据本发明的一种实施例，请参考图2，所述追日系统3包括多个光检测器31，一电脑32，所述电脑32与控制单元5相连，所述控制单元5与集光器1相连。所述光检测器31可用来检测太阳光，多个光检测器31可摆在多个不同的位置上，所述光检测器31会检测到太阳光射入的信息，而产生一信号，所述信号可以是由电压、电流或热等方式所呈现，由光检测器31所检测到的信号会传送至一电脑32，所述电脑32会分析所述多个光检测器31所检测到的信号，而计算出太阳目前的角度，接着所述电脑会控制一控制单元5，所述控制单元5主要用来驱动集光器1的旋转或移动，从而改变所述集光器1的角度及位置，进而达到在任何一特定的时刻，均能控制所述集光器1以最大光收集效率的方式收集光。

需要说明的是，所述集光器1移动或旋转可以利用太阳仪或日晷的原理，又或是利用太阳运行演示器或太阳经纬仪的原理。

进一步，作为本发明控制单元5的实施例之一，所述控制单元5可为水帮浦、手动弹簧发条或钟摆，用于持续产生动能，完全无需电力。

例如，当控制单元5为水帮浦时，所述控制单元5运用水位差原理持续产生压力动能，水由水源槽经供水管由上至下流出，并且通过水帮浦可将低处的水输送往高处的水源槽，以此往复，构成循环。因此，本发明利用水帮浦产生动能，并将动能供给集光器，使集光器移动或旋转，完全无需电力。

又例如，当控制单元5为手动弹簧发条时，所述控制单元5利用弹簧发条方式，一开始先转动上发条，让弹簧发条持续产生动力，驱动集光器改变其位置。因此，本发明利用手动发条产生动能，发条与齿轮相配合将动能供给集光器，使集光器移动或旋转，完全无需电力。

再例如，当控制单元5为钟摆时，所述控制单元5利用钟摆与齿轮的结合，钟摆是驱使齿轮或是发条作动的装置，然后持续动作后可将动能让整个集光器移动。因此，本发明利用钟摆与齿轮产生动能，并将动能供给集光器，使集光器移动或旋转，完全无需电力。

需要说明的是，上述水帮浦、手动弹簧发条或钟摆的结构形式可参考现有的机械结构，并且所述结构可根据实际情况作出改进。

作为本发明控制单元5的实施例之二，所述控制单元5以太阳能电池并联供电作机械式移动，也就是说，本发明的控制单元5所需的动力可以由太阳能板2吸收太阳光线所产生并储存在蓄电装置4中的电能来供给，使得所述集光器1移动或旋转完全无需外界电力支持，节能环保。其中，控制单元5可以为熟知机械领域者可了解并加以设计的一自动化机械，常见的方式可由齿轮组，马达，机构，滑轮等所构成。

所述蓄电装置4可为铅锌电池、铅酸电池等能够储存电力的蓄电装置。

所述发光装置6可以为但不限于LED、白炽灯、日光灯或卤素灯，所述发光装置6与蓄电装置4电性连接。需要说明的是，发光装置6可以为任何能发光的组件，LED、白炽灯、日光灯或卤素灯仅为其优选的实施方式。

所述感应装置7为光感应组件，用于感应周围太阳光线不足时，启动蓄电装置4提供电能于所述发光装置6，发光装置6发出光线作为夜间的放光，并可将光线再次导入室内，使得晚上时也可以进行导光照明。所述光感应组件优先选用光敏电阻，当然所述光感应组件也可以选用其他能光感应的组件，其实施方式并不局限于本发明的实施例。

除此之外，所述感应装置7还可以利用定时的方式，例如采用定时器，启动蓄电装置4提供电能于所述发光装置6，发光装置6发出光线作为夜间的二次放光，并可将光线再次导入室内，使得晚上时也可以进行导光照明。

参见图3，本发明提供了一种自然光照明的太阳能装置的第二实施例，包括至少一集光器1、太阳能板2、用于控制所述集光器1移动或旋转的追日系统3、蓄电装置4、控制单元5、发光装置6以及感应装置7。太阳光线经过所述集光器1收集并折射至所述太阳能板2，所述太阳能板2吸收太阳光线产生电能并将所述电能储存至所述蓄电装置4，所述蓄电装置4提供电能于发光装置6，所述发光装置6发出光线作为夜间的放光，将光线再次导入室内，进一步，所述蓄电装置4还提供电能于所述追日系统3及控制单元5以提供所述集光器移动或旋转的动力。

与图1所示第一实施例所不同的是，所述集光器1可以由一反射式镜片所构成，所述反射式镜片一般来讲可以是整面一体成形的镜片，也可由多个微小镜片或使用夫瑞奈镜片(Fresnellens)所构成。所述反射式镜片可将太阳光线反射至一焦点而达到集光的效果。所述集光器1一般为圆弧型、盘型或金字塔型，但也可是其他形状。图3所示的集光器1为圆弧型。太阳能板2被设置在该集光器1的焦点附近，因此较大面积的太阳入射光线被集光器1聚焦后，可射入所述太阳能板2，使得太阳能板2可吸收比太阳能板2的面积还要大的面积的光线。

综上所述，本发明提供了一种自然光照明的太阳能装置，其将追日系统3应用于太阳光集光器1或是太阳能板2上，所述追日系统3可以分析出太阳的位置或者可追踪太阳的位置，并通过控制单元5控制集光器1移动或旋转，使集光器1始终正对太阳，增加集光器1吸收太阳光的效率。

太阳能板2与集光器1结合，将集光器1所折射的光线由太阳能板2吸收经光电转换后产生电能并储存在蓄电装置4里，再供给追日系统3及控制单元5所需要的电力，从而使所述集光器1移动或旋转。因此，本发明完全不需要外接电源，来达到一个真正无须另外花费电费的集光系统。进一步，当控制单元5采用水帮浦、手动弹簧发条或钟摆时，可持续产生动能，完全无需电力。

并且，本发明在集光器周边增设发光装置6和感应装置7，当夜晚无太阳光线时，感应装置7会感应到目前环境光线不足，或是利用定时的方式，启动蓄电装置4将电能供给发光装置6，发光装置6发出光线作为夜间的二次放光，并可将光线再次导入室内，使得晚上时也可以进行导光照明。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种自然光照明的太阳能装置，其特征在于，包括至少一集光器、太阳能板、用于控制所述集光器移动或旋转的追日系统、蓄电装置、控制单元、发光装置以及感应装置；太阳光线经过所述集光器收集并折射至所述太阳能板，所述太阳能板吸收太阳光线产生电能并将所述电能储存至所述蓄电装置，所述蓄电装置提供电能于发光装置及整个系统之所有负载，所述发光装置发出光线作为夜间的放光，将光线再次导入室内。

2.如权利要求1所述的自然光照明的太阳能装置，其特征在于，所述蓄电装置还提供电能于所述追日系统及控制单元以提供所述集光器移动或旋转的动力。

3.如权利要求1所述的自然光照明的太阳能装置，其特征在于，所述集光器为平板结构或曲面结构，以形成太阳光线收集与传导的光路。

4.如权利要求1所述的自然光照明的太阳能装置，其特征在于，所述太阳能板设置于所述集光器的下方，或设置于所述集光器的同侧；

所述太阳能板为薄膜太阳能电池、单晶太阳能电池、多晶太阳能电池、非晶太阳能电池或聚光型太阳能电池。

5.如权利要求1所述的自然光照明的太阳能装置，其特征在于，所述追日系统为利用输入数据的方式将一年中每天不同的太阳光线照射角度的数据输入至处理器内，所述处理器根据预设数据发出追日移动指令，通过所述控制单元使所述集光器移动或旋转以最大限度吸收太阳光线。

6.如权利要求1所述的自然光照明的太阳能装置，其特征在于，所述追日系统为利用光检测器感测太阳的方位，通过所述控制单元使所述集光器移动或旋转以最大限度吸收太阳光线。

7.如权利要求1~6任一项所述的自然光照明的太阳能装置，其特征在于，所述控制单元为水帮浦、手动弹簧发条或钟摆，用于持续产生动能；

或所述控制单元以太阳能电池并联供电作机械式移动。

8.如权利要求7所述的自然光照明的太阳能装置，其特征在于，所述发光装置为LED、白炽灯、日光灯或卤素灯。

9.如权利要求7所述的自然光照明的太阳能装置，其特征在于，所述感应装置为光感应组件，用于感应周围太阳光线不足时，启动蓄电装置提供电能于所述发光装置。

10. 如权利要求7所述的自然光照明的太阳能装置，其特征在于，所述蓄电装置为铅锌电池、铅酸电池或锂电池。