CN106500056A - 一种自然光与led复合照明系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自然光与LED复合照明系统及其方法，其中所述照明系统包括面板灯模组和用于聚集光线的聚光装置，接收所述聚光装置聚集的光线并将其均分用于照明的分光装置，与所述分光装置相连的若干个导光装置，所述导光装置与自然光发光模组相连，所述面板灯模组包括侧向设置的LED发光模组和所述自然光发光模组；所述面板灯模组还设有用于将所述LED发光模组和所述自然光发光模组发出的光均匀地复合的光敏元件和调节驱动装置。本发明可均匀的复合自然光，结构简单，节约电能。
Description
技术领域
本发明涉及绿色照明技术领域，特别是涉及一种自然光与LED复合照明系统及其方法。
背景技术
目前，LED被广泛应用于照明领域。LED光源具有能耗低、寿命长、绿色环保等优点，但LED光源仍然为电驱动型光源，电能虽然为清洁能源，但作为应用最为广泛的二次能源，电能的产生无论是水电、火电还是核电都对生态环境造成一定的影响和破坏。以LED为光源的照明装置，对电能需求的满足是其得到推广应用的基础。
太阳能是一种新生可再生的清洁能源，取之不尽用之不竭。随着太阳能技术的发展和在各个领域的普遍应用，太阳能已经成为人类使用能源的重要组成部分。太阳能的利用一般有光热转换和光电转换两种方式。光热转换的典型应用有太阳能热水器，通过表面对太阳能的吸收并将其转化为热能。而太阳能发电技术已经成为太阳能利用领域的核心技术，目前太阳能发电的方式有利用光生伏打效应将太阳辐射能直接转换为电能，它的基本装置是太阳能电池。
在太阳光照明技术领域，将太阳光直接利用于植物工厂照明、工业照明、普通建筑照明、地下室照明、地下矿井照明等照明领域已经成为可能。但在当前的照明应用中，大多采用LED灯作为光源进行照明设计。从整个能量流来看，LED光源的照明装置对电能的需求为刚性需求，相比于直接利用太阳光而言，其过程复杂，能源利用效率低，而且中间污染多。
同时，由于气候天气的原因，不能保证每天都有充足的太阳光，且总量巨大、分布密度低的太阳能不能很好地利用上。一般自然界中白天如果没有直射的太阳光外，那么也会存在如散射光、正面光和侧光等类型的自然光，而目前还无法很好的利用这些光强弱于直射太阳光的自然光用于照明，因为自然光(太阳光、散射光、正面光和侧光)存在不同的类型、不同的时刻和不同气候光强不一的问题，导致照明的光均匀性差、复合难。
以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
发明内容
本发明目的在于提出一种自然光与LED复合照明系统及其方法，以解决上述现有技术存在的利用自然光的照明系统均匀性差、复合难的技术问题。
为此，本发明提出一种自然光与LED复合照明系统，包括面板灯模组和用于聚集光线的聚光装置，接收所述聚光装置聚集的光线并将其均分用于照明的分光装置，与所述分光装置相连的若干个导光装置，所述导光装置与自然光发光模组相连，所述面板灯模组包括侧向设置的LED发光模组和所述自然光发光模组；所述面板灯模组还设有用于将所述LED发光模组和所述自然光发光模组发出的光均匀地复合的光敏元件和调节驱动装置。
优选地，本发明还可以具有如下技术特征：
所述自然光发光模组与所述LED发光模组相对或相邻设置在所述面板灯模组的侧面上。
所述光敏元件设置在所述面板灯模组的内侧和\或外侧。
所述导光装置包括若干根第一光纤，所述自然光发光模组包括用于产生光线的若干个光纤插槽，所述第一光纤的照明末端与所述光纤插槽连接。
所述分光装置包括光束接收端，所述光束接收端与若干根所述第一光纤的分光始端相连。
所述聚光装置包括基体，以及固定封装在所述基体内部的若干根第二光纤，所述第二光纤一端连接有汇聚头，另一端均匀分布于基体的受光面一侧用于接收外部光线。
另外，基于上述照明系统，本发明还提出了一种自然光与LED复合照明方法，包括以下步骤：
步骤一：通过光敏元件获取面板灯模组的光强数据；
步骤二：将获取的光强数据与预设的光强数据进行对比，通过调节驱动装置调节分光装置、自然光发光模组和LED发光模组中的一个或其组合，均匀地复合所述LED发光模组和自然光发光模组发出的光。
优选地，本发明提供的方法还可以具有如下步骤：
通过所述光敏元件实时检测环境光强数据，反馈至调节驱动装置进行反馈调节。
根据环境色温数据，实时调节所述LED发光模组和所述自然光发光模组的发光配比。
步骤二还包括：当光强数据大于预设值时，关闭所述LED发光模组，通过所述分光装置和\或所述自然光发光模组进行调节；当光强数据小于预设值时，通过所述LED发光模组进行补光。
本发明与现有技术对比的有益效果包括：
本发明提供了一种利用自然光和LED相结合的复合照明系统，通过聚光装置可实现光线的聚集，聚集的光线被分光装置所接收，通过分光装置可以将聚集的光线均匀分光，均匀分光后的光线经导光装置传输至面板灯模组，用于照明。面板灯模组包括LED发光模组和自然光发光模组，通过光敏元件和调节驱动装置根据自然光不同的光强进行实时补光调节。与现有技术相比，本发明通过面板灯模组可实现自然光和LED灯光的均匀复合，自然光发光模组和LED发光模组均侧向设置在面板灯模组上，通过面板灯模组可以将自然光发光模组发出的自然光和LED发光模组均匀的复合，也就是说面板灯模组照明时是通过自然光和LED光的复合来照明的，面板灯模组具备将两者发出的光均匀的复合的效果。再结合光敏元件检测光强，并根据调节驱动装置进行实时地调节LED的亮度，以达到补光的效果。
另外本发明还提供了一种利用上述照明系统进行照明的方法，该方法可以通过光敏元件获取光强数据，再通过调节驱动装置调节分光装置、自然光发光模组和LED发光模组中的一种或其组合，来达到均匀复合自然光与LED光的目的。相比于传统的复合方法，本发明的复合方法可以不局限于太阳光的复合，当外部环境没有直射的太阳光是，也可以利用自然光均匀的复合。
进一步的，特别是对于自然光光强比较强时，本发明可以通过调节分光装置和自然光发光模组中的一种或其组合进行实时的调节面板灯模组的光强，以保持输出的光强不至于过强，不利于照明作业或使用。另外，此时可以关闭LED发光模块，充分利用太阳光来照明，节省电能。
附图说明
图1是本发明实施例一和二的结构示意图；
图2是本发明具体实施方式三的流程图。
1-自然光，2-聚光装置，3-聚焦光线，4-分光装置，5-导光装置，6-调节驱动装置，7-LED发光模组，8-照明光线，9-光纤插槽，10-面板灯模组，11-光敏元件。
A1-步骤一，A2-步骤二。
具体实施方式
下面结合具体实施方式并对照附图对本发明作进一步详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
参照以下附图1-2所示，将描述非限制性和非排他性的实施例，其中相同的附图标记表示相同的部件，除非另外特别说明。
实施例一：
本发明提出了一种自然光与LED复合照明系统，如图1所示，包括面板灯模组10和用于聚集光线的聚光装置2，接收所述聚光装置2聚集的光线并将其均分用于照明的分光装置4，与所述分光装置4相连的若干个导光装置5，所述导光装置5与自然光发光模组相连，所述面板灯模组10包括侧向设置的LED发光模组7和所述自然光发光模组；所述面板灯模组10还设有用于将所述LED发光模组7和所述自然光发光模组发出的光均匀地复合的光敏元件11和调节驱动装置6。
本实施例中，面板灯模组10主要包括面板灯铝框、LED灯源、导光板、扩散板、反光纸和安装挂件。LED灯源可以为多个，可视情况而定，其中，多个LED灯源即组成了LED发光模组7。导光板上设有网点，侧面LED光或自然光经过网点折射使照明光线8从正面均匀导出。扩散板可以将导光板的光均匀的导出，并能起到模糊网点的作用。反光纸将导光板背面余光反射出去以提高光效。安装挂件用于安装固定，可以为悬挂吊丝、安装支架等。
本实施例中，在面板灯模组10中，除了设置有LED发光模组7外，还设置有自然光发光模组，该自然光发光模组同样与LED发光模组7一样侧向设置。发出的光通过导光板、扩散板和反光纸的作用下均匀的正向导出。通过面板灯模组10，结合调节驱动装置6和光敏元件11，可以将自然光发光模组和LED发光模组7的均匀的复合，确保将两种光以最合理的方式发出。
本实施例中，所述聚光装置2为透镜组，或为透明或者半透明的菲涅尔透镜面板，也可以由其他新型的光学元件组成，实现了大面积自然光1在指定区域的会聚，形成聚焦光线3。
本实施例中，分光装置4包括光束接收端，所述光束接收端与若干根所述第一光纤的分光始端相连。所述导光装置5包括若干根第一光纤，所述自然光发光模组包括用于产生光线的若干个光纤插槽9，所述第一光纤的照明末端与所述光纤插槽9连接。分光装置4也包含部分导光的功能，主要是能够将汇聚的自然光传导至分光元件如光束接收端。光束接收端可将聚焦的太阳光通过光纤束分别导入至面板灯模组10的光纤插槽9之中。光纤是一种性能优越的光导产品，其导光效率高，技术成熟，产品化程度高。光纤具有许多种类，性能有所差异，也具有各自不同的用途。用于照明领域的光纤成本低廉，芯径相对较大，光源的耦合效率高，耦合进光纤的功率大，使用方便，譬如塑料光纤本实施例中。
本实施例中，LED发光模组7可以通过太阳能发电模块存储的或其他方式所产生的电能驱动LED灯提供照明，在夜间或者在太阳光不足时，可驱动LED发光模组7提供增强照明或者补充照明。
本实施例中，所述自然光发光模组与所述LED发光模组7相邻设置在面板灯模组10的侧面上。相邻设置的自然光发光模组和所述LED发光模组7，彼此更加独立，可方便地设置在面板灯模组10上。
本实施例中，所述光敏元件11设置在所述面板灯模组10的内侧和\或外侧，本发明不做限制，可是具体情况而定。
充分利用太阳光提供照明是绿色照明技术的前沿技术，可节省大量的电能。就照明效果而论，直接利用太阳光提供照明，充分地利用了自然光，其效果优于普通的仅以LED为光源的照明系统。
实施例二：
本发明提出了一种自然光与LED复合照明系统，如图1所示，包括面板灯模组10和用于聚集光线的聚光装置2，接收所述聚光装置2聚集的光线并将其均分用于照明的分光装置4，与所述分光装置4相连的若干个导光装置5，所述导光装置5与自然光发光模组相连，所述面板灯模组10包括侧向设置的LED发光模组7和所述自然光发光模组；所述面板灯模组10还设有用于将所述LED发光模组7和所述自然光发光模组发出的光均匀地复合的光敏元件11和调节驱动装置6。
本实施例中，面板灯模组10主要包括面板灯铝框、LED灯源、导光板、扩散板、反光纸和安装挂件。LED灯源可以为多个，可视情况而定，其中，多个LED灯源即组成了LED发光模组7。导光板上设有网点，侧面LED光或自然光经过网点折射使照明光线8从正面均匀导出。扩散板可以将导光板的光均匀的导出，并能起到模糊网点的作用。反光纸将导光板背面余光反射出去以提高光效。安装挂件用于安装固定，可以为悬挂吊丝、安装支架等。
本实施例中，在面板灯模组10中，除了设置有LED发光模组7外，还设置有自然光发光模组，该自然光发光模组同样与LED发光模组7一样侧向设置。发出的光通过导光板、扩散板和反光纸的作用下均匀的正向导出。通过面板灯模组10，结合调节驱动装置6和光敏元件11，可以将自然光发光模组和LED发光模组7的均匀的复合，确保将两种光以最合理的方式发出。
本实施例中，所述聚光装置2包括基体，以及固定封装在所述基体内部的若干根第二光纤，所述第二光纤一端连接有汇聚头，另一端均匀分布于基体的受光面一侧用于接收外部光线。所述基体可以为玻璃板、建筑用转体、瓦片或其复合材料等，汇聚头可以直接固定在基体非受光面一侧，也可以脱离基体设置在其他物件上，本发明不做限制。这种聚光无需通过透镜进行聚光，通过均匀分布在基体受光面一侧中的光纤可以直接采集自然光，结合光纤具备纤细、具有一定韧性的特点，可以通过多个光纤于汇聚头处收集足够的光源，形成聚焦光线3。相比于传统的通过透镜或菲涅尔进行聚光而言，因为本实施例是通过埋设在基体中的光纤进行聚光的，且基体可以为建材中常用的材料，所以可以实现在建筑中包括墙体、屋顶等地大面积铺设，与建筑融为一体，既不影响光的采集，又不影响建筑的美观，简单实用。光纤的在基体中的排布形状可以为锥形，以方便连接汇聚头，具体可视情况而定，本实施例对该形状不做限制。
本实施例中，所述自然光发光模组与所述LED发光模组7相对设置在所述面板灯模组10的侧面上。相对设置的自然光发光模组和LED发光模组7对光的复合均匀性具有促进作用。
本实施例中，还包括设于所述聚光装置2与所述分光装置4之间的用于远距离传输的导光管。导光管可适用于体积大的建筑、高度和传输距离较远的情况下，避免使用大量的光线进行传输，这样节约了成本。特别的，所述导光管包括若干段管体，以及设置在管体转角处的转角镜，通过多段管体和转角镜可以实现在复杂的室内环境中自由布置管道。
实施例三：
本实施例提出了一种自然光与LED复合照明方法，通过实施例一所述的自然光与LED复合照明系统实现该照明方法，如图2的A1-A2所示，包括以下步骤：
步骤一：通过光敏元件获取面板灯模组的光强数据；
步骤二：将获取的光强数据与预设的光强数据进行对比，通过调节驱动装置调节分光装置、自然光发光模组和LED发光模组中的一个或其组合，均匀地复合所述LED发光模组和自然光发光模组发出的光。
本实施例的步骤二中，当光强数据大于预设值时，关闭所述LED发光模组，通过所述分光装置和\或所述自然光发光模组进行调节；当光强数据小于预设值时，通过所述LED发光模组进行补光。
本实施例中，为了能满足某些场合下，环境本身光强存在变化需求，以及让调节更加精确，还包括以下步骤：通过所述光敏元件实时检测环境光强数据，反馈至调节驱动装置进行反馈调节。由此，可以实时的根据环境的光强进行实时的调节。
本实施例中，如果环境对光的色温有需求，因为LED发光模组和所述自然光发光模组的色温不同，那么根据环境色温数据，实时调节所述LED发光模组和所述自然光发光模组的发光配比。
本领域技术人员将认识到，对以上描述做出众多变通是可能的，所以实施例仅是用来描述一个或多个特定实施方式。
尽管已经描述和叙述了被看作本发明的示范实施例，本领域技术人员将会明白，可以对其作出各种改变和替换，而不会脱离本发明的精神。另外，可以做出许多修改以将特定情况适配到本发明的教义，而不会脱离在此描述的本发明中心概念。所以，本发明不受限于在此披露的特定实施例，但本发明可能还包括属于本发明范围的所有实施例及其等同物。
Claims (10)
1.一种自然光与LED复合照明系统，其特征在于：包括面板灯模组和用于聚集光线的聚光装置，接收所述聚光装置聚集的光线并将其均分用于照明的分光装置，与所述分光装置相连的若干个导光装置，所述导光装置与自然光发光模组相连，所述面板灯模组包括侧向设置的LED发光模组和所述自然光发光模组；所述面板灯模组还设有用于将所述LED发光模组和所述自然光发光模组发出的光均匀地复合的光敏元件和调节驱动装置。
2.如权利要求1所述的自然光与LED复合照明系统，其特征在于：所述自然光发光模组与所述LED发光模组相对或相邻设置在所述面板灯模组的侧面上。
3.如权利要求1所述的自然光与LED复合照明系统，其特征在于：所述光敏元件设置在所述面板灯模组的内侧和\或外侧。
4.如权利要求1所述的自然光与LED复合照明系统，其特征在于：所述导光装置包括若干根第一光纤，所述自然光发光模组包括用于产生光线的若干个光纤插槽，所述第一光纤的照明末端与所述光纤插槽连接。
5.如权利要求4所述的自然光与LED复合照明系统，其特征在于：所述分光装置包括光束接收端，所述光束接收端与若干根所述第一光纤的分光始端相连。
6.如权利要求1所述的自然光与LED复合照明系统，其特征在于：所述聚光装置包括基体，以及固定封装在所述基体内部的若干根第二光纤，所述第二光纤一端连接有汇聚头，另一端均匀分布于基体的受光面一侧用于接收外部光线。
7.一种自然光与LED复合照明方法，其特征在于，通过上述权利要求1-6任一项所述的自然光与LED复合照明系统来完成，包括以下步骤：
步骤一：通过光敏元件获取面板灯模组的光强数据；
步骤二：将获取的光强数据与预设的光强数据进行对比，通过调节驱动装置调节分光装置、自然光发光模组和LED发光模组中的一个或其组合，均匀地复合所述LED发光模组和自然光发光模组发出的光。
8.如权利要求7所述的自然光与LED复合照明方法，其特征在于，还包括以下步骤：通过所述光敏元件实时检测环境光强数据，反馈至调节驱动装置进行反馈调节。
9.如权利要求7所述的自然光与LED复合照明方法，其特征在于，还包括以下步骤：根据环境色温数据，实时调节所述LED发光模组和所述自然光发光模组的发光配比。
10.如权利要求7所述的自然光与LED复合照明方法，其特征在于，步骤二还包括：
当光强数据大于预设值时，关闭所述LED发光模组，通过所述分光装置和\或所述自然光发光模组进行调节；
当光强数据小于预设值时，通过所述LED发光模组进行补光。
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