CN106527506A - 可以实现阳光自动跟踪的阳光导入装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可以实现阳光自动跟踪的阳光导入装置，其包括反光平面镜、定位传感器及位移装置，在所述反光平面镜的反射阳光路线上设置固定导光平面镜组；所述阳光导入装置由太阳能电池板供电；所述反光平面镜安装于位移装置上，所述位移装置与阳光跟踪装置电连接，所述定位传感器与阳光跟踪装置电连接，阳光跟踪装置根据定位传感器检测经过反光平面镜反射阳光的双轴方向上光功率偏差，利用位移装置调节反光平面镜的位置，以使得入射阳光经过反光平面镜反射后光域位置锁定，保证反射阳光向固定导光平面镜组的传输路线固定，光域锁定位置由定位传感器位置确定。本发明结构紧凑，能够安置于野外独立工作，能跟踪阳光射入角度，能保持固定的光域收集阳光，提高太阳光的收集率，收集后的阳光用固定导光平面镜组以平行光形式传输至目标位置，成本低，安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种导入装置，尤其是一种具备阳光自动跟踪的阳光导入装置，属于太阳能应用的技术领域。
背景技术
近年来，随着人们对环境的重视，绿色能源已成为能源行业关注的焦点。在绿色能源中，太阳能资源取之不尽，清洁安全，是最理想的可再生能源，国际上对太阳能的开发非常的重视。太阳光导入系统作为一种新型的照明系统，使用越来越普及，它极大的节约了能源。在地下室、地铁、商场以及一些办公楼内部，由于缺少光照，即使是白天也需要电照明。据统计，现在地区在白天照明所消耗的电量占全天照明所需电量20%的以上，用电量十分可观。将这一部分电能节约下来是对节能减排的不小贡献。
阳光导入装置的使用场景是不能直接接收太阳光的地下室或房间，现有的人工照明基本是波段比较狭窄的光源，这些场景若只采用电灯照明，时间长后会因为缺少阳光中的紫外线杀菌、红外线的可阔张血管增加血液循环以及提供热量等因素，使得房间阴暗潮湿，人体感到不适。
现有的太阳光导入是通过平面将太阳光反射，然后再通过导光介质实现阳光的导入，导入的复杂性和成本主要集中于太阳光导入所使用的导光介质。现有的太阳光导入系统所采用的导光介质主要有内镀膜的光导管和光纤。
导光光纤对于不同波段的光衰减率差别较大，目前常用的石英光纤对于紫外线和红外线的衰减较大。同时光纤的直径非常小，通常需要采用很多根光纤拼接在一起使用，这导致光纤传输方案的成本非常高，尽管采用了阳光汇聚的方案，但汇聚后的太阳光也只有很小一部分能进入光纤传输。采用导光管虽然是全波段传输，但导光管同样面临着光线汇聚后方向各不相同，移动、安放较为复杂缺陷，在拐弯处的损耗大，从而影响传输距离。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种可以实现阳光自动跟踪的阳光导入装置，其结构紧凑，能跟踪阳光射入角度，能保持固定反射方向收集阳光，提高太阳光的收集率，收集后的阳光用平面镜组以平行光形式传输至目标位置，成本低，安全可靠。
按照本发明提供的技术方案，所述可以实现阳光自动跟踪的阳光导入装置，包括用于反射入射阳光的反光平面镜、反光平面镜支架、阳光跟踪装置及导光平面镜组，所述反光平面镜固定安装于反光平面镜支架上，在所述反光平面镜的反射阳光线路上设置用于将阳光传输到所需位置的固定导光平面镜组；其特征是：还包括用于调节所述反光平面镜位置的位移装置、用于检测经过反光平面镜反射阳光双轴方向上的光功率偏差的定位传感器以及用于调整定位传感器位置的定位传感器支架，所述反光平面镜支架用于连接反光平面镜与位移装置，可以牢固放置反光平面镜连接位移装置，并由位置装置通过反光平面镜支架带动反光平面镜移动；所述位移装置与阳光跟踪装置电连接，在所述反光平面镜前面设置定位传感器，所述定位传感器安装于定位传感器支架上，所述定位传感器支架安置于底座上，所述定位传感器与阳光跟踪装置电连接，阳光跟踪装置根据定位传感器检测入射阳光经过反光平面镜反射后的双轴方向上光功率偏差，通过位移装置调节反光平面镜的位置，使得入射阳光经过反光平面镜反射后光域位置锁定，保证反射阳光的光域锁定在固定导光平面镜组的传输入口。
作为本发明的进一步改进，所述位移装置包括上层电机、上层电机转轴、下层电机及下层电机转轴，所述反光平面镜支架固定安装在位移装置的上层电机的上层电机转轴上，所述上层电机固定安装在下层电机的下层电机转轴上，所述下层电机固定安装于底座上；下层电机能够带动上层电机和反光平面镜左右移动，上层电机能够带动反光平面镜支架连接的反光平面镜上下移动。
作为本发明的进一步改进，所述位移装置中上层电机和下层电机为直流电机。
作为本发明的进一步改进，所述阳光跟踪装置包括安装于底座上的控制器、太阳能电池板以及太阳能蓄电器，所述太阳能电池板与太阳能蓄电器电连接，所述太阳能电池板能够将光能转换成电能传送到太阳能蓄电器中，提供控制器正常工作所需要的电压；所述控制器与位移装置电连接，所述控制器与定位传感器电连接，定位传感器将反光平面镜反射的太阳光转换成电信号，发送给控制器，经过控制器信号处理，根据左右电压偏差、上下电压偏差，利用位移装置实现反光平面镜双轴方向移动。
作为本发明的进一步改进，所述定位传感器包括定位传感器壳体及驱动电路，所述驱动电路设置在定位传感器壳体内；所述驱动电路与控制器连接；所述驱动电路包括上硅光电池、下硅光电池、左硅光电池、右硅光电池、第一放大器、第二放大器、第三放大器、第四放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻及第十二电阻；所述上硅光电池正极连接第四电阻后接第一放大器正极，所述上硅光电池负极连接第五电阻后接第一放大器负极，所述第一放大器连接第六电阻后与控制器连接，所述下硅光电池正极连接第十电阻后接第二放大器正极，所述下硅光电池负极连接第十一电阻后接第二放大器负极，所述第二放大器连接第十二电阻后与控制器连接，所述左硅光电池正极连接第一电阻后接第三放大器正极，所述左硅光电池负极连接第二电阻后接第三放大器负极，所述第三放大器连接第三电阻后与控制器连接，所述右硅光电池正极连接第七电阻后接第四放大器正极，所述右硅光电池负极连接第八电阻后接第四放大器负极，所述第四放大器连接第九电阻后与控制器连接，所述驱动电路将硅光电池转换的电信号放大后发送给控制器；当阳光经过反射平面镜反射后，定位传感器上的硅光电池将反射的阳光转换成电压信号，传输给阳光跟踪装置。
所述上、下硅光电池用于判断因时间导致阳光射入角度变化从而引起的反光平面镜反射阳光上下方向上的角度变化，从而导致反射光域上下方向上的位置变化，所述左、右硅光电池用于判断因时间导致阳光射入角度变化从而引起的反光平面镜反射阳光左右方向上的角度变化，从而导致反射光域左右方向上的位置变化，所述硅光电池将反光平面镜反射的光转换成电信号发送给控制器。
作为本发明的进一步改进，所述定位传感器通过第一旋钮安装于定位传感器支架上，所述定位传感器支架包括用于固定定位传感器的第一旋钮以及用于调整定位传感器相对于反光平面镜的位置的第二旋钮和转轴，所述定位传感器支架通过连接磁座安置于底座上；所述定位传感器通过第二旋钮和转轴调节相对于反光平面镜的位置。
作为本发明的进一步改进，所述定位传感器支架由铁质材料制成。
作为本发明的进一步改进，所述固定导光平面镜组包括若干块安装后保持固定状态的固定导光平面镜，所述固定导光平面镜采用全反射平面镜。
作为本发明的进一步改进，连接反光平面镜与位移装置的反光平面镜支架由铝合金制成。
作为本发明的进一步改进，所述固定导光平面镜组的全反射平面镜由镀金属反射膜的玻璃制成、由具有规则反射性能的表面抛光金属器件制成或具有规则反射性能的金属薄膜制成。
作为本发明的进一步改进，磁座上安装磁座开关。
本发明的优点：通过反光平面镜以及固定导光平面镜组配合传输平行光，无需光纤，反射率大于95%，且反射次数远小于光纤，传输损耗率低；相比于光纤具有极大的成本优势，同时具有优异的安装便捷性；通过阳光跟踪装置与定位传感器使得反射阳光锁定在导光平面镜组传输入口，使得反光平面镜向固定导光平面镜组的反射阳光的光域保持恒定，从而可高效率工作于每天不同时间段和不同季节，安全可靠。
附图说明
图1为本发明一种实施情况的光学示意图。
图2为图1中实施时的安装结构示意图。
图3为本发明中定位传感器原理图。
图4为图1中实施时的跟踪示意图。
图5为本发明反光平面镜与固定导光平面镜组的配合示意图。。
附图标记说明：1-反光平面镜、2-反光平面镜支架、3-位移装置、4-上层电机、5-上层电机转轴、6-下层电机、7-下层电机转轴、8-定位传感器、9-硅光电池、9a-上硅光电池、9b-下硅光电池、9c-左硅光电池、9d-右硅光电池10-定位传感器支架、11-第一旋钮、12-第二旋钮、13-转轴、14-磁座、15、磁座开关、16-底座、17-控制器、18-太阳能蓄电器、19-固定导光平面镜以及20-太阳能电池板。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1和图5所示：为了能跟踪阳光射入角度，能保持恒定反射方向收集阳光，提高太阳光的收集率，反射后的阳光利用平面镜组以平行光形式传输至目标位置，降低成本，本发明包括用于反射阳光的反光平面镜1、用于支撑所述反光平面镜1的反光平面镜支架2，在所述反光平面镜1的反射光线路上设置用于将阳光传输到所需位置的固定导光平面镜组；所述反光平面镜支架固定安装于位移装置3上，位移装置3与阳光跟踪装置电连接；在所述反光平面镜前面设置定位传感器8，所述定位传感器8安装于定位传感器支架10上，所述定位传感器支架10安置于底座16上，定位传感器8的相对于反光平面镜1的位置可以根据阳光反射目标区域通过定位传感器支架10调整，阳光跟踪装置根据定位传感器8中上硅光电池9a、下硅光电池9b判断因时间导致阳光射入角度变化从而引起的反光平面镜反射阳光上下方向上的角度变化，从而引起的反射光域上下方向上的位置变化，左硅光电池9c、右硅光电池9d判断因时间导致阳光射入角度变化从而引起的反光平面镜反射阳光左右方向上的角度变化，从而引起的反射光域左右方向上的位置变化，向位移装置3发送移动命令，调节反光平面镜1的位置，使得反射阳光的光域恒定，准确对着导光平面镜组的传输入口。
如图3所示，所述定位传感器8包括定位传感器壳体及驱动电路，所述驱动电路设置在定位传感器壳体内；所述驱动电路与控制器17连接；所述驱动电路包括上硅光电池9a、下硅光电池9b、左硅光电池9c、右硅光电池9d、第一放大器a、第二放大器b、第三放大器c、第四放大器d、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11及第十二电阻R12；所述上硅光电池9a正极连接第四电阻R4后接第一放大器a正极，所述上硅光电池9a负极连接第五电阻R5后接第一放大器a负极，所述第一放大器a连接第六电阻R6后与控制器17连接，所述下硅光电池9b正极连接第十电阻R10后接第二放大器b正极，所述下硅光电池9b负极连接第十一电阻R11后接第二放大器b负极，所述第二放大器b连接第十二电阻R12后与控制器17连接，所述左硅光电池9c正极连接第一电阻R1后接第三放大器c正极，所述左硅光电池9c负极连接第二电阻R2后接第三放大器c负极，所述第三放大器c连接第三电阻R3后与控制器17连接，所述右硅光电池9d正极连接第七电阻R7后接第四放大器d正极，所述右硅光电池9d负极连接第八电阻R8后接第四放大器d负极，所述第四放大器d连接第九电阻R9后与控制器17连接，所述驱动电路将硅光电池9转换的电信号放大后发送给控制器17。四个硅光电池固定安装于定位传感器壳体內的上、下、左、右位置，当阳光经过反射平面镜1反射后，定位传感器8上的硅光电池9将反射的阳光转换成电压信号，传输给阳光跟踪装置。
如图4所示，入射的阳光照射在反光平面镜1上，阳光经过反射平面镜1反射后传输到导光平面镜组传输入口，所述反光平面镜1为全反射平面镜。当阳光经过反射平面镜1反射后，定位传感器8上的硅光电池9将反射的阳光转换成电压信号，传输给阳光跟踪装置，阳光入射角度不同时，定位传感器8的上硅光电池9a、下硅光电池9b方向硅光电池接收到反射平面镜反射后的阳光不同，定位传感器8向阳光跟踪装置发送的上、下电压不同，阳光跟踪装置根据定位传感器8发送的上、下电压值的不同，调节位移装置3上下移动，使得定位传感器8的上硅光电池9a、下硅光电池9b方向硅光电池接收到反射平面镜反射后的阳光保持相同，同理定位传感器8的左硅光电池9c、右硅光电池9d方向硅光电池接收到反射平面镜反射后的阳光不同，定位传感器8向阳光跟踪装置发送的左、右电压不同，阳光跟踪装置根据定位传感器8发送的左、右电压值的不同，调节位移装置3上下移动，使得定位传感器8的左硅光电池9c、右硅光电池9d方向硅光电池接收到反射平面镜反射后的阳光保持相同，使的反光平面镜1实时追踪太阳，保持反射平面镜1反射光线传输路线恒定，准确对着导光平面镜组的传输入口，提高太阳光的收集率。
本发明实施例中，所述固定导光平面镜组包括若干安装后保持固定状态的固定导光平面镜19，所述固定导光平面镜19采用全反射平面镜。导光平面镜19安装于可调谐支架上，可调谐支架由金属材料制成，能够调谐导光平面镜19反射光的方向，保证太阳光能够传输到目标区域。
本发明实施例中，所述固定导光平面镜19的全反射平面镜由镀金属反射膜的玻璃制成、由具有规则反射性能的表面抛光金属器件制成或具有规则反射性能的金属薄膜支承。固定导光平面镜组中固定导光平面镜19的数量与所需传输的位置相关，具体数量根据需要进行设置，此处不再赘述。固定导光平面镜组安装后，每个固定导光平面镜保持当前位置不变，安装时调节好第N块固定导光平面镜19的位置和方向，确保第N块固定导光平面镜19可以将第N-1块固定导光平面镜19传输过来的太阳光反射到第N+1块固定导光平面镜19上，通过平面镜组中每块固定导光平面镜19的反射，最终将太阳光传输到指定位置，从而避免需要通过光纤或导光管道的光线传输，降低成本。N是指固定导光平面镜组内固定导光平面镜19的数量。
如图2和图4所示，所述位移装置3包括上层电机4、上层电机转轴5、下层电机6及下层电机转轴7，反光平面镜1固定安装于反光平面镜支架2上，所述反光平面镜支架2固定安装在位移装置3的上层电机4的上层电机转轴5上，所述上层电机4固定安装在下层电机6的下层电机转轴7上，所述下层电机6固定安装于底座16上；所述上层电机4和下层电机6为直流电机；下层电机6能够带动上层电机4和反光平面镜1左右移动，上层电机4能够带动反光平面镜支架2连接的反光平面镜1上下移动。
所述定位传感器8通过第一旋钮11安装于定位传感器支架10上，所述定位传感器支架10包括用于固定定位传感器的第一旋钮11以及用于调整定位传感器相对于反光平面镜的位置的第二旋钮12和转轴13，所述定位传感器支架10通过连接磁座14安置于底座16上；所述磁座14上安装磁座开关15；所述定位传感器8通过第二旋钮12和转轴13调节相对于反光平面镜1的位置；所述定位传感器支架10是实验室常用的具有磁座开关的普通三维支架，所述定位传感器支架10由铁质材料制成。
所述阳光跟踪装置包括安装于底座16上的控制器17和太阳能蓄电器18，以及太阳能电池板20，所述太阳能蓄电器18与太阳能电池板20连接，所述太阳能电池板20能够将光能转换成电能传送到太阳能蓄电器18中，提供控制器17正常工作所需要的电压。所述控制器17与位移装置3电连接，所述控制器17与定位传感器8电连接，定位传感器8将反光平面镜1反射的太阳光转换成电信号，发送给控制器17，经控制器17信号处理。所述控制器17与用于驱动位移装置3左右方向和上下方向的双轴移动、用于驱动活动反光平面镜支架2左右转动和上下转动、用于驱动反光平面镜1左右转动和上下转动。根据左右电压偏差、上下电压偏差，利用位移装置3实现反光平面镜1双轴方向移动。
本发明实施例中，控制器17可以采用常用的微处理芯片，如单片机等，通过太阳能蓄电器18提供控制器17、位移装置3中上层电机4、下层电机5、反光平面镜支架2以及反光平面镜1工作所需的电压。
具体实施时，反光平面镜1采用尺寸为1000mm×1000mm的全反射平面镜。定位传感器3的位置可以根据反光平面镜1反射阳光的光域位置确定，由于需要时刻追踪阳光，反射阳光的光域对准导光平面镜入口，在安装调试后，仅需在初次安装时微调定位传感器支架10达到最佳效果，保证反光平面镜1反射阳光准确地传输到固定导光平面镜组第一块固定导光平面镜19即可完成安装。
本发明通过反光平面镜1以及固定导光平面镜组配合传输平行光，无需光纤与管道，反射率大于95%，且反射次数远小于光纤和管道，传输损耗率低；相比于光纤具有极大的成本优势，同时具有优异的安装便捷性；通过定位传感器8配合阳光跟踪装置控制位移装置3，使得反射阳光的光域锁定在导光平面镜组传输入口，从而可高效率工作于每天不同时间段和不同季节，安全可靠。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效益进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种可以实现阳光自动跟踪的阳光导入装置，包括用于反射入射阳光的反光平面镜（1）、反光平面镜支架（2）、底座（16）、阳光跟踪装置及导光平面镜组，所述反光平面镜（1）固定安装于反光平面镜支架（2）上，在所述反光平面镜（1）的反射阳光线路上设置用于将阳光传输到所需位置的固定导光平面镜组；其特征是：还包括用于调节所述反光平面镜（1）位置的位移装置（3）、用于检测经过反光平面镜（1）反射阳光双轴方向上的光功率偏差的定位传感器（8）以及用于调整定位传感器位置的定位传感器支架（10），所述反光平面镜支架（2）用于连接反光平面镜（1）与位移装置（3），由位置装置（3）通过反光平面镜支架（2）带动反光平面镜（1）移动；所述位移装置（3）与阳光跟踪装置电连接，在所述反光平面镜（1）前面设置定位传感器（8），所述定位传感器（8）安装于定位传感器支架（10）上，所述定位传感器支架（10）安置于底座（16）上，所述定位传感器（8）与阳光跟踪装置电连接，阳光跟踪装置根据定位传感器（8）检测入射阳光经过反光平面镜（1）反射后的双轴方向上光功率偏差，通过位移装置（3）调节反光平面镜（1）的位置，使得入射阳光经过反光平面镜（1）反射后光域位置锁定，保证反射阳光的光域锁定在固定导光平面镜组的传输入口。
2.根据权利要求1所述可以实现阳光自动跟踪的阳光导入装置，其特征是：所述位移装置（3）包括上层电机（4）、上层电机转轴（5）、下层电机（6）及下层电机转轴（7），所述反光平面镜支架（2）固定安装在位移装置（3）的上层电机（4）的上层电机转轴（5）上，所述上层电机（4）固定安装在下层电机（6）的下层电机转轴（7）上，所述下层电机（6）固定安装于底座（16）上；下层电机（6）能够带动上层电机（4）和反光平面镜（1）左右移动，上层电机（4）能够带动反光平面镜支架（2）连接的反光平面镜（1）上下移动。
3.根据权利要求2所述可以实现阳光自动跟踪的阳光导入装置，其特征是：所述位移装置（3）中上层电机（4）和下层电机（6）为直流电机。
4.根据权利要求1所述可以实现阳光自动跟踪的阳光导入装置，其特征是：所述阳光跟踪装置包括安装于底座（16）上的控制器（17）、太阳能电池板（20）以及太阳能蓄电器（18），所述太阳能蓄电器（18）与太阳能电池板（20）连接，所述太阳能电池板（20）能够将光能转换成电能传送到太阳能蓄电器（18）中，提供控制器（17）正常工作所需要的电压；所述控制器（17）与位移装置（3）电连接，所述控制器（17）与定位传感器（8）电连接，定位传感器（8）将反光平面镜（1）反射的太阳光转换成电信号，发送给控制器（17），经过控制器（17）信号处理，根据左右电压偏差、上下电压偏差，利用位移装置（3）实现反光平面镜（1）双轴方向移动。
5.根据权利要求1所述可以实现阳光自动跟踪的阳光导入装置，其特征是：所述定位传感器（8）包括定位传感器壳体及驱动电路，所述驱动电路设置在定位传感器壳体内；所述驱动电路与控制器（17）连接；所述驱动电路包括上硅光电池（9a）、下硅光电池（9b）、左硅光电池（9c）、右硅光电池（9d）、第一放大器a、第二放大器b、第三放大器c、第四放大器d、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11及第十二电阻R12；所述上硅光电池（9a）正极连接第四电阻R4后接第一放大器a正极，所述上硅光电池（9a）负极连接第五电阻R5后接第一放大器a负极，所述第一放大器a连接第六电阻R6后与控制器（17）连接，所述下硅光电池（9b）正极连接第十电阻R10后接第二放大器b正极，所述下硅光电池（9b）负极连接第十一电阻R11后接第二放大器b负极，所述第二放大器b连接第十二电阻R12后与控制器（17）连接，所述左硅光电池（9c）正极连接第一电阻R1后接第三放大器c正极，所述左硅光电池（9c）负极连接第二电阻R2后接第三放大器c负极，所述第三放大器c连接第三电阻R3后与控制器（17）连接，所述右硅光电池（9d）正极连接第七电阻R7后接第四放大器d正极，所述右硅光电池（9d）负极连接第八电阻R8后接第四放大器d负极，所述第四放大器d连接第九电阻R9后与控制器（17）连接，所述驱动电路将硅光电池（9）转换的电信号放大后发送给控制器（17）；当阳光经过反射平面镜（1）反射后，定位传感器（8）上的硅光电池（9）将反射的阳光转换成电压信号，传输给阳光跟踪装置。
6.根据权利要求1所述可以实现阳光自动跟踪的阳光导入装置，其特征是： 所述定位传感器（8）通过第一旋钮（11）安装于定位传感器支架（10）上，所述定位传感器支架（10）包括用于固定定位传感器的第一旋钮（11）以及用于调整定位传感器相对于反光平面镜的位置的第二旋钮（12）和转轴（13），所述定位传感器支架（10）通过连接磁座（14）安置于底座（16）上；所述定位传感器（8）通过第二旋钮（12）和转轴（13）调节相对于反光平面镜（1）的位置。
7.根据权利要求1所述可以实现阳光自动跟踪的阳光导入装置，其特征是：所述定位传感器支架（10）由铁质材料制成。
8.根据权利要求1所述可以实现阳光自动跟踪的阳光导入装置，其特征是：所述磁座（14）上安装磁座开关（15）。
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Cited By (1)
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