CN111473291B - 一种全有效时段太阳光导入机构 - Google Patents

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Abstract

一种全有效时段太阳光导入机构，包括第一凸透镜片、第二凸透镜片、凹透镜片、第一平面反射镜片、第二平面反射镜片、菲涅尔准直透镜及框架；凹透镜片水平设置在框架顶部，第一和第二凸透镜片位于凹透镜片下方且倾斜设置，两个凸透镜片对称分布在凹透镜片左右两侧框架上；第一平面反射镜片位于第一凸透镜片下方且竖直设置，第二平面反射镜片位于第二凸透镜片下方且竖直设置，两个平面反射镜片对称分布在凹透镜片左右两侧框架上，两个平面反射镜片的反射面彼此平行正对；菲涅尔准直透镜位于凹透镜片正下方且水平设置，菲涅尔准直透镜的波纹面朝上，菲涅尔准直透镜处于两个平面反射镜片正中间框架底部，菲涅尔准直透镜相对于框架具有水平回转自由度。

Description

一种全有效时段太阳光导入机构
技术领域
本发明属于太阳能利用技术领域，特别是涉及一种全有效时段太阳光导入机构。
背景技术
目前，人类在利用太阳能的过程中，产生了光热利用、光伏利用、太阳光照明等几大技术门类，而这些太阳能利用技术想要实现太阳能的高效利用，基本上都会配置定日追踪机构，由于太阳东升西落的特点，需要借助定日追踪机构使太阳能利用设备实时对准太阳，保证太阳光能够垂直照射在太阳能利用设备上。
但是，定日追踪机构的结构复杂且成本高昂，为了控制制造成本和运行成本，许多太阳能利用设备都不配置定日追踪机构，从而导致这些太阳能利用设备只能在正午时段可以垂直接收太阳光，而在上午时段和下午时段太阳光都是斜射在太阳能利用设备上，故此类太阳能利用设备的几何光学采集比率明显较低。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种全有效时段太阳光导入机构，能够替代传统的定日追踪机构，具有结构简单、成本低廉的特点，太阳能利用设备只需采用传统的固定安装方式即可，通过本发明可以有效将上午时段和下午时段的太阳光准确高效的导入太阳能利用设备上，从而使太阳光的利用率始终维持在较高水平。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种全有效时段太阳光导入机构，包括第一凸透镜片、第二凸透镜片、凹透镜片、第一平面反射镜片、第二平面反射镜片、菲涅尔准直透镜及框架；所述凹透镜片水平设置在框架顶部，所述第一凸透镜片和第二凸透镜片位于凹透镜片下方且反向倾斜设置，第一凸透镜片和第二凸透镜片对称分布在凹透镜片左右两侧的框架上；所述第一平面反射镜片位于第一凸透镜片下方且竖直设置，所述第二平面反射镜片位于第二凸透镜片下方且竖直设置，第一平面反射镜片和第二平面反射镜片对称分布在凹透镜片下方左右两侧的框架上，第一平面反射镜片与第二平面反射镜片的反射面彼此平行正对；所述菲涅尔准直透镜位于凹透镜片正下方且水平设置，菲涅尔准直透镜的波纹面朝上，菲涅尔准直透镜处于第一平面反射镜片与第二平面反射镜片正中间的框架底部，菲涅尔准直透镜相对于框架具有水平回转自由度。
在所述菲涅尔准直透镜侧方的框架上竖直安装有透镜回转驱动电机，透镜回转驱动电机的电机轴上固装有齿轮，所述菲涅尔准直透镜的外圆周设有齿圈结构，齿轮与齿圈结构相啮合。
在所述菲涅尔准直透镜四周的框架上安装有限位辊销，通过限位辊销对菲涅尔准直透镜的水平方向移动自由度进行限定。
在所述菲涅尔准直透镜与框架的滑动接触面之间设有减摩层。
当所述框架相对于地面竖直设置时，所述第一凸透镜片及第二凸透镜片与地面之间的夹角为60°～80°。
本发明的有益效果：
本发明的全有效时段太阳光导入机构，能够替代传统的定日追踪机构，具有结构简单、成本低廉的特点，太阳能利用设备只需采用传统的固定安装方式即可，通过本发明可以有效将上午时段和下午时段的太阳光准确高效的导入太阳能利用设备上，从而使太阳能的利用率始终维持在较高水平。
附图说明
图1为本发明的一种全有效时段太阳光导入机构的立体图；
图2为本发明的一种全有效时段太阳光导入机构(含上午时段的光迹路径)的正视图；
图3为本发明的一种全有效时段太阳光导入机构(含中午时段的光迹路径)的正视图；
图4为本发明的一种全有效时段太阳光导入机构(含下午时段的光迹路径)的正视图；
图5为菲涅尔准直透镜在上午时段的光线准直示意图；
图6为菲涅尔准直透镜在下午时段的光线准直示意图；
图中，1—第一凸透镜片，2—第二凸透镜片，3—凹透镜片，4—第一平面反射镜片，5—第二平面反射镜片，6—菲涅尔准直透镜，7—框架，8—透镜回转驱动电机，9—齿轮，10—齿圈结构，11—限位辊销，12—上午时段起始点入射光线，13—上午时段结束点入射光线，14—下午时段起始点入射光线，15—下午时段结束点入射光线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1～4所示，一种全有效时段太阳光导入机构，包括第一凸透镜片1、第二凸透镜片2、凹透镜片3、第一平面反射镜片4、第二平面反射镜片5、菲涅尔准直透镜6及框架7；所述凹透镜片3水平设置在框架7顶部，所述第一凸透镜片1和第二凸透镜片2位于凹透镜片3下方且反向倾斜设置，第一凸透镜片1和第二凸透镜片2对称分布在凹透镜片3左右两侧的框架7上；所述第一平面反射镜片4位于第一凸透镜片1下方且竖直设置，所述第二平面反射镜片5位于第二凸透镜片2下方且竖直设置，第一平面反射镜片4和第二平面反射镜片5对称分布在凹透镜片3下方左右两侧的框架7上，第一平面反射镜片4与第二平面反射镜片5的反射面彼此平行正对；所述菲涅尔准直透镜6位于凹透镜片3正下方且水平设置，菲涅尔准直透镜6的波纹面朝上，菲涅尔准直透镜6处于第一平面反射镜片4与第二平面反射镜片5正中间的框架7底部，菲涅尔准直透镜6相对于框架7具有水平回转自由度。
在所述菲涅尔准直透镜6侧方的框架7上竖直安装有透镜回转驱动电机8，透镜回转驱动电机8的电机轴上固装有齿轮9，所述菲涅尔准直透镜6的外圆周设有齿圈结构10，齿轮9与齿圈结构10相啮合。
在所述菲涅尔准直透镜6四周的框架7上安装有限位辊销11，通过限位辊销11对菲涅尔准直透镜6的水平方向移动自由度进行限定。
在所述菲涅尔准直透镜6与框架7的滑动接触面之间设有减摩层，减摩层可以采用滑动式减磨结构或滚动式减摩结构。
当所述框架7相对于地面竖直设置时，所述第一凸透镜片1及第二凸透镜片2与地面之间的夹角为60°～80°。
下面结合附图说明本发明的一次使用过程：
本实施例中，太阳能利用设备为光伏发电板，光伏发电板的安装地点位于北半球，因此光伏发电板的朝向为面南背北，并且光伏发电板的安装倾角需要保证其在正午12点时能够与太阳正对。
当上述光伏发电板采用本发明的全有效时段太阳光导入机构时，只需将框架7固定假设在光伏发电板的正上方，框架7的安装倾角与光伏发电板的安装倾角需要保持一致，即保证本发明的凹透镜片3在正午12点时也能够与太阳正对。
本实施例中，第一凸透镜片1及第二凸透镜片2的倾角优选60°，将整个白昼分为三个时段，即上午时段、中午时段和下午时段。
如图2、5所示，当太阳从地平线升起直到其方位角达到120°时，此时的太阳光强度可以满足发电要求，上午时段从此刻开始起算。在太阳的方位角为120°时，此刻的太阳光线记为上午时段起始点入射光线12，上午时段起始点入射光线12首先垂直照射在第一凸透镜片1上，然后经第一凸透镜片1的聚焦作用后照射到第二平面反射镜片5上，再由第二平面反射镜片5的反射作用照射到菲涅尔准直透镜6上，最终由菲涅尔准直透镜6对上午时段起始点入射光线12进行光路准直，准直后的光线则以垂直或近似垂直的方式照射在光伏发电板表面。同时，还有一少部分的上午时段起始点入射光线12会以倾斜照射在凹透镜片3上，此时凹透镜片3会使该部分的上午时段起始点入射光线12产生折射，而折射后的光线也会照射到第二平面反射镜片5上，再由第二平面反射镜片5的反射作用照射到菲涅尔准直透镜6上，最终由菲涅尔准直透镜6准直后以垂直或近似垂直的方式照射在光伏发电板表面。
随着太阳方位角的逐渐增大，上午时段的光线将遵循聚焦→反射→准直的顺序进行光路路径的转换，直到太阳方位角达到170°时，此时的光线记为上午时段结束点入射光线13。当太阳方位角超过170°后，则进入中午时段，如图3所示，在中午时段内，太阳光线绝大部分都会照射在凹透镜片3上，经过凹透镜片3的小幅度扩散后将全部照射在菲涅尔准直透镜6上，由于光线的入射角度与菲涅尔准直透镜6几近垂直，入射光线可以顺利穿过菲涅尔准直透镜6而不发生偏转，因此整个中午时段都可以保证阳光以垂直或近似垂直的方式照射在光伏发电板表面。当太阳方位角达到180°时，也就是正午12点时，透镜回转驱动电机8启动，带动齿轮9转动，由于齿轮9与菲涅尔准直透镜6外圆周的齿圈结构10相啮合，通过齿轮9的旋转即可带动菲涅尔准直透镜6转动，直到菲涅尔准直透镜6转动180°时，透镜回转驱动电机8关机，此时的菲涅尔准直透镜6用于对下午时段的光线进行准直。
如图4、6所示，当太阳方位角达到190°时，则进入下午时段，此时的光线记为下午时段起始点入射光线14，下午时段起始点入射光线14首先垂直照射在第二凸透镜片2上，然后经第二凸透镜片2的聚焦作用后照射到第一平面反射镜片4上，再由第一平面反射镜片4的反射作用照射到菲涅尔准直透镜6上，最终由菲涅尔准直透镜6对下午时段起始点入射光线14进行光路准直，准直后的光线则以垂直或近似垂直的方式照射在光伏发电板表面。随着太阳方位角的继续增大，会有越来越多的入射光线倾斜照射在凹透镜片3上，此时凹透镜片3会使该部分的入射光线产生折射，而折射后的光线也会照射到第一平面反射镜片4上，再由第一平面反射镜片4的反射作用照射到菲涅尔准直透镜6上，最终由菲涅尔准直透镜6准直后以垂直或近似垂直的方式照射在光伏发电板表面。并且整个下午时段的光线都将遵循聚焦→反射→准直的顺序进行光路路径的转换，直到太阳方位角达到240°时，下午时段结束，此时也说明太阳光强度能够满足发电要求的时段全部结束。当下午时段结束后，再次启动透镜回转驱动电机8，直到菲涅尔准直透镜6继续转动180°并回到原位，为第二天上午时段的光线准直做准备。
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (1)

1.一种全有效时段太阳光导入机构，其特征在于：包括第一凸透镜片、第二凸透镜片、凹透镜片、第一平面反射镜片、第二平面反射镜片、菲涅尔准直透镜及框架；所述凹透镜片水平设置在框架顶部，所述第一凸透镜片和第二凸透镜片位于凹透镜片下方且反向倾斜设置，第一凸透镜片和第二凸透镜片对称分布在凹透镜片左右两侧的框架上；所述第一平面反射镜片位于第一凸透镜片下方且竖直设置，所述第二平面反射镜片位于第二凸透镜片下方且竖直设置，第一平面反射镜片和第二平面反射镜片对称分布在凹透镜片下方左右两侧的框架上，第一平面反射镜片与第二平面反射镜片的反射面彼此平行正对；所述菲涅尔准直透镜位于凹透镜片正下方且水平设置，菲涅尔准直透镜的波纹面朝上，菲涅尔准直透镜处于第一平面反射镜片与第二平面反射镜片正中间的框架底部，菲涅尔准直透镜相对于框架具有水平回转自由度；在所述菲涅尔准直透镜侧方的框架上竖直安装有透镜回转驱动电机，透镜回转驱动电机的电机轴上固装有齿轮，所述菲涅尔准直透镜的外圆周设有齿圈结构，齿轮与齿圈结构相啮合；在所述菲涅尔准直透镜四周的框架上安装有限位辊销，通过限位辊销对菲涅尔准直透镜的水平方向移动自由度进行限定；在所述菲涅尔准直透镜与框架的滑动接触面之间设有减摩层；当所述框架相对于地面竖直设置时，所述第一凸透镜片及第二凸透镜片与地面之间的夹角为60°～80°；所述框架的安装倾角和安装方位的设置，需要保证凹透镜片在正午12点时能够与太阳正对，上午时段起始点入射光线首先垂直照射在第一凸透镜片上，下午时段起始点入射光线首先垂直照射在第二凸透镜片上。
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