CN1474905A - 跟踪太阳式采光装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种跟踪太阳式采光装置，该采光装置当安装在用于跟踪太阳的反光装置上时具有一个太阳能电池。这种配置使本发明的太阳能电池在不使装置尺寸更大和更复杂的情况下具有提高了的发电效率。装置包括：一个用透光材料制造的穹顶(20)；反光装置(30)，该反光装置(30)用穹顶(20)覆盖并旋转式支承在穹顶(20)内；驱动装置(60)，该驱动装置(60)耦合到反光装置(30)上用于旋转反光装置(30)，以使该装置(30)定向朝向太阳方向；可充电的电源装置(43)，该电源装置(43)导电连接到驱动装置(60)上用于向驱动装置(60)供电；和太阳能电池板(40)，该太阳能电池板(40)导电连接到电源装置(43)上用于给电源装置(43)充电。太阳能电池板(40)设置在穹顶(20)内以便可与反光装置(30)一起旋转。

Description

跟踪太阳式采光装置

发明领域

本发明涉及跟踪太阳式采光装置，更具体地说，涉及一种其上安装了太阳能电池板用于给驱动反光装置的电源充电的上述型式采光装置。

背景技术

采光装置适合与天窗内孔一起用，上述天窗内孔具有一个在建筑物屋顶中的开口并延伸到天花板中，用于使太阳光进入不能利用太阳光的建筑物内部。装置具有一个反光装置，该反光装置设置在天窗内孔上端处；用于穿过该内孔将太阳光反射到建筑物内部。

跟踪太阳式采光装置是已知的(例如，如在美国专利No.5,999,323中所公开的)，上述采光装置包括直接朝向太阳的反光装置，并制成可跟踪太阳旋转，以便达到提高采光效率，因为太阳在方向上随时间而变化。

在跟踪太阳式采光装置情况下，用一个电动机作为驱动源使反光装置旋转。电动机如此控制，以便在从日出到日落白昼时数中反光装置由此跟踪太阳旋转，并在日落之后还旋转并朝向第二天日出位置，以完成一圈旋转。

可用于电动机的电源装置包括一种可由太阳能电池再充电的市售电源和蓄电池，因而市售电源要求内部布线并且安装不方便。因此可用太阳能电池再充电的电源装置是理想的。

然而，常规采光装置缺点是太阳能电池板依赖于太阳位置，不总是完全暴露于太阳光之下，以致显示发电效率下降，因为必需导电连接到电动机上的太阳能电池板固定到电动机固定于其上的安装框架上。因此，必需采用增加尺寸的太阳能电池板以补充发电不足。

在日出或日落处或在冬季，太阳处在低地平纬度，因此太阳光以一个低角度入射在采光装置上。这时，太阳光几乎完全从更靠近太阳的反光装置前边反射，结果让光只有一部分进入天窗内孔。

在反光装置下设置许多构件，其中包括安装杆，托架和电动机。因而，从反光装置反射出的太阳光被这些构件挡住，不能有效地到达天窗内孔并带来低采光效率的问题。

采光装置具有一个角度检测装置如电位器用于检测反光装置的旋转角度。角度检测装置必需根据角度精确地安装在适当位置。然而，因为天窗内孔的方位与建筑物面临的方向不同，所以惯常做法是首先使反光装置和电位器朝与天窗内孔相同的方向定向和此后安装装置。结果，在安装之后难以调节方位。

本发明的目的是提供一种跟踪太阳式采光装置，其中太阳能电池安装在与跟踪太阳的反光装置相同的支承件上，以便由此在不将装置制得尺寸更大和更复杂的情况下达到增加发电效率。

本发明的另一个目的是提供一种跟踪太阳式采光装置，该采光装置适合于当太阳处于低地平纬度下时在日出或日落或在冬季采集到足够量的光。

本发明还有另一个目的是提供一种跟踪太阳式采光装置，其中在安装时可以将用于检测反光装置角度的装置调节到与天窗内孔的方位一致。

发明的公开

本发明提供一种跟踪太阳式采光装置，该采光装置包括：一个用透光材料制成的穹顶20；反光装置30，该反光装置30旋转式支承在穹顶20内部用于反射太阳光；驱动装置60，该驱动装置60耦合到反光装置30上，用于通过旋转使反光装置30朝太阳方向定向；可充电的电源装置43，该电源装置43导电连接到驱动装置60上用于向驱动装置60供电；和一个太阳能电池板40，该太阳能电池板40导电式连接到电源装置43上用于给电源装置43充电，其中太阳能电池板40设置在穹顶20内，以便可与反光装置30一起旋转。因为太阳能电池板40与跟踪太阳运动的反光装置一起旋转，所以太阳能电池板40能用一增加的效率暴露于太阳光下，以便达到较高的发电效率。太阳能电池板40不需要驱动装置用于控制方位，并因此可以结构紧凑和制得重量轻。因为太阳能电池板40设置在穹顶20内，所以可以省去保证面板40防水的装置。

优选的是，驱动装置60具有一空心旋转轴66，和用于使太阳能电池板40和电源装置43导电连接的导线46贯穿旋转轴66，反光装置30连接到旋转轴66的一端上。太阳能电池板40通过贯穿旋转轴66的导线46导电连接到电源装置43上。因而导线46未必变得例如被反光装置30卡住，这种情况使反光装置30可在没有任何干扰下旋转。封闭在旋转轴66中的导线46不会由于暴露于太阳光下而品质恶化。

优选的是，驱动装置60设置在穹顶20的顶部处，并且反光装置30用驱动装置60的旋转轴66悬挂和支承。在反光装置30悬挂支承情况下，用于旋转反光装置30所需的驱动转矩可以减小。这减少了驱动装置60的功耗，有助于使电源装置43和太阳能电池板40变得紧凑和重量轻。

优选的是，驱动装置60旋转反光装置30，以便在昼光时数中使反光装置30朝太阳方向定向，并在日落之后使反光装置30反向旋转以使反光装置30移动到第二天日出的位置。

代替使反光装置30一天旋转一圈，反光装置30在日落之后反向旋转并移动到第二天日出位置，这避免了将太阳能电池板40导电连接到电源装置43上的导线扭曲的可能性。

优选的是，按照本发明所述跟踪太阳式采光装置10包括一个外壳50a，该外壳50a固定式设置在穹顶20内部，并在其中安装了驱动装置60和电源装置43，驱动装置60和电源装置43制成可在外壳50a内一起旋转，以便构成一控制单元51，反光装置30和太阳能电池板40耦合到控制单元51上并可与控制单元51一起旋转。驱动装置60和电源装置43制成可一起旋转作为控制单元，并且控制单元51和太阳能电池板40制成可在一起旋转。这省去了在可旋转组件和固定组件之间提供导线。因此，即使反光装置30在同一方向上旋转一圈以上，电导线也未必变成被缠住。在反光装置30已从日出旋转到日落跟踪太阳之后反光装置30移动到第二天日出的位置情况下，测量从日落位置到第二天日出位置的旋转角。然后可以将反光装置30朝旋转的角度更小的方向移动。这保证与昼光时数一致合理操作，以便实现功耗减少，还使装置适用于在高地平纬度地区具有午夜太阳的夜晚。

反光装置30包括多个以预定间距安装的反光面板31，32，33，同时相邻的面板彼此面对面地对置，并且朝向并更靠近太阳设置的反光面板31具有一个设置在比朝后的反光面板32，33下端更高标高处的下端。前面更靠近太阳的反光面板31的下端设置在比后面反光面板32，33更高的标高处。当太阳光以小角度进入时，这种配置不仅使太阳光在反射时从前面面板31进入天窗内孔90，而且还让一部分太阳光直接进入天窗内孔90。这种配置消除了光将只在一个位置处不均匀地进入内孔90的可能，同时保证当太阳处于低地平纬度时在日出或日落或在冬季时一个令人满意的采光效率。

优选的是，前面的反光面板31具有一个位于比后面反光面板32，33的上端更低标高处的上端。更靠近太阳的前面反光面板31位于比后面反光面板32，33更低的标高处，以便当太阳以小角度进入时，太阳光不仅落在前面板31上，而且也落在后面板32，33上。结果，可以有足够的太阳光量进入天窗内孔，以便当太阳处于一低地平纬度时，即使是在日出或日落时或是在冬季也得到令人满意的采光效率。

优选的是，反光面板31，32，33安装成相对于一个水平面倾斜，并且前面反光面板31具有比后面反光面板32，33更小的斜角θ。因为更靠近太阳的前面反光面板31比后面反光面板32，33更斜，所以小角度进入的部分太阳光可以在一接近直角的角度下反射，以便将大量光引入天窗内孔。

本发明还提供一种跟踪太阳式采光装置，该采光装置包括一个用透光材料制的穹顶20，设置在穹顶20顶部处的驱动装置60，及用驱动装置60悬挂并支承用于反射太阳光的反光装置30，反光装置30可用驱动装置60旋转，以便定向朝向太阳方向，其中驱动装置60具有一个旋转轴66，该旋转轴66可用一电动机62旋转，并且当反光装置30悬挂于旋转轴66下端时支承反光装置30，旋转轴66在其上部处装备一个电路板70，该电路板70可调节角度并可固定在垂直于旋转轴66轴线的一个平面内，电路板70在接近其中央部分处装备可与旋转轴66上端接合的角度检测装置72。角度检测装置72设置在电路板70上，该电路板70角度可调并可固定在一个水平面内(亦即在一垂直于反光装置旋转轴的平面内)，以便装置10安装好了之后，将安装电路板70的角度调成与形成天窗内孔的角度一致，用于细调角度检测装置72。由于这个原因，在安装采光装置10之前，不必精确地进行角度调节。因为角度检测装置72可通过旋转电路板70细调，所以检测装置72可以精确定向，因而可以得到提高的太阳光采光效率。

优选的是，角度检测装置72通过一个联轴节80连接到旋转轴66上，上述联轴节80可在垂直于旋转轴66轴线的方向上滑动。当旋转电路板70用于角度调节时，即使角度检测装置72的轴线和旋转轴66的轴线稍微不成一直线，检测装置也可以因此耦合到旋转轴66上，以保证角度检测。

附图简介

图1是本发明跟踪太阳式采光装置的透视图。

图2是沿着图1中线段X-X所作的剖视图并示出当太阳处于低地平纬度时采光的装置。

图3是本发明采光装置的平面图。

图4是示出如何组装穹顶和控制箱的示意图。

图5是反光装置和控制箱的透视图。

图6是沿着图1线段X-X所作的剖视图并示出当太阳处于高地平纬度时采光的装置。

图7是被图5中圆A包围的部分放大透视图。

图8是设置在控制箱中的驱动装置，电路板等的部件分解透视图。

图9是控制箱当安装在穹顶上时的剖视图。

图10是一个联轴节的透视图。

图11是控制箱另一个实施例的剖视图。

实施本发明的最佳方式

图1-3示出一种跟踪太阳式采光装置10。尽管下面要说明的采光装置属于这种类型，即装置具有由其悬挂下来的反光装置30，但本发明不限于这种类型，因而当然可应用于具有支承在装置下部的反光装置的静止型采光装置。

为了更好地理解，把朝向太阳S的方向叫做“前”，而把相反的一边叫做“后”，如图2和3所示。

跟踪太阳式采光装置10安装在天窗内孔90的上端处，上述天窗内孔90从建筑物屋顶穿过其天花板延伸，如在图2中所见。

天窗内孔90在其上端处具有一个在建筑物屋顶部分形成的开口。内孔90一般取方形形状，测得每边长度约为120cm，并且朝一个方向定向，该方向随建筑物或房间的尺寸，结构，建筑物或房间面临的方向，所需的光量等条件而变。

限定天窗内孔90的内墙92具有一镜式表面，以便把由装置10所反射的光有效地引入内部空间。设置在内孔10下端处(在内部天花板侧处)的是一个透明的内部漫射板(未示出)，用于将所采集的光漫射到内部空间中。

参见图1-3，跟踪太阳的采光装置10包括一个穹顶20、一个反光装置30和一个控制箱50，该穹顶20安装在天窗内孔90上端上并用透明材料制成，反光装置30设置在穹顶内并由穹顶悬挂支承，而上述控制箱50用于使反光装置旋转以使装置跟踪太阳。这些部件将在下面详细说明。

<穹顶20>

如图1-4所示，穹顶20是一种透明或半透明的盖，用于保护反光装置30免受风，雨，灰尘等的伤害并防止这些进入内部。穹顶20可以例如用具有厚度为约3-约5mm的一种丙烯酸树脂板，聚碳酸酯树脂板或类似物制造，或是通过加工硬质玻璃，硬质塑料或类似物制造。图示的穹顶用丙烯酸树脂制备，并具有一个一般是半球形的中央部分和一个周边的边缘部分，该周边的边缘部分是与天窗内孔90形状一致的方形。穹顶20不限于半球形，而可以是各种形状如方形或矩形形状和锥形或尖塔形状的其中任一种形状，并且当需要时可以用框架增强。

在穹顶20顶部中央形成的是一个安装孔22，用于将控制箱50固定到穹顶上，如图4所示。穹顶20具有若干螺孔22a，这些螺孔22a围绕安装孔22等距离间隔开，供用螺钉紧固控制箱50时使用。

<反光装置30>

反光装置30包括多个反光面板31，32，33，这些反光面板31，32，33固定到支承框架34上，并设置在穹顶20内部及由穹顶20悬挂支承。

如图2和5所示，支承框架34取朝前(朝太阳S)向下倾斜的杆件形式并具有一个吊钩35，该吊钩35从杆件中部稍向后的一部分向上伸出。支承框架34装备有三块反光面板31，32，33。

每个反光面板31，32，33都是一块用于反射太阳辐射的镜子，并例如通过将一种具有镜面的树脂膜粘贴到重量轻的苯乙烯树脂板上制备，上述镜面由真空蒸发铝形成。反光面板31，32，33安装成由支承框架的前端，中部和后端支承，同时它们的面板表面彼此相对。理想情况是，各面板除了最后的面板33之外不仅在前表面上而且在后表面上都进行镜面加工，以便即使当从朝后面板反射的光射到朝前面板的后表面上时，也能引入采光内孔90中。

为了达到即使在太阳处于低地平纬度时也有高的采光效率，理想情况是将反光面板31，32，33制成不同尺寸并以不同角度固定，如在图5中所看到的。

更具体地说参见图2，3，5，前面的反光面板31在高度和宽度上都比其它面板小，而中间反光面板32在宽度上大于后面的面板33，不过高度小于该面板33。

如图2和5所示，反光面板31，32，33当从前面向后安装时它们的下端位于逐渐降低的高度处。按照所示的实施例，穿过各面板31，32，33下端的一条幻线与水平成一16.7°的角度α。相反，固定到支承框架34上的各面板31，32，33的上端设置在朝前较低的标高处。穿过面板31，32，33下端的幻线角度α优选的是在10°α20°范围内。

因为反光面板31，32，33具有改变的高度，所以当从前曝光于太阳光之下时被朝前面板遮挡的朝后面板的面积减小。因此各面板31，32，33可以制成小尺寸并具有较高的效率。中间反光面板32可以具有与半球形穹顶20直径一致的增加的宽度。

由于各反光面板31，32，33的上端和下端的标高如上所述被限定，所以朝后面板被朝前面板遮挡的面积可以减小，并且当太阳处于如图2所示的低地平纬度时，可以将太阳光直接引入天窗内孔90。

各面板31，32，33具有各自的倾斜角θ1，θ2，θ3，这些倾斜角从后面板到前面板减小。因此理想情况是，各面板如此固定以便朝前倾斜(θ1＜θ2＜θ3)。在所示实施例中，这些如按从前向后的顺序所示的角度θ1，θ2，θ3分别为55°，65°，70°。

固定反光面板31，32，33的角度如上述角度确定，以便大量太阳光可以特别通过前面板31向下反射，达到在太阳处于日出和日落的低地平纬度时有高的采光效率。当在夏天太阳处于高地平纬度时，太阳光L被面板31，32，33挡住(如在图6中B处)，以便减少太阳光进入天窗内孔的量，如图6所示，因此限制了过多的光进入内部。

另外如图5和7所示，支承框架34设置一块太阳能电池板40用于给电源装置43充电，该电源装置43用于给旋转反光装置30和控制装置74的驱动装置60供电。太阳能电池支承框架42从吊钩35朝前延伸，并将面朝上倾斜的太阳能电池板40固定到框架42的前端上。框架42可供选择地可以固定到待在下面说明的旋转轴66上。

太阳能电池板40固定到它的框架42上，以便可与反光装置30的支承框架34一起旋转，并因此适合于用反光装置30跟踪太阳并在昼光时数中用高效率发电。

如图7所示，太阳能电池板40已将导线46连接于其上，上述导线46贯穿驱动装置60的旋转轴66并导电连接到电源装置43上。

<控制箱50>

如图2，4和9中所示，控制箱50装配在穹顶20顶部的安装孔22中，同时支承吊起反光装置30的支承框架34，如图5和7中所见。

控制箱50包括一个外壳50a，外壳50a中安装图8和9示出的驱动装置60，电路板70，电源装置43等。

外壳50a包括一个取圆筒形状的壳体52，该壳体52具有一个底，和一个如图9中所看到的罩56。

壳体52在其上端中设置若干螺纹内孔52a，这些螺孔等距离间隔开供固定后面所述的电路板70时用。壳体52的上端是外螺纹，并在螺纹部分下面具有一个凸缘54。各螺孔54a在凸缘54中形成，与围绕安装孔22在穹顶20中形成的螺孔22a成对置的关系。

罩56是内螺纹用于与壳体52螺纹接合并具有一个外边缘，该外边缘向外延伸好象盖住凸缘54，闭合壳体52的上面开口。

提供驱动装置60的齿轮箱64设置在壳体52内部。

电动机62通过齿轮箱64用减速齿轮机构(未示出)耦合到旋转轴66上。

轴66是空心的，而导线46贯穿其中用于将太阳能电池板40导电连接到电源装置43上。导线46的一端从设置在轴66上端处的联轴节80(在后面说明)的侧壁向外延伸并连接到电源装置43上。导线46的另一端从轴66中其下端附近形成的导线出口66a中引出，并连接到太阳能电池板40上。导线从轴66的内部贯穿，因此不暴露于太阳光下并可以防止品质恶化。

旋转轴66在其下端处装备一个与轴66轴线垂直的吊销68。吊销68用其与从反光装置30的支承框架34伸出的吊钩35接合，用于支承吊着的反光装置30。

电路板70一般取圆盘形状，并在其中央的底表面上具有角度检测装置72。电路板70还在其上安装了控制驱动装置60等所需的控制装置74。

电路板70还装备电源装置43，该电源装置43可充电，用于向驱动装置60，控制装置74等供给电力。如图8所示，一个蓄电池44和电容器45用作按照本实施例所述的电源装置43。蓄电池44用作控制装置74的电源，而电容器用作电动机62的电源。电源装置43可以只由蓄电池44和电容器45的其中之一组成。蓄电池44可以用作电动机62的电源，和电容器45可以用作控制装置74的电源。适合用作电容器45的是例如一种大容量电容器(超级电容器)。

按照所示的实施例，蓄电池44装配在在电路板70外周边上所形成的切口76中，而电容器45固定到电路板70的下表面上。

用于夹持电路板70的一个环形电路板支架78固定到电路板70上。以等距离间隔开排列的圆弧形槽78a在支架78中形成。

例如，阻值随旋转角而变的电位器可用作设置在电路板70上的角度检测装置72。如图8-10所示，角度检测装置72通过联轴节80连接到旋转轴66上，并且检测结果传送到控制装置74。

如图10所示，联轴节80包括一个固定到旋转轴66上端的接受件82，和一个可在垂直于轴66的方向(图中箭头所指方向)上滑动的接合件84。接合件84固定到角度检测装置72上。

接收件82具有一个槽82a，贯穿轴66的导线46穿过该槽82a侧向引出。

装配在如上所述电路板70的切口76中的蓄电池44导电连接到控制装置74上，以便向控制装置74供电，通过导线46导电连接到太阳能电池板40上并在昼光时数中充电。

电容器45导电连接到电动机62上以便向电动机62供电，用导线46连接到太阳能电池板40上并在昼光时数中充电。

<装配采光装置10>

跟踪太阳的采光装置10的各部件的装配这样进行，亦即将穹顶20，反光装置30和控制箱50安装到建筑物的屋脊上，并且能在屋脊处进一步装配。下列步骤的其中某些或全部步骤可以在地面上完成。

<安装装置10的准备步骤>

当用联轴节80将固定在控制箱50的电路板70上的角度检测装置72连接到旋转轴66上时，在螺钉利用槽78a和螺孔52a情况下将电路板支架78临时夹持到壳体52上，以便可以朝旋转方向调节相对于壳体52的位置。罩56保持在不完全闭合或保持取下的状态。

将一个环形防水密封件26事先围绕安装孔22粘合到穹顶20的顶壁上。

反光装置30事先在地面上装配好。

<控制箱50安装在穹顶20上的步骤>

首先，将壳体52插入穹顶20的安装孔22中，并通过旋转定位在适当位置，以便将角度检测装置72定向在基本上所希望的方向上。用螺钉，用夹在其间的密封件26和用配套在适当位置的螺纹内孔22a和螺孔54a将凸缘54紧固到穹顶20上。这时，可以用粘合剂或类似物来保证改善了的防水效果。

通过上述程序将控制箱50安装在穹顶20上。

<固定反光装置30的步骤>

用吊销68将反光装置30的吊钩35接合在从控制箱50向下伸出的旋转轴66上。在这种状态下将导线46连接到太阳能电池板40上。

<在屋顶内孔部分90上安装穹顶20的步骤>

围绕天窗内孔90的上端开口将穹顶20安装在屋顶部分上。通过粘合或用螺钉紧固将穹顶20围绕天窗内孔固定到屋顶部分上，同时用合适的橡胶垫圈或防水密封件设置在穹顶20和有内孔的屋顶部分90之间的接合处以保证水密性。

<角度检测装置72的调整>

由于电路板70是临时央持到壳体52上，所以在这种状态下使电路板70相对于壳体52旋转，以便使角度检测装置72朝规定的方向定向。这时，反光装置30和旋转轴66可以朝任何方向定向。

除非角度检测装置72的轴线与旋转轴66的轴线对准，电路板70将难以旋转，然而角度检测装置72通过按照本发明所述联轴节80连接到轴66上。因此电路板70即使连接包括某种对不准时也可旋转。

在调好了角度检测装置72的取向之后，通过拧紧所涉及的螺钉将电路板70紧固到壳体52上。

<数据输入>

在电路板70已经紧固在适当位置后，用一外部输入单元将一些数据如安装位置的地平纬度和经度，日期，时间等输入控制装置74中。

<固定罩56>

在输入数据之后，将罩56装配到壳体52上并用螺钉将壳体52固定，因而采光装置10全部装配和安装完毕。

<操作说明>

控制装置74根据输入数据和角度检测装置72检测的反光装置30的方位，按照跟踪太阳式采光装置10的安装位置驱动驱动装置60。

更具体地说，通过旋转反光装置30并使反光装置30在从日出至日落日光时数中跟踪太阳，将太阳光引入内部。不在日光时数中连续驱动电动机62，电动机可以按预定时间间隔例如10分钟的间隔驱动仅几秒钟，以便间歇式使反光装置30旋转。

在昼光时数中，将太阳能电池板40曝露在太阳光下用于发电和给电源装置43充电。因为将太阳能电池板40连接到电源装置43上的导线46贯穿旋转轴66，所以这时反光装置30可没有干扰地旋转。

当太阳是在冬季或在日出或日落的低地平纬度时，太阳光L如图2所示在低角度下照射采光装置10。因为一条幻线贯穿反光装置30的反光面板31，32，33的下端，并且当朝向太阳(朝前方)时成一个角度α倾斜，所以一部分太阳光直接进入天窗内孔90而不落在反光面板上，因为面板31成一角度θ1倾斜，所以落在前面板31上的这部分太阳光由其近似垂直地向下反射进天窗内孔90中。结果，达到一种改善了的采光效率，同时能提供足够的光量到建筑物内部。

当太阳处于高地平纬度处，亦即在白天，尤其是在夏季白天时间时，太阳光L几乎从采光装置10上方照射采光装置10，如图6所见到的。如果在这种情况下有效地采集到光，则过量的光将穿过天窗内孔90进入内部。在反光面板31，32，33以按照本发明所述的各自角度θ安装时，太阳光L将被面板31，32，33挡住(如图6中β处所示)，这样防止过量的光进入内部。

在日落之后，电动机62将被反方向驱动，以使反光装置30旋转到第二天的日出位置。然后重复与上述相同的程序。反向旋转将不使导线46扭曲。在用电容器45作为电动机62电源装置43的情况下，理想情况是在日落之后立即或是日落之后尽快反向旋转电动机，以便抑制由于自放电而使电容减少。即使在反向旋转之后电容器62放电，在第二天日出之后太阳能电池板40就暴露于太阳光之下，以便给电容器充电用于向电动机62供电。

控制箱的另一个实施例

图11示出控制箱50的另一个实施例。

图11所示的控制箱50包括一个圆筒形外壳50a和一个控制单元51，上述外壳50a围绕其中安装孔22安装在穹顶20的顶部，而控制单元51旋转式设置在外壳50a的内部。

外壳50a包括一个壳体52和一个罩56，上述壳体52取具有一个底部的圆筒形式，而罩56用于闭合壳体52的上面开口。

壳体52具有一个上端部分和一个凸缘54，上述上端部分外部带螺纹并适合于与罩56螺纹接合，而凸缘54从其带螺纹部分下面的一部分向外伸出。螺孔54a在凸缘54中形成，这些螺孔54a与围绕安装孔22在穹顶20中形成的螺纹内孔22a成对置的关系。凸缘54用螺钉紧固到穹顶20上，同时在它们之间插入一个密封件26。壳体52在其内周边其中一部分处装备一个内齿轮67a，该内齿轮67a与后面待说明的控制单元51的齿轮67啮合。壳体52还具有一个在其底壁中央部分处形成的腔体。控制单元51的旋转轴66穿过一个轴内孔52b宽松式插入，上述轴内孔52b贯穿腔体中央部分的底壁。一个旋转式支承轴66的轴承53装配在腔体中。

罩56内部带螺纹用于与壳体52螺纹接合，并具有一个向外延伸的外边缘好象盖住凸缘54来闭合外壳52的上面开口。罩56在内部装备有一个在其中央部分的腔体。安装在腔体中的是一个轴承57用于旋转式支承控制单元51的旋转轴66。

图11所示的控制单元51安装在壳体52中。

控制单元51包括驱动装置60，电源装置43和用于执行采光装置10所有控制操作的控制装置74。这些装置安装在一个机壳51a内部，该机壳51a取具有底部的圆筒体形状。

旋转轴66是空心的，垂直贯穿机壳51a其中央部分。轴66由设置在外壳52上的轴承53，57旋转式支承。轴66具有一个从外壳52的轴内孔52b向下延伸的下面部分并设置在其具有一水平吊销68的下端处，该吊销68用于支承悬挂着的反光装置30。轴66还在它的上端和下端附近装备有各自的孔66b，66a，这些孔66b，66a与轴的空心部分连通。用于使太阳能电池板40和后面待说明的电源装置43互连的导线46贯穿这些轴孔。

如图11所示，设置在外壳51a内部的是驱动装置60，该驱动装置60包括一个电动机62，具有一减速齿轮机构的齿轮箱64和耦联到齿轮机构上的齿轮67。齿轮67设置成从机壳51a底壁向下伸出并与壳体52上的内齿轮67a啮合。

另外设置在机壳51a中的是用于采光装置10的电源装置43。按照本实施例，电源装置43包括一个电容器45和一个蓄电池44，上述电容器45具有一大的容量并用作驱动装置60的电源，而上述蓄电池44用作控制装置74的电源。电源43导电连接到后面待说明的太阳能电池板40上并被该电池板40充电。

提供控制装置74用于控制采光装置10的电路板70设置在机壳51a的上端处。电路板70上安装一个中央处理单元(CPU)，各种电路，存储器等，并具有导电连接于其上的上述驱动装置60和电源装置43，及后面待说明的角度检测装置72。

设置在旋转轴66上端处的是装置72，该装置72用于检测控制单元51的旋转角以使反光装置30跟踪太阳。用一个电位器作为按照图示实施例所述的角度检测装置72，检测轴66相对于罩56的旋转角。用于检测装置的电导线46a贯穿轴66的上端和然后穿过轴66的空心部分，并从轴66上面的孔66b引出和连接到电路板70上。

所述采光装置10在可旋转组件和固定组件之间没有导线，因此所有导线都可与机壳51a一起旋转。因此装置10的反光装置30可以朝同一方向旋转一圈以上。反光装置30当然可以通过反向驱动电动机62反向旋转。

在反光装置30已跟踪太阳从日出到日落旋转之后，反光装置待移动到第二天日出位置情况下，测量反光装置30在日落时的方位和第二天日出的方位之间角度，并使反光装置30朝运动距离较短的方向上移动。这保证功耗减少，也使该装置经济地适用于在高地平纬度地区处具有午夜太阳的夜晚。

各实施例已对本发明的说明在上面作了介绍，并且不打算限制如所附权利要求中所述的发明或减少本发明的范围。在权利要求所限定的技术范围内可对本发明的装置作各种修改。

例如，反光面板的数量，形状，构造，安装的角度等不限于实施例所述的那些。尽管反光装置30在悬挂于按照上述实施例所述的穹顶20顶部时被支承，但反光装置也可以安装成支承在一安装部分上。

工业应用

本发明的跟踪太阳式采光装置当安装在用于跟踪太阳的反光装置上时具有一个太阳能电池。这保证了在不使装置尺寸更大和更复杂的情况下提高了发电效率的太阳能电池。

本发明的装置还保证当太阳在日出或日落的低地平纬度下或是在冬季时也令人满意的采光。

另外按照本发明，用于检测反光装置角度的装置在安装装置时可调节成与天窗内孔的方位一致。

Claims (23)

1.跟踪太阳式采光装置，包括：

一个用透光材料制造的穹顶(20)，

可旋转支承在穹顶(20)内用于反射太阳光的反光装置(30)，

耦合到反光装置(30)上的驱动装置(60)，该驱动装置(60)用于通过旋转使反光装置(30)定向朝向太阳方向，

可充电的电源装置(43)，该电源装置(43)导电连接到驱动装置(60)上用于向驱动装置(60)供电，及

一个太阳能电池板(40)，该太阳能电池板(40)导电连接到电源装置(43)上用于给电源装置(43)充电，采光装置的特征在于：

太阳能电池板(40)设置在穹顶(20)内部以便可随着反光装置(30)一起旋转。

2.按照权利要求1所述的跟踪太阳式采光装置，其中驱动装置(60)包括一个空心的旋转轴(66)，而用于将太阳能电池板(40)导电连接到电源装置(43)上的导线(46)贯穿旋转轴(66)，反光装置(30)连接到旋转轴(66)的其中一端上。

3.按照权利要求2所述的跟踪太阳式采光装置，其中驱动装置(60)设置在穹顶(20)的顶部处，而反光装置(30)通过驱动装置(60)的旋转轴(66)悬挂和支承。

4.按照权利要求1或2或3其中之一所述的跟踪太阳式采光装置，其中驱动装置(60)使反光装置(30)旋转，以使反光装置(30)朝太阳在昼光时数中的方向取向，和在日落之后反向旋转反光装置，以使反光装置(30)移动到第二天的日出位置。

5.按照权利要求1所述的跟踪太阳式采光装置，包括一个外壳(50a)，该外壳(50a)固定式设置在穹顶(20)内并在其中安装驱动装置(60)和电源装置(43)，驱动装置(60)和电源装置(43)制成可一起在外壳(50a)内旋转以便构成控制单元(51)，反光装置(43)和太阳能电池板(40)耦合到控制单元(51)上并与控制单元(51)一起旋转。

6.按照权利要求5所述的跟踪太阳式采光装置，其中外壳(50a)装备有在其内周边上形成的一个内齿轮(67a)，驱动装置(60)具有一与内齿轮(67a)啮合的齿轮(67)，通过用驱动装置(60)旋转齿轮(67)，控制单元(51)可与反光装置(30)和太阳能电池板(40)一起旋转。

7.按照权利要求5或6所述的跟踪太阳式采光装置，其中外壳(50a)设置在穹顶(20)的顶部处，反光装置(30)由控制单元(51)悬挂和支承。

8.按照权利要求1所述的跟踪太阳式采光装置，其中反光装置(30)包括多个以预定间隔安装的反光面板(31)，(32)，(33)，同时相邻的面板面对面彼此相对，并且朝前和更接近太阳设置的反光面板(31)具有一个位于比朝后的反光面板(32)，(33)的下端更高标高的下端。

9.按照权利要求8所述的跟踪太阳式采光装置，其中前面的反光面板(31)具有一个位于比后面的反光面板(32)，(33)上端更低标高处的上端。

10.按照权利要求8或9所述的跟踪太阳式采光系统，其中反光面板(31)，(32)，(33)安装成相对于水平面倾斜，并且前面的反光面板(31)具有比后面反光面板(32)，(33)小的斜角θ。

11.按照权利要求8或9或10所述的跟踪太阳式采光装置，其中驱动装置(60)设置在穹顶(20)的顶部处，并且反光装置(30)由驱动装置(60)的旋转轴(66)悬挂和支承。

12.按照权利要求1所述的跟踪太阳式采光装置，其中驱动装置(60)可用一电动机(62)旋转并具有一个旋转轴(66)，当用旋转轴(66)的下端悬挂反光装置(30)时支承该反光装置(30)，旋转轴(66)在其上部处装备有一个电路板(70)，电路板(70)可调节角度和可固定在垂直于旋转轴(66)轴线的一个平面内，电路板(70)在接近其中央部分处装备角度检测装置(72)，该角度检测装置(72)可与旋转轴(66)的上端接合。

13.按照权利要求12所述的跟踪太阳式采光装置，其中角度检测装置(72)通过一个联轴节(80)连接到旋转轴(66)上，该联轴节(80)可沿垂直于旋转轴(66)轴线的方向滑动。

14.按照权利要求12或13所述的跟踪太阳式采光装置，其中角度检测装置是一个电位器。

15.按照权利要求12或13或14所述的跟踪太阳式采光装置，包括一个控制箱(50)用于在该箱中安装驱动装置(60)和电路板(70)，电路板(70)和控制箱(50)的其中之一具有若干围绕旋转轴(66)定心的圆弧形槽(78a)，电路板(70)和控制箱(50)可用这些槽(78a)调节角度并固定。

16.跟踪太阳式采光装置，包括：

一个用透光材料制造的穹顶(20)，

可旋转式支承在穹顶(20)内用于反射太阳光的反光装置(30)，及

耦合到反光装置(30)上的驱动装置(60)，该驱动装置(60)用于通过旋转使反光装置(30)定向朝向太阳方向，

采光装置的特征在于：

反光装置(30)包括多个以预定间隔安装的反光面板(31)，(32)(33)，同时各相邻面板彼此面对面对置，设置在前面并更靠近太阳的反光面板(31)具有一位于比朝后的反光面板(32)，(33)下端更高标高处的下端。

17.按照权利要求16所述跟踪太阳式采光装置，其中前面反光面板(31)具有一位于比后面反光面板(32)，(33)上端更低标高处的上端。

18.按照权利要求16或17所述跟踪太阳式采光装置，其中反光面板(31)，(32)，(33)安装成相对于一水平面倾斜，并且前面的反光面板(31)具有比后面的反光面板(32)，(33)更小的斜角θ。

19.按照权利要求16或17或18所述的跟踪太阳式采光装置，其中驱动装置(60)设置在穹顶(20)的顶部处，并且反光装置(3)由驱动装置(60)的旋转轴(66)悬挂和支承。

20.跟踪太阳式采光装置，包括：

一个用透光材料制造的穹顶(20)，

设置在穹顶(20)顶部处的驱动装置(60)，及

反光装置(30)，该反光装置(30)由驱动装置(60)悬挂和支承用于反射太阳光，

反光装置(30)可通过驱动装置(60)旋转，以便定向朝向太阳方向，

采光装置的特征在于：

驱动装置(60)具有一个旋转轴(66)，该旋转轴(66)可通过一电动机(62)旋转，并且当反光装置(30)悬挂在旋转轴(66)下端时，旋转轴(66)支承反光装置(30)，

旋转轴(66)在其上部处装备一个电路板(70)，该电路板(70)可调节角度并可固定在一垂直于旋转轴(66)轴线的平面内，

电路板(70)在接近其中央处装备一个可与旋转轴(66)上端接合的角度检测装置(72)。

21.按照权利要求20所述的跟踪太阳式采光装置，其中角度检测装置(72)通过一个联轴节(80)连接到旋转轴(66)上，上述联轴节(80)可沿垂直于旋转轴(66)轴线的方向滑动。

22.按照权利要求20或21所述的跟踪太阳式采光装置，其中角度检测装置(72)是一个电位器。

23.按照权利要求20或21或22所述的跟踪太阳式采光装置，包括一个用于在其中安装驱动装置(60)和电路板(70)的控制箱(50)，电路板(70)和控制箱(50)的其中之一具有若干围绕旋转轴(66)定心的圆弧形槽(78a)，电路板(70)和控制箱(50)可通过这些槽(78a)调节角度并固定。

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