CN201652151U - 阳光照明系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种阳光照明系统，其对外界环境的散射光及其它干扰光线进行了很大程度的屏蔽，提高了跟踪精度，能保证良好的跟踪效果。本实用新型包括太阳采集板，太阳采集板与俯仰支架连接，俯仰支架上设置有俯仰驱动电机，俯仰支架与方位机构支架连接，方位机构支架上设置有方位驱动电机和控制仪，俯仰驱动电机和方位驱动电机分别与控制仪连接。太阳采集板包括俯仰板，俯仰板上部设置有太阳跟踪传感器，俯仰板下部设置有多个采集单元，太阳跟踪传感器与采集单元的光轴平行，俯仰板前后各伸出一个俯仰板轴，其中前俯仰板轴上固定有俯仰板齿轮，俯仰板齿轮与俯仰驱动电机输出轴上的齿轮相啮合。

Description

阳光照明系统 

一、技术领域：

本实用新型涉及一种太阳能照明系统，尤其是涉及一种阳光照明系统，其广泛应用于民宅楼宇、工矿企业、地下停车场、农业种植、渔业养殖和各种水下作业等需要阳光的场所。 

二、背景技术：

背景技术中，中国太阳能照明技术过去虽有人研究，但几起几落进展缓慢。我国政府1996年5月启动了“绿色照明工程”，至今仅限于西部地区推广的太阳能光伏发电照明，对太阳能的利用仅限于热利用。在20世纪90年代，沈阳建工学院开创了用光纤传光的先河，其装置用 透镜聚光到光纤束处，传输距离10m，在距离光纤末端1米处的照度仅相当于40W灯泡的效果，无论从传输距离和照度上均不能实用；中科院南京天文仪器研究中心也曾做了这方面的工作，其装置也不能实用。以2008年中国举办奥运会为契机，中国太阳能照明技术取得较快发展。 

张耀明院士1999年11月获得江苏省科技厅支持，立项进行全自动跟踪的采光装置的研究，于2001年4月6日申报了专利号为0111352918的《太阳光光纤照明装置》的专利，该专利比较全面地考虑了太阳光光纤照明中所涉及的问题，它使用了透镜阵列，每个透镜聚光单元中又采用了红外隔热 片，又采用了塑料或玻璃的保护罩，是一个具有相当实用价值的专利，但据张耀明院士在《中国工程科学》第四卷第九期(2002年9月)所载文章中所述其透镜采用菲涅尔透聚光和单跟聚合物光纤传光，其传输距离仅15米，效率较低，且专利还存在以下问题：红外反光和红外吸收光器放在传输光纤的入口端面上，这就相当于放在透镜的焦点附近。虽能散热和吸收但这些热量毕竟离传输光纤太近，会使光纤温度过高，易于烧毁光纤。实用新型专利200420003297.9集光器采用单纯使用菲涅尔或双凸透镜，没有采用红外滤光和可见光增强，实用性差。 

发明专利200610024971.5的多镜头光纤束的太阳光照明系统，在每个镜头单元中以采用了红外滤光片，可见光增强膜技术。其光纤不受温度升高的威胁，但光纤束中一根光纤对应接受一个镜头的聚光光束，由于双突非球面透镜和光纤的数值孔径不能匹配，是传光效率受到较大影响。 

三、实用新型内容：

本实用新型为了解决上述背景技术中的不足之处，提供一种阳光照明系统，其对外界环境的散射光及其它干扰光线进行了很大程度的屏蔽，使得外界的干扰光源对跟踪效果的影响降到较低，提高了跟踪精度，能保证良好的跟踪效果。 

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为： 

一种阳光照明系统，其特征在于：包括太阳采集板，太阳采集板与俯仰支架连接，俯仰支架上设置有俯仰驱动电机，俯仰支架与方位机构支架连接，方位机构支架上设置有方位驱动电机和控制仪，俯仰驱动电机和方位驱动电机分别与控制仪连接。 

上述太阳采集板包括俯仰板，俯仰板上部设置有太阳跟踪传感器，俯仰板下部设置有多个采集单元，太阳跟踪传感器与采集单元的光轴平行，俯仰板前后各伸出一个俯仰板轴，其中前俯仰板轴上固定有俯仰板齿轮，俯仰板齿轮与俯仰驱动电机输出轴上的齿轮相啮合。整体布置后使其太阳采集板的重心位于转动轴线上，以减少驱动所需能源。 

俯仰支架的底部设置有止推轴承和向心轴承组一，止推轴承和向心轴承组一固定在方位机构支架上部，方位机构支架的轴上端与止推轴承和向心轴承组内套紧配合，方位机构支架的轴下端与设置在方位机构支架下部的止推轴承和向心轴承组二内套紧配合，方位机构支架的轴上装有与方位驱动电机输出轴上的齿轮相啮合的齿轮。 

上述采集单元包括支撑筒，支撑筒的内底面上设置有自聚焦镜头，自聚焦镜头上方依次设置有非球面透镜和红外滤光片，非球面透镜上设有可见光增透膜，光纤一端与设置在支撑筒的外底面上的光纤头固定器连接，光纤另一端设置有散光器。 

上述太阳跟踪传感器包括圆筒形外壳，圆筒形外壳的外部和内部各分别设置有四只光电阻，设置在圆筒形外壳外部的四只光电阻其中一对东西方向对称设置，另外一对南北方向对称设置，设置在圆筒形外壳内部的四只光电阻其中一对东西方向对称设置，另外一对南北方向对称设置。 

与现有技术相比，本实用新型具有的优点和效果如下： 

1、本实用新型设置了一个圆筒保护光敏电阻，它对外界环境的散射光及其它干扰光线进行了很大程度的屏蔽，使得外界的干扰光源对跟踪效果的影响降到较低，提高了跟踪精度。而圆筒外的传感器在太阳光接收装置的主光轴与太 阳光线偏离很远的时候能够发挥功能，解决了乌云、阴雨天气、日夜交替等对跟踪效果的影响。通过对传感器的设置结构进行优化配置，就能保证良好的跟踪效果。 

2、本实用新型将红外滤光片放在透镜之前，解决了热量离传输光纤太近，会使光纤温度过高，易于烧毁光纤的问题。 

3、本实用新型增加了自聚焦镜头以得到很好的匹配效果。虽然自聚焦镜头增大成本，但光纤却大为节约，综合成本会降低。 

四、附图说明：

图1为本实用新型的结构示意图； 

图2为太阳光采集板的结构示意图； 

图3为采集单元的结构示意图； 

图4为太阳跟踪传感器的正视图； 

图5为太阳跟踪传感器的俯视图。 

图中，1-太阳采集板，2-俯仰支架，3-方位机构支架，4-俯仰驱动电机，5-方位驱动电机，6-控制仪，7-方位机构支架的轴，8-止推轴承和向心轴承组一，9-采集单元，10-太阳跟踪传感器，11-俯仰板，12-防尘盖，13-前采集板轴，14-俯仰板齿轮，15-红外滤光片，16-可见光增透膜，17-非球面透镜，18-自聚焦镜头，19-光纤头固定器，20-光纤，21-散光器，22-支撑筒，23-建筑物，24-止推轴承和向心轴承组二，25-亚克力防护罩。 

五、具体实施方式：

参见图1，本实用新型是一个太阳光照明系统，包括太阳采集板1，太阳采 集板1前后各伸出一个轴，这两个轴用轴承与俯仰支架2连接，俯仰支架2上设置有俯仰驱动电机4，俯仰支架2与方位机构支架的轴7固定连接，俯仰支架2与方位机构支架3之间装有止推轴承和向心轴承组一8，方位机构支架3上设置有方位驱动电机5和控制仪6，俯仰驱动电机4和方位驱动电机5分别受控制仪6控制。方位机构支架的轴7的低端与方位机构支架3的底板用止推轴承和向心轴承组二24固连。 

参见图2，太阳采集板包括俯仰板11，俯仰板11上部设置有太阳跟踪传感器10，俯仰板11下部设置有多个采集单元9，太阳跟踪传感器10与采集单元9的光轴平行，以便保证太阳光线时刻都能垂直入射。俯仰板11前后各伸出一个俯仰板轴，其中前俯仰板轴13上固定有俯仰板齿轮14，俯仰板齿轮14与俯仰驱动电机4输出轴上的齿轮相啮合。参见图1，俯仰支架的底部设置有止推轴承和向心轴承组一8，止推轴承和向心轴承组一8固定在方位机构支架3上部，方位机构支架的轴7上端与止推轴承和向心轴承组一8内套紧配合，方位机构支架的轴7下端与设置在方位机构支架3下部的止推轴承和向心轴承组二24内套紧配合，方位机构支架的轴7上装有与方位驱动电机5输出轴上的齿轮相啮合的齿轮。 

参见图3，采集单元包括支撑筒22，支撑筒22的内底面上设置有自聚焦镜头18，自聚焦镜头18上方依次设置有非球面透镜17、红外滤光片15(也可镀在非球面透镜17上)和亚克力防护罩25，非球面透镜17上设有可见光增透膜16，光纤20一端与设置在支撑筒22的外底面上的光纤头固定器19连接，光纤20另一端设置有散光器21。其工作原理是太阳光穿过保护罩、红外滤光器，绝大多数红外光和紫外光被滤除掉，可见光通过非球面透镜17聚光后传入自聚焦 镜头18。自聚焦镜头18将可见光整理成近乎平行的光线入射到光纤端口，并且满足普通塑料光纤的数值孔径要求，使塑料光纤以最低的损耗传输，距离可达50米以上。 

跟踪太阳采用太阳跟踪传感器，太阳跟踪传感器测量采集板与太阳的偏差，将信号送给控制仪，控制仪处理后输出信号，驱动俯仰驱动电机和方位驱动电机，太阳跟踪传感器部分具体结构见图4，设置一个圆筒形外壳，在圆筒外部，东、南、西、北四个方向上分别布置4只光电阻；其中一对光电组(R1、R3)东西对称安装在圆筒的两侧，用来粗略的检测太阳由东向西运动的偏转角度即方位角；另一对光电阻(R2、R4)南北对称安装在圆筒的两侧，用粗略检测太阳的视高度即高度角；在圆筒的内部，东、南、西、北四个方向上也分别布置4只光电阻；其中一对光电组(R5、R7)东西对称安装在圆筒内侧，用来精确检测太阳由东往西运动的偏转角度；另一对光电组(R6、R8)南北对称安装在圆筒的内侧，用来精确检测太阳的视高度。当太阳光线以与传感器板垂直的方向照射到传感器上，两组光电阻R1、R3，R5、R7接收到的光照度相同，比较电路的输出值为零。当太阳光偏离垂直方向一个较小的角度时，R1、R3这一对光电阻可能受环境散射光的影响，不会反映出太阳光线的变化；而R5、R7这一对光电阻受到了圆筒对环境散射光的屏蔽保护，他们接受的照度会出现差值，这就是偏离信号。该信号经放大后送入控制单元，控制单元开始工作，控制自动跟踪器调整太阳光接收装置的角度，直到太阳光接收装置对准太阳。当太阳光偏离了一个较大的角度时(阴雨天或乌云过后)，筒内的传感器可能接收不到太阳光，筒外的传感器就能反映出照度差值，该信号经放大后送入控制单元，控制跟踪器开始工作并快速的跟上太阳。高度角的跟踪基本原理及工作方式与之类同。 这样设置传感器相对于传统结构的优点在于：设置了一个圆筒保护光敏电阻，它对外界环境的散射光及其它干扰光线进行了很大程度的屏蔽，使得外界的干扰光源对跟踪效果的影响降到最低，提高了跟踪精度。而圆筒外的传感器在太阳光接收装置的主光轴与太阳光线偏离很远的时候能够发挥功能，解决了乌云、阴雨天气、昼夜交替等对跟踪效果的影响。通过对传感器的设置结构进行优化配置，就能保证良好的跟踪效果。 

Claims (5)

1.一种阳光照明系统，其特征在于：包括太阳采集板(1)，太阳采集板(1)与俯仰支架(2)连接，俯仰支架(2)上设置有俯仰驱动电机(4)，俯仰支架(2)与方位机构支架(3)连接，方位机构支架(3)上设置有方位驱动电机(5)和控制仪(6)，俯仰驱动电机(4)和方位驱动电机(5)分别与控制仪(6)连接。

2.根据权利要求1所述的阳光照明系统，其特征在于：太阳采集板(1)包括俯仰板(11)，俯仰板(11)上部设置有太阳跟踪传感器(10)，俯仰板(11)下部设置有多个采集单元(9)，太阳跟踪传感器(10)与采集单元(9)的光轴平行，俯仰板(11)前后各伸出一个俯仰板轴，其中前俯仰板轴(13)上固定有俯仰板齿轮(14)，俯仰板齿轮(14)与俯仰驱动电机(4)输出轴上的齿轮相啮合。

3.根据权利要求2所述的阳光照明系统，其特征在于：俯仰支架(2)的底部设置有止推轴承和向心轴承组一(8)，止推轴承和向心轴承组一(8)固定在方位机构支架(3)上部，方位机构支架的轴(7)上端与止推轴承和向心轴承组一(8)内套紧配合，方位机构支架的轴(7)下端与设置在方位机构支架(3)下部的止推轴承和向心轴承组二(24)内套紧配合，方位机构支架的轴(7)上装有与方位驱动电机(5)输出轴上的齿轮相啮合的齿轮。

4.根据权利要求3所述的阳光照明系统，其特征在于：采集单元包括支撑筒(22)，支撑筒(22)的内底面上设置有自聚焦镜头(18)，自聚焦镜头(18)上方依次设置有非球面透镜(17)和红外滤光片(15)，非球面透镜(17)上设有可见光增透膜(16)和亚克力防护罩(25)，光纤(20)一端与设置在支撑筒(22)的外底面上的光纤头固定器(19)连接，光纤(20)另一端设置有散光器(21)。

5.根据权利要求4所述的阳光照明系统，其特征在于：太阳跟踪传感器包括圆筒形外壳，圆筒形外壳的外部和内部各分别设置有四只光电阻，设置在圆筒形外壳外部的四只光电阻其中一对东西方向对称设置，另外一对南北方向对称设置，设置在圆筒形外壳内部的四只光电阻其中一对东西方向对称设置，另外一对南北方向对称设置。

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