CN203024056U - 可模块化广角无电力太阳光采光系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种可模块化广角无电力太阳光采光系统，包括底座和底座上设置的球形支架，该支架上、沿支架的球形表面安装有多个广角的采光体，每个采光体朝向支架球心的一端均安装有一个光纤耦合器，每个光纤耦合器均耦合有一根多模光纤，所有的该多模光纤均与多模光纤耦合器耦合，多模光纤耦合器还耦合有另外一根多模光纤，该另外一个多模光纤与光纤接口耦合。该采光系统可以扩大入射光线的接收角度，实现太阳光的全角度接收和太阳光准直聚焦，完全脱离了电能辅助，增强天气变化的适应性，降低成本，延长使用寿命，模块化设计，真正实现人人可安装，户户可使用，并可批量生产制造，具有突出的实用性。
Description
技术领域
本实用新型属于太阳能利用技术领域，涉及一种能将太阳光采集汇聚，并用于特定区域照明的采光系统，特别涉及一种可模块化广角无电力太阳光采光系统。
背景技术
我国照明用电约占总耗电量的10%，而目前普遍照明灯具只能将约15%的电能转化成光能，也就是说有80%多的电能以热形式耗去。合理利用自然资源，让廉价的太阳能资源充分发挥效能，营造一个绿化的社会，缓解电能的供需矛盾，延长不可再生能源使用寿命，符合国家产业政策，国家大力提倡和支持的产业方向。
经济实用的太阳能采光技术，是全世界的节能研究命题，各国专家不断探索，至今没有突破性的进展。主要原因在于以下几个方面：1）空间的有限性，密集的建筑群当中很难实现全空间采光。2）阳光的固有特点，照射角度不断变化，强度不确定，光能自身的特殊性。3）现有光学研究的科学局限，能够利用和转化光能的手段较少。4）成本效益，相对于电能的成熟利用，既要方便实用，又要成本低廉，还要适用各种环境条件。
利用太阳能采光节能，必须是在广泛实施的前提下才能真正达到节能的目的，而广泛实施的前提是经济实用。以往优秀的个案，只能是具体环境，具体实施，推广意义不大。如，用导光管将太阳集光器收集的光线传送到室内需要采光的地方进行天然采光，稳定可靠，成本较低，但传导距离短，安装条件要求高，体积太大不易推广。在建筑物顶设置采光瓦、窗，简便易行，成本低廉，美观实用，但只能在建筑物顶层使用，使用局限性较大。用反光镜一次将太阳光反射到室内需要采光的地方，对提高侧窗采光的均匀度具有较明显的效果，简便实用，效果较好，但对环境要求较高，只适用于特殊场合。利用太阳能电池板进行光电转换采光，适应性强，成熟可靠，可是其转化率太低，且成本较高，推广困难。
为了能高效利用太阳能，扩大太阳光采光系统的营养范围，专利《太阳光导入采光照明系统》（专利号ZL200620024891.5，公告号CN2926790，公告日2007.07.25）提供了一种能将太阳光导入室内的采光照明系统，包括多个配装在一起的聚焦阳光的平面光学透镜阳光采集器，通过自动追踪控制装置驱动阳光采集器精确跟踪太阳，使透镜完全始终直对阳光，将采集的阳光聚焦至配置在光学透镜焦点的光纤上，再通过光纤将阳光导入室内，经散射阳光的照具将光纤导入的阳光散射成灯光或灯管的效果，实现室内阳光采光照明，充分利用太阳光。该采光系统大大提高了采光条件的适应性，延长了光传导的距离，在一定程度上实现了室内照明的要求；但该采光系统成本太高，使用时需要额外采用电能辅助工作，安装实施专业性要求高。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种可模块化广角无电力太阳光采光系统，在充分利用太阳光的同时，完全脱离了电能辅助，降低了成本。
为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种可模块化广角无电力太阳光采光系统，包括底座和底座上设置的球形的支架，支架上、沿支架的球形表面安装有多个广角的采光件，每个采光件朝向支架球心的一端均安装有一个光纤耦合器，每个光纤耦合器均耦合有一根多模光纤，所有的该多模光纤均与多模光纤耦合器耦合，多模光纤耦合器还耦合有另外一根多模光纤，该另外一个多模光纤与光纤接口耦合。
所述的采光件为采光单体，采光单体包括形状为内聚焦抛物线型的外壳，外壳内部、沿从外壳开口到底部的方向依次安装有采光球透镜、自聚焦准直透镜和聚焦球透镜；采光球透镜的一部分伸出外壳外，外壳的底部位于支架内，并朝向支架的球心；每个外壳的底部均安装有光纤耦合器，每个光纤耦合器均耦合有一根第一多模光纤，所有的第一多模光纤均与多模光纤耦合器耦合；多模光纤耦合器通过第二耦合多模光纤与光纤接口耦合。所述的光纤接口（8）采用FC型光纤接口。
本实用新型采光系统将两个球透镜及一个自聚焦准直透镜支持一个广角的采光单体，再将若干个采光单体固定排列在同一球面上，通过该球面上不同位置的采光单体实现不同时刻太阳光的采集，并通过光纤将采光单体采集的太阳光传输到需要照明的区域。本采光系统集合了多种最新技术成果，克服了现有各种太阳光采光装置的技术缺陷，完全脱离了电能辅助，增强天气变化的适应性，降低成本，延长使用寿命，模块化设计，真正实现人人可安装，户户可使用，并可批量生产制造，具有突出的实用性。
附图说明
图1是本实用新型采光系统的结构示意图。
图2是本实用新型采光系统中采光单体的结构示意图。
图中：1.底座，2.支架，3.光纤耦合器，4.采光单体，5.防尘滤光罩，6.第一多模光纤，7.多模光纤耦合器，8.光纤接口，9.第二多模光纤，10.采光球透镜，11.外壳，12.透镜支脚，13.自聚焦准直透镜，14.聚焦球透镜。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
如图1所示，本实用新型采光系统，包括中空的底座1，底座1上安装有光纤接口8和球形的支架2。支架2上、沿支架2的球形表面安装有多个广角的采光单体4，所有的采光单体4在支架2上形成冠状排列。采光单体4如图2所示，包括塑料制成的形状为内聚焦抛物线型的外壳11，外壳11外表面镀有铝膜，外壳11内部安装有透镜支脚12；沿从外壳11开口到底部的方向、透镜支脚12上依次安装有采光球透镜10、自聚焦准直透镜13和聚焦球透镜14；采光球透镜10的一部分伸出外壳11外，形成采光单体4的采光端；外壳11的底部位于支架2内，并朝向支架2的球心，形成采光单体4的光线聚焦端；每个外壳11的底部均安装有光纤耦合器3，每个光纤耦合器3均耦合有一根第一多模光纤6，第一多模光纤6的一端光纤耦合器3耦合，第一多模光纤6的另一端从外壳11底部伸出外壳11外，并与多模光纤耦合器7耦合；多模光纤耦合器7通过第二耦合多模光纤9与光纤接口8耦合。底座1上还安装有防尘滤光罩5，防尘滤光罩5和底座1构成一个封闭空间，支架2、多模光纤耦合器7、第二耦合多模光纤9、所有的第一多模光纤6和所有的采光单体4均密闭安装于该封闭空间内。
外壳11、采光球透镜10、自聚焦准直透镜13、聚焦球透镜14和光纤耦合器3同轴设置；自聚焦准直透镜13朝向采光球透镜10的端面位于采光球透镜10的焦距位置。
多模光纤耦合器7采用专利权已终止的专利《一种多模多光纤功率耦合器及其制备方法》（专利号ZL03110907.1，公告号CN1323304，公告日2007.06.27）中公开的多模多光纤功率耦合器。
将本采光系统固定安装在采光较好的建筑物外墙或建筑物顶上，用带有连接头的多模光纤连接该采光系统和安装于需要照明区域的散射灯，该多模光纤的连接头插入光纤接口8。入射光线经由采光球透镜10折射后，在自聚焦准直透镜13朝向采光球透镜10的端面聚焦，照射进入自聚焦准直透镜13；由于自聚焦准直透镜13的横截面积较大，这样就可以实现较大角度范围的采光。进入自聚焦准直透镜13的光线通过自聚焦准直透镜13的弯曲、准直后，以大致平行且准直的角度照射进入聚焦球透镜14；聚焦球透镜14将大致平行且准直的入射光线压缩聚焦在光纤耦合器3的入射口上，实现光线压缩、入射、进入光纤的过程。此外，外壳11外表面镀覆的铝膜可以把进入外壳11而没有进入自聚焦准直透镜的部分损失的光线收集起来，即内聚焦抛物线型的外壳11，把照射进入其外口的光线通过多次反射，最后在光纤耦合器3的入射口附近聚焦。实际上，当光线在外壳11内多次反射时，会多次横斜向穿过自聚焦准直透镜13，在自聚焦准直透镜13内折射、弯曲，其中部分光线就会被准直，通过聚焦球透镜14，在光纤耦合器3的入射口聚焦。也就是说，在太阳照射角度很大、甚至没有直接照射到的状态下，通过外壳11的反射可以起到一定的辅助采光效果。
多路光纤中的光线通过多模光纤耦合器7二次压缩耦合后，进入一根第二多模光纤9，通过第二多模光纤9送至光纤接口8，再通过带有连接头的多模光纤使安装于需要照明区域的散射灯发光，实现该区域的照明。
传统的光纤采光系统共同的问题是晴天光线太强，阴天、多云时又效果较弱，即使稳定地跟踪太阳，仍然获得不稳定的照明效果。本采光系统将多个广角的采光单体4球面状排列起来，可以实现阳光的不间断接收。同时由于每个采光单体4都具有的广角采光效能，可以使整个球面上能够同时接收阳光的采光单体4的数量增加，大大提高了采光效能。本采光系统从实用角度出发，不要求入射光线完全准直，因而，虽然采光单体4的球面排列减少了阳光直射面的采光面积，但是每个采光单体4的广角采光能力却扩大了漫射光的采光范围。而不完全准直光线的接收，恰好是阴天、多云天气的阳光效果；通过对不完全准直光线的准直、压缩，使得漫射光汇集聚焦，实现晴天不会太亮，阴天不会失效的照明效果。本采光系统为全光学系统，完全脱离了电力的辅助，降低了制作成本，可以批量制作，方便推广使用，满足低照度照明的需求。
本采光系统利用两个球透镜和一个自聚焦准直透镜制成广角的采光单体4，可以扩大入射光线的接收角度，实现太阳光准直聚焦。将采光单体4以冠状球形排布起来就可以实现太阳光的全角度接收，多个采光单体4底部的光纤通过一个多模光纤耦合器7耦合压缩至一路光纤，实现光线的二次压缩，最后引入需要照明的区域。本采光系统可以进行完整一体的模块化结构设计。
Claims (5)
1.一种可模块化广角无电力太阳光采光系统，包括底座和底座上设置的支架，其特征在于，该支架为球形的支架（2），支架（2）上、沿支架（2）的球形表面安装有多个广角的采光件，每个采光件朝向支架（2）球心的一端均安装有一个光纤耦合器，每个光纤耦合器均耦合有一根多模光纤，所有的该多模光纤均与多模光纤耦合器（7）耦合，多模光纤耦合器（7）还耦合有另外一根多模光纤，该另外一个多模光纤与光纤接口（8）耦合。
2.按照权利要求1所述的可模块化广角无电力太阳光采光系统，其特征在于，所述的底座上还安装有防尘滤光罩（5），底座与防尘滤光罩（5）构成封闭空间，支架（2）、多模光纤耦合器（7）、所有的采光件、所有的多模光纤均位于该封闭空间内。
3.按照权利要求1或2所述的可模块化广角无电力太阳光采光系统，其特征在于，所述的采光件为采光单体（4），采光单体（4）包括外壳（11），外壳（11）内部、沿从外壳（11）开口到底部的方向依次安装有采光球透镜（10）、自聚焦准直透镜（13）和聚焦球透镜（14）；采光球透镜（10）的一部分伸出外壳（11）外，外壳（11）的底部位于支架（2）内，并朝向支架（2）的球心；每个外壳（11）的底部均安装有光纤耦合器（3），每个光纤耦合器（3）均耦合有一根第一多模光纤（6），所有的第一多模光纤（6）均与多模光纤耦合器（7）耦合；多模光纤耦合器（7）通过第二耦合多模光纤（9）与光纤接口（8）耦合。
4.按照权利要求3所述的可模块化广角无电力太阳光采光系统，其特征在于，所述的外壳（11）采用塑料制成，外壳（11）的外表面镀有铝膜。
5.按照权利要求4所述的可模块化广角无电力太阳光采光系统，其特征在于，所述的光纤接口（8）采用FC型光纤接口。
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