CN206115283U - 太阳追踪反射镜系统 - Google Patents

Abstract

一种用于将日光反射向天窗(2)的太阳追踪反射镜系统(1)，包括：镜子设备(100)；控制单元(200)，确定所述镜子设备(100)的第一估计的最优位置；其特征在于：所述控制单元(200)包括测量光强度的三个光传感器；所述控制单元(200)进一步根据所述光强度来确定所述镜子设备(100)的最优位置；当所述光强度中的第三光强度大于根据所述光强度中的第一光强度或第二光强度确定的强度阈值时，所述镜子设备(100)将所述第一估计的最优位置纠正为所述最优位置。本太阳追踪反射镜系统是一种可以简单、高能效以及可靠的方式产生太阳追踪反射镜设备的全天的更准确的最优位置的系统。

Description

太阳追踪反射镜系统

技术领域

本实用新型通常涉及用于使用通过屋顶中的开口反射的阳光来构建内部照明的太阳追踪反射镜系统。

背景技术

WO00/66947公开了一种适配成用于捕捉阳光并将其反射回到住所的阴暗侧的太阳反射镜系统。该太阳反射镜系统包括可旋转地安装在支架上的镜子，并且镜子具有用于可向上和向下以及从一侧到另一侧旋转地移动镜子的一个或多个电机。该太阳反射镜系统还包括传感器单元，该传感器单元沿着需要反射的光的方向安装并且具有面向镜子并且独立响应于接收到的光的强度的四个传感器组成的阵列。传感器通过挡板彼此隔开。传感器单元被连接以采用使得经反射的光或阴影被基本平均地在各传感器上接收的方式控制所述一个或多个电机的操作。

每天，太阳从东方升起并从西方落下。因此WO00/66947的阳光反射镜系统在日落时面向西方。WO00/66947中公开的传感器单元的使用并不确保阳光反射镜系统系统性地旋转回东方以使得阳光反射镜系统在下一个清晨的日出时面向东方。因此在日落之后需要手动干预以旋转阳光反射镜系统，使得它在下一个清晨再次面向东方。这对于该阳光反射镜系统的用户而言是一个耗时和约束的过程。由于WO00/66947中公开的阳光反射镜系统并不系统性地旋转回东方以在下一个清晨面向太阳，因此面向西方的阳光反射镜系统在朝向西方的天空中标识一个点，对于该点，四个传感器对于接收到的光的强度的响应是相同的。然而，这个点可能在给定时间并不对应于太阳的位置，因为太阳可能位于与太阳反射镜系统面向的方向相反的方向，例如相对于太阳反射镜系统面向的方向旋转180°。镜子设备的位置因此不是最优的，并且并不允许全天追踪天空中的太阳。因此，反射到住所上的光的强度被明显削弱。这损害了阳光反射镜系统的效率以及住所的工作者和/或居住者的光照体验。

WO2009/031726公开了一种使用太阳追踪传感器单元的太阳追踪传感器单元，太阳追踪传感器单元包括直立的屏障以将包括四个传感器的传感器外壳的太阳能板分隔成东西南北四个特定区域。东西向驱动电机和南北向驱动电机的操作受控制，使得直立的屏障的影子不会投到四个传感器的任意一个上，因为四个传感器是直接朝向太阳的。当太阳能板在日落时被完全旋转向西方时，当太阳能板抵达某个位置时对应位置处的限制开关和定时器工作。相应地，当特定时间段逝去时，东西向驱动电机重新工作，使得太阳能板自动返回到面向东方的预定返回位置以在日出时面向太阳。

WO2009/031726中公开的太阳追踪传感器单元要求实现由限制开关控制的定时器。该定时器在镜子设备的位置到达限制开关的预定位置限制时被触发。该预定位置限制、以及在东西向驱动电机重新操作太阳能板之前必须经过的时间段和太阳能板必须到达的预定返回位置必须被事先校准。定时器和限制开关的使用因此需要与太阳追踪传感器单元耦合的附加的位置传感器、时间传感器以及可编程单元的实现。这使得设计这类太阳追踪传感器单元变得复杂和昂贵。另外，在多云天气情况下，太阳追踪传感器单元的太阳能板收集的光强度可能过低以致于不能允许两个电机的正常工作。太阳追踪传感器单元因此冻结面向一个方向，而太阳则继续其全天的绕转。如果云消散，则光强度可能足够允许两个电机的工作。然而，太阳追踪传感器单元不再面向太阳，并且其位置因此对于全天追踪天空中的太阳而言不是最优的。

本实用新型的目的是公开一种克服了以上标识的现有技术的缺点的系统。更具体地，目的是公开一种以简单、高能效以及可靠的方式产生太阳追踪反射镜设备的全天的更准确的最优位置的系统。

实用新型内容

根据本实用新型的第一方面，以上定义的目的通过一种用于将日光反射向天窗的太阳追踪反射镜系统来实现，所述太阳追踪反射镜系统包括：

镜子设备，包括：

适配成将日光反射向所述天窗的镜子；

适配成支撑所述镜子并且在所述天窗之上旋转的镜子支撑结构；

适配成旋转所述镜子支撑结构的电机；

适配成确定所述镜子设备的第一估计的最优位置的控制单元；

其特征在于：

所述控制单元包括适配成测量光强度的三个光传感器，使得：

所述三个光传感器被根据三角形方式布置在所述控制单元中；以及

所述三个光传感器各自通过防护屏彼此隔开；

所述控制单元被进一步适配成根据所述光强度确定所述镜子设备的最优位置；

所述镜子设备被进一步适配成当所述光强度中的第三光强度大于根据所述光强度中的第一光强度或第二光强度确定的强度阈值时将所述第一估计的最优位置纠正为所述最优位置。

天窗是透光的开口，诸如填充建筑围护开口的元件。出于采光目的，天窗形成建筑的屋顶的空间的全部或一部分。根据本实用新型的太阳追踪反射镜系统被适配成安装在天窗中，使得太阳追踪反射镜系统的镜子支撑结构被适配成能够独立于天窗旋转。镜子设备包括适配成将日光反射通过屋顶开口的镜子。对镜子的位置的控制基于太阳的位置。

根据本实用新型的太阳追踪反射镜系统包括三个光传感器，所述三个光传感器根据三角形方式布置在控制单元中。每个光传感器通过防护屏彼此隔开。根据本实用新型，第三光传感器被用于确保镜子设备永远不处于错误位置，即镜子设备全天始终面向镜子设备捕捉和反射的日光强度最大的方向。例如，在日落时，太阳追踪反射镜系统面向西方。在日出时并且在日光强度足以允许三个光传感器测量光强度时，控制单元根据分别由第一和第二光传感器测量的第一和第二光强度确定镜子设备的第一估计的最优位置，同时太阳追踪反射镜系统仍然面向西方。然而，在日出时，太阳在东方升起，即例如背离面向西方的太阳追踪反射镜系统旋转180°。换言之，在太阳追踪反射镜系统不直接面向太阳时确定镜子的第一估计的最优位置。受其它两个传感器遮挡的第三光传感器能够测量第三光强度。控制单元进一步考虑这一第三光强度来确定镜子设备的最优位置。事实上，当第三光强度大于根据第一光强度或第二光强度确定的强度阈值时，第三光传感器向控制单元提供存在比第一估计的最优位置更优选的镜子设备的位置的指示。换言之，第三光传感器提供指示存在镜子设备所捕捉和反射的日光强度将比在第一估计的最优位置处镜子设备所捕捉和反射的日光强度更大的镜子设备的最优位置的信息。例如，在日出时，当太阳从东方升起并且当太阳追踪反射镜系统仍然面向西方时，第三光传感器测量指示面向太阳升起的东方的光强度的第三光强度。当这一第三光强度大于强度阈值时，镜子设备的最优位置因此是由第三光传感器所限定的位置。强度阈值例如对应于第一光强度和第二光强度之间的最大值。控制单元随后确定不同于第一估计的最优位置的镜子设备的最优位置，并且镜子设备将第一估计的位置纠正为该最优位置。另一方面，当第三光强度小于根据第一光强度或第二光强度确定的强度阈值时，第三光传感器向控制单元提供不存在比第一估计的最优位置更优选的镜子设备的位置的指示。强度阈值例如对应于第一光强度和第二光强度之间的最大值。换言之，当第三光强度小于根据第一光强度或第二光强度确定的强度阈值时，第三光传感器提供指示不存在镜子设备所捕捉和反射的日光强度将比在第一估计的最优位置处镜子设备所捕捉和反射的日光强度更大的镜子设备的最优位置的信息。镜子设备的第一估计的最优位置和镜子设备的最优位置因此是相同的。替代地，所述镜子设备被进一步适配成当所述光强度中的第三光强度等于或大于根据所述光强度中的第一光强度或第二光强度确定的强度阈值时将所述第一估计的最优位置纠正为所述最优位置。

根据本实用新型，第三光传感器被用于确保镜子设备永远不处于错误位置，即镜子设备全天始终面向镜子设备捕捉和反射的日光强度最大的方向。例如，在日出时，有可能太阳被云覆盖但是日光强度仍然足够大以允许太阳追踪反射镜系统工作。太阳追踪反射镜系统事实上面向东方，但是由于是多云天，因此太阳追踪反射镜系统搜索反射到天窗的光的强度大于面向东方时的镜子设备的第一估计的最优位置。太阳追踪反射镜系统标识日光的强度大于面向东方时的北方的点，并且太阳追踪反射镜系统因此确定北方为镜子设备的第一估计的最优位置。第三光传感器测量的第三光强度低于根据分别由控制单元的第一和第二光传感器测量的第一光强度或第二光强度确定的强度阈值。镜子设备因此将其位置纠正为镜子设备的第一估计的最优位置。同时，太阳穿透云照射。此时接近于中午，并且太阳因此在南方照射。但是太阳追踪反射镜系统面向北方。第一和第二光传感器不能收集来自太阳的直接入射光，因为控制单元面向北方。然而，第三光传感器面向南方，并因此测量直接从太阳收集的第三光强度。第三光强度因而大于根据分别由控制单元的第一和第二光传感器测量的第一光强度或第二光强度确定的强度阈值。控制单元因此根据三个光强度来确定镜子设备的最优位置，镜子设备的最优位置是第三光传感器的位置，即在这一示例中为南方。镜子设备随后将第一估计的最优位置纠正为该最优位置并且镜子面向南方，即直接面向太阳。第三传感器的使用因此避免了镜子设备处于错误位置。另外，如果日光过于黯淡以致于三个光传感器不能测量光强度，则太阳追踪反射镜系统冻结是有可能的。当追踪操作在冻结时间之后恢复时，第三光传感器的使用确保镜子设备将第一估计的最优位置纠正为反射的强度更大的镜子设备的最优位置，该最优位置指示冻结时间之后太阳的新位置。这最大化了太阳追踪反射镜系统全天的效率。

以此方式，太阳追踪反射镜单元全天的效率被最大化。即使太阳被云覆盖，只要三个光传感器能够测量光强度，太阳追踪反射镜系统就始终面向反射向天窗的日光强度最大的方向。这确保了天窗所属的建筑的工作者和/或居住者的光照体验。控制单元中的三个光传感器的简单实现不要求使用附加的时间传感器、位置传感器或可编程单元，这保证了控制单元设计的紧凑性并且确保了简洁性。太阳追踪反射镜系统的实现成本和使用成本也被最小化，因为可使用与第一和第二光传感器相同的第三光传感器。

根据一个可选实施例，所述镜子设备被进一步适配成当所述光强度中的所述第三光强度大于所述光强度中的所述第一光强度两倍或大于所述第二光强度两倍时将所述第一估计的最优位置纠正为所述最优位置。

镜子设备的位置仅在第三光强度大于第一光强度的两倍或大于第二光强度的两倍时被纠正为最优位置。在这种情况下，强度阈值因此等于第一光强度的两倍或等于第二光强度的两倍。替代地，镜子设备的位置仅在第三光强度等于或大于第一光强度的两倍或等于或大于第二光强度的两倍时被纠正为最优位置。以此方式，避免了对于镜子设备的最优位置的错误检测。事实上，强度阈值被挑选使得控制单元能够可靠地区分第三光传感器测量对应于日光的反射的第三光强度的情况和第三光传感器实际上测量对应于直接日光的第三光强度的情况。例如，第一和第二光传感器都测量出10000lx的光强度，而第三光传感器测量出15000lx的光强度。10000lx和15000lx之间的区别不足以让控制单元确定镜子设备的最优位置不同于第一估计的最优位置。存在第三光传感器测量日光的反射的风险。例如，如果第一和第二光传感器都测量出10000lx的光强度，而第三光传感器测量出20000lx的光强度，则第三光强度和第一光强度或第二光强度之间的差足够大以使得控制单元准确地根据第三光强度来确定镜子设备的最优位置。以此方式，镜子设备的最优位置的确定变得准确和可靠，且不受临时黯淡了日光强度的临时的云的影响。

根据一个可选实施例，所述防护屏中的一个对应于分区遮蔽元件，所述分区遮蔽元件被适配成在所述三个光传感器的第一光传感器或第二光传感器上产生阴影。

第一光传感器和第二光传感器通过防护屏彼此遮蔽，防护屏与接收反射的光的方向的轴线对齐。第一光传感器和与接收反射的光的方向的轴线对齐的防护屏之间的距离等于第二光传感器和与接收反射的光的方向的轴线对齐的防护屏之间的距离。换言之，与接收反射的光的方向的轴线对齐的防护屏与所述第一光传感器和所述第二光传感器等距离。

镜子设备的第一估计的最优位置通过控制三个光传感器中的第一光传感器测量的光强度和三个光传感器中的第二光传感器测量的光强度之间的差(所述三个光传感器是对入射到镜子上的强度的测量)来确定。第一和第二光传感器之间的光强度的差异是由镜子设备不直接面向太阳时分区阴影元件在第一或第二光传感器上生成的影子导致的。镜子设备的第一估计的最优位置因此是其中分区阴影元件不在第一光传感器或第二光传感器上投射影子的镜子设备的位置。换言之，当镜子设备根据第一估计的最优位置来放置时，第一光传感器测量的入射光的第一光强度等于第二光传感器测量的入射光的第二光强度。

根据一个可选实施例，控制单元被进一步适配成：

根据所述第一光强度和所述第二光强度来确定指示所述第一估计的最优位置的参考值；以及

根据所述第三光强度来确定指示所述最优位置的最优参考值。

当基于第一和第二光传感器测量的光强度的比较值超过预确定的限值时，控制单元确定第一估计的最优位置。该比较值等于基于第一和第二光传感器测量的光强度的差的值除以基于第一和第二光传感器分别测量的光强度的和的值的绝对值。这一比较值看上去是对于确定何时应当寻求更好的第一估计的最优位置的良好的基准。已发现该预确定限值优选为0.01并且优选的是仅在比较值大于0.01时确定第一估计的最优位置，因为在该值下可获得良好的定位，但是避免了伴有能量消耗的过度的重新定位。控制单元通过确定根据第一和第二光传感器测量的光强度计算的参考值来确定第一估计的最优位置。该参考值进一步优选地等于基于第一和第二光传感器测量的光强度的差的值与基于第一和第二光传感器测量的光强度的和的值的商。比较值实际上是该参考值的绝对值。基于第一和第二光传感器测量的光强度的差的值优选地通过第一和第二光传感器在不同时间的测量的至少两对光强度的至少两个差来确定。基于第一和第二光传感器测量的光强度的和的值优选地通过第一和第二光传感器在不同时间的测量的光强度的至少两个和来确定。对于和与差，使用相同的相对应的测量的光强度。例如，基本同时由第一和第二光传感器测量的光强度被记录以便计算平均值。相应的第一和第二光强度的优选地至少2个(更优选为5个)值被相等次数地测量和记录以计算对应次数(优选地为5次)的和与差，其中差始终等于第一光强度减去第二光强度，之后分别计算和与差的平均值，使得获得和的平均值(优选为5)以及差的平均值(优选为5)。优选地，如果最优参考值大于0，则镜子设备基于参考值顺时针旋转，如果最优参考值小于0，则逆时针旋转。只要比较值超过预确定的限值，镜子设备就根据参考值纠正第一估计的位置，只要比较值不超过该预确定的限值。只要比较值大于预确定的限值(优选为0.01)，镜子设备根据该参考值通过由控制单元控制的电机来旋转。如果在镜子设备的这一旋转之后该比较值例如小于预确定的限值，则该循环结束。在每2次(更优选地为5次)第一和第二光强度的测量之后，控制单元接收第三光传感器的第三光强度并且基于第三光传感器测量的第三光强度来确定最优位置。以此方式，镜子设备的第一估计的最优位置和最优位置的确定是准确和可靠的。

根据一个可选实施例，所述镜子设备被进一步适配成旋转达所述最优参考值，从而将所述第一估计的最优位置纠正为所述最优位置。

当第三光强度等于或大于根据光强度中的第一光强度或第二光强度确定的强度阈值时，控制单元确定最优参考值以将第一估计的最优位置纠正为最优位置。镜子设备随后旋转达指示该最优位置的最优参考值。当第三光强度小于根据光强度中的第一光强度或第二光强度确定的强度阈值时，控制单元确定第一估计的最优位置为最优位置。这确保了太阳追踪反射镜单元全天的效率被最大化，因为只要三个光传感器能够测量光强度，太阳追踪反射镜系统就始终面向反射向天窗的日光强度最大的方向。

根据一个可选实施例，所述三个光传感器中的第三光传感器被固定地安装在所述两个其它防护屏中的一个上。

以此方式，第三光传感器的位置被挑选以最小化第三传感器测量镜子上的入射光的反射或控制单元上的入射光的反射的风险。这降低了第三光传感器触发对于镜子设备的最优位置的错误检测的风险。

根据一个可选实施例，所述控制单元被固定地安装在所述镜子支撑结构上。

以此方式，控制单元的位置随镜子设备的位置的改变而改变。换言之，光传感器的位置耦合于镜子设备的位置，这大大改善了测量的准确性以及光强度与镜子设备的位置的相关性。

根据一个可选实施例，所述镜子支撑结构被进一步适配成安装在所述天窗的中心部分上。

以此方式，太阳追踪反射镜系统所反射的日光被反射到天窗并且确保其上建造有天窗的建筑的内部照明。

根据一个可选实施例，所述镜子被适配成布置为与所述天窗的中心部分成50°到80°的角。

镜子优选地是平面镜子。镜子优选地被放置为与地面成固定的50°到80°的角，更优选的成60°到70°的角，最优选地成65°的角。替代地，镜子设备包括一个或多个平面或曲面镜子，以相对于地面的相同或不同的角度安装。

根据一个可选实施例，所述控制单元被适配成布置为与所述天窗的中心部分成45°的角。

控制单元被布置成与天窗的中心部分成45°角。替代地，控制单元被布置成与地面成90°角。

根据一个可选实施例，所述控制单元进一步包括一个或多个太阳能板。

以此方式，控制单元的一个或多个太阳能板收集太阳能并且递送能量以操作镜子设备的电机，这使得在需要时能够纠正镜子设备的位置。

根据一个可选实施例，所述太阳追踪反射镜系统进一步包括围绕所述太阳追踪反射镜系统的透明光穹顶，并且所述透明光穹顶密封地封闭所述天窗。

以此方式，太阳追踪反射镜系统通过该透明光穹顶免受外部侵害。该透明光穹顶优选地形成天窗的顶部处的气密密封并且用作为镜子设备的不受天气影响的屏障。太阳追踪反射镜系统完全契合该透明光穹顶。由于光穹顶是透明的，因此其不改变太阳追踪反射镜系统的效率。该透明光穹顶通过胶水和螺钉的组合密封到天窗以避免盗窃。

根据一个可选实施例，所述镜子设备进一步包括一个或多个存储电池。

以此方式，三个光传感器和控制单元的一个或多个太阳能板所收集的太阳能可被存储在电池中。如果日光强度变得过低以致于难以将能量从一个或多个太阳能板递送到镜子设备的电机，则一个或多个电池能够用于将能量递送给电机并继续太阳追踪反射镜系统的正常工作。

根据一个可选实施例，所述镜子支撑结构被进一步适配成相对于所述天窗的中心部分旋转，并且其中所述镜子进一步包括：

适配成固定地布置在所述镜子支撑结构上的第一反射元件；

适配成沿所述镜子支撑结构平移的一个或多个反射元件；

使得：

当所述镜子支撑结构与所述天窗的中心部分平行时，所述第一反射元件和所述一个或多个反射元件被进一步适配成在阴影位置中覆盖所述天窗的所述中心部分；以及

当所述镜子支撑结构与所述天窗的中心部分垂直时，所述一个或多个反射元件被进一步适配成在待机位置中覆盖所述第一反射元件。

镜子设备的镜子可包括固定地布置在镜子支撑结构上的第一反射元件，以及可沿镜子支撑结构平移的一个或多个反射元件。镜子支撑结构被适配成在天窗的中心部分上旋转使得镜子支撑结构到达某一位置，在该位置处，镜子支撑结构与天窗的中心部分平行。同时，一个或多个反射元件被适配成沿镜子支撑结构平移，从而像风扇一样布署。换言之，一个或多个反射元件和第一反射元件沿镜子支撑结构分布并且彼此不重叠，由此覆盖天窗的中心部分。以此方式，第一反射元件和一个或多个反射元件限制日光进入天窗的量。这使得天窗所建造于其上的建筑中的日光强度变暗，这在例如用投影仪作演示等时可能是有用的。镜子支撑结构的尺寸被确定使得镜子支撑结构完全契合天窗的中心部分的底座。第一反射元件和一个或多个反射元件的尺寸被确定使得第一反射元件和一个或多个反射元件在镜子支撑结构平行于天窗的中心部分时并且在一个或多个反射元件和第一反射元件沿镜子支撑结构分散时覆盖天窗的中心部分。替代地，镜子支撑结构被适配成在天窗的中心部分上旋转使得镜子支撑结构到达某一位置，在该位置处，镜子支撑结构与天窗的中心部分垂直。同时，一个或多个反射元件被适配成沿镜子支撑结构在天窗的中心部分的方向上平移，由此形成与天窗的中心部分垂直的反射元件的折叠扇形。换言之，一个或多个反射元件沿镜子支撑结构平移并且折叠在第一反射元件上，由此彼此重叠并且覆盖第一反射元件。以此方式，第一反射元件和一个或多个反射元件允许日光进入天窗。这在日光强度对于太阳追踪反射镜系统的工作而言过低时是有用的，并且仍然保证日光通过天窗提供给建筑。镜子支撑结构的尺寸被确定使得镜子支撑结构在被放置为与天窗的中心部分垂直时完全契合透明光穹顶。第一反射元件和一个或多个反射元件的尺寸被确定使得在镜子支撑结构与天窗的中心部分垂直时一个或多个反射元件覆盖第一反射元件。

根据一个可选实施例，所述控制单元被进一步适配成周期性地根据所述光强度确定所述镜子设备的最优位置。

控制单元周期性地确定所述镜子设备的第一估计的最优位置。优选地，控制单元适配成例如每10分钟、每5分钟等地确定所述镜子设备的第一估计的最优位置。以此方式，控制单元并不连续确定所述镜子设备的第一估计的最优位置，这节省了太阳追踪反射镜系统的能量。

根据本实用新型的第二方面，提供了一种用于优化太阳追踪反射镜系统的位置的方法，所述太阳追踪反射镜系统包括：

适配成将日光反射向天窗的镜子设备；以及

适配成测量光强度的三个光传感器；

所述方法包括以下步骤：

接收由所述三个光传感器中的第一光传感器测量的所述光强度中的第一光强度以及由所述三个光传感器中的第二光传感器测量的所述光强度中的第二光强度；

确定所述镜子设备的第一估计的最优位置；

接收由所述三个光传感器中的第三光传感器测量的所述光强度中的第三光强度；

根据所述三个光强度确定所述镜子设备的最优位置；

将所述第三光强度与根据所述第一光强度和所述第二光强度确定的强度阈值作比较；以及

当所述第三光强度大于所述光强度阈值时将所述第一估计的最优位置纠正为所述最优位置。

天窗是透光的开口，诸如填充建筑围护开口的元件。出于采光目的，天窗形成建筑的屋顶的空间的全部或一部分。根据本实用新型的太阳追踪反射镜系统被适配成安装在天窗中，使得太阳追踪反射镜系统的镜子支撑结构被适配成能够独立于天窗旋转。镜子设备包括适配成反射通过屋顶开口的日光的镜子。对镜子的位置的控制基于太阳的位置。

根据本实用新型的方法优化了太阳追踪反射镜系统的位置，所述太阳追踪反射镜系统包括根据三角形方式布置的三个光传感器。每个光传感器通过防护屏彼此隔开。根据本实用新型，第三光传感器被用于确保镜子设备永远不处于错误位置，即镜子设备全天始终面向镜子设备捕捉和反射的日光强度最大的方向。例如，在日落时，太阳追踪反射镜系统面向西方。在日出时并且在日光强度足以允许三个光传感器测量光强度时，根据分别由第一和第二光传感器测量的第一和第二光强度确定镜子设备的第一估计的最优位置，同时太阳追踪反射镜系统仍然面向西方。然而，在日出时，太阳在东方升起，即例如背离面向西方的太阳追踪反射镜系统旋转180。°换言之，在太阳追踪反射镜系统不直接面向太阳时确定镜子的第一估计的最优位置。受其它两个传感器遮挡的第三光传感器能够测量第三光强度。考虑这一第三光强度来进一步确定镜子设备的最优位置。事实上，当第三光强度大于根据第一光强度或第二光强度确定的强度阈值时，第三光传感器提供存在比第一估计的最优位置更优选的镜子设备的位置的指示。换言之，第三光传感器提供指示存在镜子设备所捕捉和反射的日光强度将比在第一估计的最优位置处镜子设备所捕捉和反射的日光强度更大的镜子设备的最优位置的信息。例如，在日出时，当太阳从东方升起并且当太阳追踪反射镜系统仍然面向西方时，第三光传感器测量指示面向太阳升起的东方的光强度的第三光强度。当这一第三光强度大于强度阈值时，镜子设备的最优位置因此是由第三光传感器所限定的位置。强度阈值例如对应于第一光强度和第二光强度之间的最大值。镜子设备的最优位置因此被确定并且不同于第一估计的最优位置。第一估计的最优位置被纠正到最优位置。另一方面，当第三光强度小于根据第一光强度或第二光强度确定的强度阈值时，第三光传感器提供不存在比第一估计的最优位置更优选的镜子设备的位置的指示。强度阈值例如对应于第一光强度和第二光强度之间的最大值。换言之，当第三光强度小于根据第一光强度或第二光强度确定的强度阈值时，第三光传感器提供指示不存在镜子设备所捕捉和反射的日光强度将比在第一估计的最优位置处镜子设备所捕捉和反射的日光强度更大的镜子设备的最优位置的信息。镜子设备的第一估计的最优位置和镜子设备的最优位置因此是相同的。替代地，当所述光强度中的第三光强度等于或大于根据所述光强度中的第一光强度或第二光强度确定的强度阈值时将所述第一估计的最优位置纠正为所述最优位置。

根据本实用新型，第三光传感器被用于确保镜子设备永远不处于错误位置，即镜子设备全天始终面向镜子设备捕捉和反射的日光强度最大的方向。例如，在日出时，太阳可能被云覆盖但是日光强度仍然足够大以允许太阳追踪反射镜系统工作。太阳追踪反射镜系统事实上面向东方，但是由于是多云天，因此太阳追踪反射镜系统搜索反射到天窗的光的强度大于面向东方时的镜子设备的第一估计的最优位置。太阳追踪反射镜系统标识日光的强度大于面向东方时的北方的点，并且太阳追踪反射镜系统因此确定北方为镜子设备的第一估计的最优位置。第三光传感器捕捉的第三光强度低于根据分别由控制单元的第一和第二光传感器测量的第一光强度或第二光强度确定的强度阈值。镜子设备因此将其位置纠正为镜子设备的第一估计的最优位置。同时，太阳穿透云照射。此时接近于中午，并且太阳因此在南方照射。但是太阳追踪反射镜系统面向北方。第一和第二光传感器不能收集来自太阳的直接入射光，因为控制单元面向北方。然而，第三光传感器面向南方，并因此测量直接从太阳收集的第三光强度。第三光强度因而大于根据分别由控制单元的第一和第二光传感器测量的第一光强度或第二光强度确定的强度阈值。控制单元因此根据三个光强度来确定镜子设备的最优位置，镜子设备的最优位置是第三光传感器的位置，即在这一示例中为南方。镜子设备随后将第一估计的最优位置纠正为该最优位置并且镜子面向南方，即直接面向太阳。第三传感器的使用因此避免了镜子设备处于错误位置。另外，如果日光过于黯淡以致于三个光传感器不能测量光强度，则太阳追踪反射镜系统冻结是有可能的。当追踪操作在冻结时间之后恢复时，第三光传感器的使用确保镜子设备将第一估计的最优位置纠正为反射的强度更大的镜子设备的最优位置，该最优位置指示冻结时间之后太阳的新位置。这最大化了太阳追踪反射镜单元全天的效率。

以此方式，太阳追踪反射镜单元全天的效率被最大化。即使太阳被云覆盖，只要三个光传感器能够测量光强度，太阳追踪反射镜系统就始终面向反射向天窗的日光强度最大的方向。这确保了天窗所属的建筑的工作者和/或居住者的光照体验。三个光传感器的简单实现不要求使用附加的时间传感器、位置传感器或可编程单元，这保证了太阳追踪反射镜系统设计的紧凑性并且确保了简洁性。太阳追踪反射镜系统的实现成本和使用成本也被最小化，因为可使用与第一和第二光传感器相同的第三光传感器。

附图说明

图1图示地解说了根据本实用新型的太阳追踪反射镜系统的实施例的横截面，该太阳追踪反射镜系统包括透明光穹顶并且透明光穹顶被放置在天窗的中心部分之上。

图2图示地解说了根据本实用新型的太阳追踪反射镜系统的实施例的横截面的侧视图，该太阳追踪反射镜系统包括透明光穹顶并且透明光穹顶被放置在天窗的中心部分之上。

图3A到3D图示地解说了根据本实用新型的太阳追踪反射镜系统的控制单元的实施例。

图4A到4C图示地解说了分别处于工作中、处于阴影位置以及处于待机位置下的太阳追踪反射镜系统的实施例的横截面。

具体实施方式

根据图1中以横截面示出的实施例，太阳追踪反射镜系统1包括镜子设备100和控制单元200。镜子设备100包括镜子10、镜子支撑结构11和电机12。可选地，镜子设备100包括存储电池13。控制单元200包括三个光传感器以及分区遮蔽元件25，分区遮蔽元件25被适配成在控制单元200的第一光传感器或第二光传感器上产生阴影。可选地，控制单元200包括一个或多个太阳能板9。可选地，太阳追踪反射镜系统1包括透明光穹顶300。透明光穹顶300被放置在天窗2的中心部分8之上。天窗2包括具有反射壁的轴301，反射壁将太阳追踪反射镜系统1反射的日光/阳光引导向其上建造有天窗2的建筑物。控制单元200被布置成与天窗2的中心部分8成45°角。镜子11被布置成与天窗2的中心部分8成50°到80°角。透明光穹顶300是由例如具有双UV涂层的高品质透明聚碳酸酯或任何其它合适的材料形成的。透明光穹顶300用例如除湿剂(诸如硅剂)覆盖以吸收潜在的冷凝并且控制透明光穹顶300中的湿度。图1中描述的天窗2的底座是正方形的，但是太阳追踪反射镜系统1可被适配在圆形或任何其它想要的形状的天窗2上。电机12是例如DC电机，其具有由两个半桥组成的用于控制两个方向上的旋转的控件。存储电池13可以例如具有3周的自主性。

根据图2中以横截面的侧视图示出的实施例，太阳追踪反射镜系统1包括镜子设备100和控制单元200。镜子设备100包括镜子10、镜子支撑结构11和电机12。可选地，镜子设备100包括存储电池13。控制单元200包括三个光传感器和防护屏24以及分区遮蔽元件25，分区遮蔽元件25被适配成在控制单元200的第一光传感器或第二光传感器上产生阴影。可选地，控制单元200包括一个或多个太阳能板9。可选地，太阳追踪反射镜系统1包括透明光穹顶300。透明光穹顶300被放置在天窗2的中心部分8之上。天窗2包括具有反射壁的轴301，反射壁将太阳追踪反射镜系统1反射的日光/阳光引导向其上建造有天窗2的建筑物。控制单元200被布置成与天窗2的中心部分8成45°角。镜子11被布置成与天窗2的中心部分8成50°到80°角。透明光穹顶300是由例如具有双UV涂层的高品质透明聚碳酸酯或任何其它合适的材料形成的。透明光穹顶300用例如除湿剂(诸如硅剂)覆盖以吸收潜在的冷凝并且控制透明光穹顶300中的湿度。图2中描述的天窗2的底座是正方形的，但是太阳追踪反射镜系统1可被适配在圆形或任何其它想要的形状的天窗2上。电机12是例如DC电机，其具有由两个半桥组成的用于控制两个方向上的旋转的控件。存储电池13可以例如具有3周的自主性。

根据图3A－3D中示出的实施例，控制单元200包括三个光传感器21；22；23、防护屏24、分区遮蔽元件25以及一个太阳能板9。图3A是控制单元200的正视图。如图3A中描绘的，控制单元200包括在其正面上的一个太阳能板9、防护屏24的正面以及位于防护屏24的侧壁上的第三光传感器23。如图3B中的控制单元200的背视图上描绘的，控制单元200包括防护屏24的背面、第一光传感器21和第二光传感器22，第一光传感器21和第二光传感器22由分区遮蔽元件25隔开使得分区遮蔽元件25与第一光传感器21和第二光传感器22等距。如图3C中的控制单元200的侧视图上描绘的，第三光传感器23位于防护屏24的正面并且因此与第一光传感器21和第二光传感器22隔开。如图3C和3D中描绘的，防护屏24包括与控制单元200垂直的第一壁和朝太阳能板9倾斜的第二壁以将第三光传感器23与入射光的可能的反射隔开并且将第三光传感器23与第一光传感器21和第二光传感器22隔开。防护屏24和分区遮蔽元件25由例如具有黑色掩蔽层的PCB材料或用于抵挡日光的反射的任何其它非反射式材料形成。根据一替代实施例，控制单元200包括布置超过一个的太阳能板9，诸如2个、3个、4个等。第一和第二光传感器21；22是相同的。第三光传感器23与第一光传感器21相同并且与第二光传感器22相同。根据一替代实施例，第三光传感器23与第一光传感器21和第二光传感器22不同。这三个光传感器21；22；23是产生与入射光成比例的电压的光敏传感器。这些光敏传感器可包括光伏单元，光伏单元可在入射光处通过1M欧姆的电阻器递送功率，得到30klx下的约3V的电压。放大器可以缓冲器模式放置在光传感器之后以缓冲电压并且吸收功率浪涌。如果第一和第二光传感器21；22被最优地指向太阳或另一最优光点，则两个传感器21；22都生成相等的电压。另一方面，如果第一和第二光传感器21；22未被最优地指向太阳或另一最优光点，则第一和第二光传感器21；22生成不同的电压。根据一替代实施例，控制单元200进一步包括用于测量透明光穹顶300中的温度的温度传感器。控制单元200可工作在例如-20℃到+85℃的温度范围，并且如果温度超出这些限值中的一个时出于安全原因停止工作。

根据图4A-4C中示出的实施例，太阳追踪反射镜系统1包括镜子设备100和控制单元200。如图4A中描绘的，镜子设备100包括第一反射元件14、两个反射元件15、镜子支撑结构11以及电机12。根据一替代实施例，控制单元200包括一个或多个反射元件，诸如1、2、3、4、5等。控制单元200包括三个光传感器以及分区遮蔽元件25，分区遮蔽元件25被适配成在控制单元200的第一光传感器或第二光传感器上产生阴影。可选地，控制单元200包括一个或多个太阳能板9。可选地，太阳追踪反射镜系统1包括透明光穹顶300。透明光穹顶300被放置在天窗2的中心部分8之上。具有与图1中的组件相同的附图标记的组件执行相同的功能。控制单元200被布置成与天窗2的中心部分8成45°角。镜子11被布置成与天窗2的中心部分8成50°到80°角。透明光穹顶300是由例如具有双UV涂层的高品质透明聚碳酸酯或任何其它合适的材料形成的。透明光穹顶300用例如除湿剂(诸如硅剂)覆盖以吸收潜在的冷凝并且控制透明光穹顶300中的湿度。电机12是例如DC电机，其具有由两个半桥组成的用于控制两个方向上的旋转的控件。存储电池13可以例如具有3周的自主性。如图4B中描绘的，镜子支撑结构11可被旋转使得镜子支撑结构11到达某一位置，在该位置处，镜子支撑结构11与天窗2的中心部分8平行。同时，两个反射元件15被适配成沿镜子支撑结构11平移，从而像扇形一样布署。换言之，两个反射元件15和第一反射元件14沿镜子支撑结构11分布并且彼此不重叠，由此在阴影位置16中覆盖天窗2的中心部分8。以此方式，第一反射元件14和两个反射元件15限制日光进入天窗2的量。这使得在其上建造有天窗2的建筑中的日光强度变暗，这在例如用投影仪作演示等时可能是有用的。镜子支撑结构11的尺寸被确定使得镜子支撑结构11完全契合天窗2的中心部分8的底座。第一反射元件14和两个反射元件15的尺寸被确定使得第一反射元件14和两个反射元件15在镜子支撑结构11平行于天窗2的中心部分8时并且在两个反射元件15和第一反射元件14沿镜子支撑结构11分散时覆盖天窗2的中心部分8。

根据图4C中描绘的替代实施例，镜子支撑结构11被适配成在天窗2的中心部分8上旋转使得镜子支撑结构11到达某一位置，在该位置处，镜子支撑结构11与天窗2的中心部分8垂直。同时，两个反射元件14被适配成沿镜子支撑结构11在天窗2的中心部分8的方向上平移，由此形成与天窗2的中心部分8垂直的反射元件14的折叠扇形。换言之，两个反射元件15沿镜子支撑结构11平移并且折叠在第一反射元件14上，由此在待机位置17中彼此重叠并且覆盖第一反射元件14。以此方式，第一反射元件14和两个反射元件15允许日光进入天窗2。这在日光强度对于太阳追踪反射镜系统1的工作而言过低时是有用的，并且仍然保证日光通过天窗2提供给建筑。镜子支撑结构11的尺寸被确定使得镜子支撑结构11在被放置为与天窗2的中心部分8垂直时完全契合透明光穹顶300。第一反射元件14和两个反射元件15的尺寸被确定使得在镜子支撑结构11与天窗2的中心部分8垂直时两个反射元件15覆盖第一反射元件14。

虽然已参考特定实施例示出了本实用新型，但是本领域技术人员应当理解，本实用新型不限于上述说明性实施例的细节，并且本实用新型在不背离其范围的情况下以各种改变和修改来实现。因此，本实施例应在所有方面被理解为是说明性的而非限制性的，本实用新型的范围如附加的权利要求书所述而非前述描述所述，并且权利要求书的等价的含意和范围内的所有变化因此被认为包括在其中。换句话说，预期覆盖落入基本原理的范围内且其本质属性在该专利申请中要求保护的任何和所有修改、变化或等效物。此外，本专利申请的读者应当理解，单词“包括”或“包含”不排除其他元件或步骤，单词“一”或“一个”不排除多个，并且诸如计算机系统、处理器或另一集成单元之类的单个元件可履行权利要求中叙述的若干装置的功能。权利要求书中的任何附图标记不应当被解释为是限制性的。在说明书和权利要求中使用时引入术语“第一”、“第二”、“第三”、“a”、“b”、“c”等，以在类似的元件或步骤之间进行区分，并且这些术语不一定描述先后次序或时间次序。类似地，术语“上”、“下”、“之上”、“之下”等仅处于描述的目的被引入并且不一定要指示相对位置。应当理解，这样使用的术语在合适环境下是可互换的并且本实用新型的实施例能够以其它顺序或不同于以上描述或例示的朝向来操作。

Claims (15)

1.一种用于将日光反射向天窗(2)的太阳追踪反射镜系统(1)，所述太阳追踪反射镜系统(1)包括：

镜子设备(100)，包括：

适配成将日光反射向所述天窗(2)的镜子(10)；

适配成支撑所述镜子(10)并且在所述天窗(2)之上旋转的镜子支撑结构(11)；

适配成旋转所述镜子支撑结构(11)的电机(12)；

适配成确定所述镜子设备(100)的第一估计的最优位置的控制单元(200)；

其特征在于：

所述控制单元(200)包括适配成测量光强度的三个光传感器，使得：

所述三个光传感器被根据三角形方式布置在所述控制单元(200)中；以及

所述三个光传感器各自通过防护屏(24)彼此隔开；

所述控制单元(200)被进一步适配成根据所述光强度确定所述镜子设备(100)的最优位置；

所述镜子设备(100)被进一步适配成当所述光强度中的第三光强度大于根据所述光强度中的第一光强度或第二光强度确定的强度阈值时将所述第一估计的最优位置纠正为所述最优位置。

2.根据权利要求1所述的太阳追踪反射镜系统(1)，其特征在于，所述镜子设备(100)被进一步适配成当所述光强度中的所述第三光强度大于所述光强度中的所述第一光强度两倍或大于所述第二光强度两倍时将所述第一估计的最优位置纠正为所述最优位置。

3.根据权利要求1所述的太阳追踪反射镜系统(1)，其特征在于，所述防护屏(24)中的一个对应于分区遮蔽元件(25)，所述分区遮蔽元件(25)被适配成在所述三个光传感器的第一光传感器(21)或第二光传感器(22)上产生阴影。

4.根据权利要求1所述的太阳追踪反射镜系统(1)，其特征在于，所述控制单元(200)被进一步适配成：

根据所述第一光强度和所述第二光强度来确定指示所述第一估计的最优位置的参考值；以及

根据所述第三光强度来确定指示所述最优位置的最优参考值。

5.根据权利要求4所述的太阳追踪反射镜系统(1)，其特征在于，所述镜子设备(100)被进一步适配成旋转达所述最优参考值，从而将所述第一估计的最优位置纠正为所述最优位置。

6.根据权利要求3所述的太阳追踪反射镜系统(1)，其特征在于，所述三个光传感器中的第三光传感器(23)被固定地安装在所述两个其它防护屏(24)中的一个上。

7.根据权利要求1所述的太阳追踪反射镜系统(1)，其特征在于，所述控制单元(200)被固定地安装在所述镜子支撑结构(11)上。

8.根据权利要求1所述的太阳追踪反射镜系统(1)，其特征在于，所述镜子支撑结构(11)被进一步适配成安装在所述天窗(2)的中心部分(8)上。

9.根据权利要求1所述的太阳追踪反射镜系统(1)，其特征在于，所述镜子(10)被适配成布置为与所述天窗(2)的中心部分(8)成50°到80°的角。

10.根据权利要求1所述的太阳追踪反射镜系统(1)，其特征在于，所述控制单元(200)被适配成布置为与所述天窗(2)的中心部分(8)成45°的角。

11.根据权利要求1所述的太阳追踪反射镜系统(1)，其特征在于，所述控制单元(200)进一步包括一个或多个太阳能板(9)。

12.根据权利要求1所述的太阳追踪反射镜系统(1)，其特征在于，所述太阳追踪反射镜系统(1)进一步包括围绕所述太阳追踪反射镜系统(1)的透明光穹顶(300)，并且所述透明光穹顶(300)密封地封闭所述天窗(2)。

13.根据权利要求1所述的太阳追踪反射镜系统(1)，其特征在于，所述镜子设备(100)进一步包括一个或多个存储电池(13)。

14.根据权利要求1所述的太阳追踪反射镜系统(1)，其特征在于，所述镜子支撑结构(11)被进一步适配成相对于所述天窗(2)的中心部分(8)旋转，并且其中所述镜子(10)进一步包括：

适配成固定地布置在所述镜子支撑结构(11)上的第一反射元件(14)；

适配成沿所述镜子支撑结构(11)平移的一个或多个反射元件(15)；

使得：

当所述镜子支撑结构(11)与所述天窗(2)的中心部分(8)平行时，所述第一反射元件(14)和所述一个或多个反射元件(15)被进一步适配成在阴影位置(16)中覆盖所述天窗(2)的所述中心部分(8)；以及

当所述镜子支撑结构(11)与所述天窗(2)的中心部分(8)垂直时，所述一个或多个反射元件(15)被进一步适配成在待机位置(17)中覆盖所述第一反射元件(14)。

15.根据权利要求1所述的太阳追踪反射镜系统(1)，其特征在于，所述控制单元(200)被进一步适配成周期性地根据所述光强度来确定所述镜子设备(100)的最优位置。