TWI405928B - 太陽光光纖導引照明系統 - Google Patents

Description

太陽光光纖導引照明系統

本發明一種太陽光光纖導引照明系統，係將陽光引到室內照明，達到無用電照明之環保目的。

照明是人類生活必須品，而照明用電與日俱增是不爭的事實，如何節省照明用電是重要課題，在目前已有自然光採光應用的設施，就提升生活品質及增進工作效率而言，自然光採光系統之運用有其重要貢獻，在光學影像進步下，配合追日系統於戶外採集自然光線應用，已有更顯著的發展。有關於追日系統之研究，國內、外已有相當多的文獻報告，主要是配合光伏太陽能電池發電系統。追日系統配合光伏太陽能電池發電系統具有許多優點，在國外並有成熟之商品化產品可供量身訂購，然，有關戶外陽光光線集光器配合追日系統之性能特性與其應用之研究文獻十分有限，因此有關這方面之資訊值得更深一層的去探究與挖掘。整體追日系統可大略分成：集光器、追日系統、光纖、照明輸出等部分。在習知技術的國內文獻方面如下：中央大學能源工程所「太陽追蹤器之設計與測試」、「被動雙軸系統開發」，兩篇論文提及關於追日系統的機械結構、軟體運作以及太陽軌跡在天文學上的數學理論基礎。在國外方面有人做了相關的探討如1.對光纖配合拋物面碟式集光器做實驗，了解角度偏移對光纖接收光的影響，對光纖/集光器的可行性提供一個有效的數據。2.用理論分析複合拋物面集光器搭配光纖的效率，結論認為只要針對光纖全反射的特性設計，便可得到更高的集光率。3.將光纖/集光器搭配III-V族太陽能電池實驗，發現發電效率提高，再次證明光纖/集光器提高光強度並利用光纖傳送的可行性。上述習知文獻的探討在進展到商業化的模式上提供了許多寶貴資料，有其相當貢獻度，然而，目前在市面上仍未見大量使用太陽自然光採光應用的商品，究其因乃因整體結構體龐大複雜、施工架設困難、採光效率未臻理想、系統價格昂貴等等因素，使得本產業尚無法開拓廣大市場，有鑑於此，基於習知技術尚有前述缺失，因此本發明人收集相關資料加以分類、評估、分析各個優缺點後，並經整理研究實驗歷經千辛萬苦，且經過無數次失敗，並經一再修正最後研發出解決上述缺失的竅門，而開發出太陽光光纖導引照明系統，能順利採光利用光纖導入屋使用，且組成元件經精算具精緻、簡單、輕巧、易操作、易組裝與設置、採光效率高、價格便宜、耗電少、使用壽命長，全年無修運作，達省電及降低排碳目的，也解決習知技術的缺失，真是綠能的好產品。

本發明太陽光光纖導引照明系統，係由集光模組、追日控制器、雙軸追蹤機構、轉能與儲能系統、光纖等組成，以追日控制器測光，使雙軸追蹤機構朝光動作，由集光模組採光藉光纖導入屋使用，並由轉能與儲能系統發電供系統應用，完全無外部電力，達節能、省碳、環保綠能特色。

本發明太陽光光纖導引照明系統，採集自然光進屋使用，把紫外線過濾，並保持室內採光照明，不受時間更動，約維持均勻相同亮度，使屋內具陽光普照之效。

首先請參閱所有圖示，本發明一種太陽光光纖導引照明系統，係將太陽光經集光模組集合由光纖導入室內擴散照明使用，達到節能省碳的目的，其實施時：本發明太陽光光纖導引照明系統，包括設集光模組1、追日控制器2、雙軸追蹤機構3、轉能與儲能系統4、光纖5等機構組成，係以雙軸追蹤機構3作主體座(參閱第1、2、3圖)，該雙軸追蹤機構3係由鞍座型框座6及設於其底端之承座7組成，該鞍座型框座6概呈一鞍座型態樣，由其身部包圍出一容納空間8，於身部下端凸伸一承柱9承著，在鞍座型框座6上端外側邊設一容納槽10，槽內10納設齒輪組11及與其連結之馬達12受其帶動，該容納空間8內納設一環座13，其前端係呈圓形狀，底端概呈弧凸狀所組成，具容納空間的結構形態，於其外緣兩端都設嵌孔14，孔內納設支承桿15，並與齒輪組11連結受其帶動，該環座13前端空間內納設一集光模組1，係由設於底面之大凹透鏡16及設於上方的小凹透鏡17組成，該大凹透鏡16貼設於環座13前端，於其緣邊外伸形成數支承桿18，將小凹透鏡17承著，其中，大、小凹透鏡16、17兩凹面都是朝內相對佈設以利採光，該大凹透鏡16近中位置形成一孔洞19，內納設光纖5並延伸至屋內20，其位置係接近小凹透鏡17利於導光，可利用大凹透鏡16表面光滑集光，再反射到小凹透鏡17上集中光度，利用光纖5接收導入屋內20擴散使用，而光纖5可選用高分子材料光纖提高導光效能，其中，為提高陽光反射效能，大、小凹透鏡16、17光反射率要大，重量輕，本發明採鋁、不鏽鋼拋光金屬板(如不銹鋼超薄鏡面板，或鍍鎳塑膠薄板)、玻璃鏡等等來製作發揮效能；該追日控制器2設於環座13前端緣邊，能與環座13同時動作利於測光，係由數顆分東、西、南、北方位設立的光敏電阻21及連結且設於下端的電路板22組成(參閱第2、4圖)，該電路板22至少設有舒密特電路23、OPA放大電路24、惠斯登電橋電路25等元件且作電訊連結，其中，光敏電阻21又稱光感測器，它受光時電阻值隨光強弱改變，即光輻射強度大，電阻值越小，該舒密特電路23用以取得α及γ訊號，係利用光敏電阻21獲取之訊號輸入至舒密特電路23中之一區塊電路以比較獲得α及γ訊號，該OPA放大電路24係將前端舒密特電路23訊號放大，方便辨識、讀取及輸出，該惠斯登電橋電路25接收前端電訊後用以驅動雙軸追蹤機構3，其中，該雙軸追蹤機構3之承座7中心位置設一透孔26以鑲嵌承柱9固定，該承座7概呈環狀，於其外周緣設齒輪27，其上連結含設齒輪的馬達28受其帶動，該等馬達12、28都與惠斯登電橋電路25電訊連結受其電訊動作；該轉能與儲能系統4是光能轉電能設備，設於雙軸追蹤機構3一側，係由太陽能板29及電池30組成，且至少與追日控制器2及雙軸追蹤機構3電訊連結提供用電，該太陽能板29下端連結電路板31，以接收整合電能進電池30儲存應用，其中，太陽能板29設置的位置可設在環座13前端一側，使其與環座13同動順利採光獲得更高的電力，另外，該追日控制器2的光敏電阻21可分設環座13前端四角落以利測光，再者，該光敏電阻21可改設由CMOS取代，不只可獲得同樣的功能外，且更具良好的效能；本發明的另一實施形態是將集光模組1設呈一次鏡的方式實施，也就是採用Fresnel透鏡32佈設在環座13上做為一次鏡新型聚光器(參閱第7、8圖)，Fresnel透鏡32是一種大面積的柔性塑膠薄板，具質量輕、耐高熱、焦距短、波長相關性小、價格低等優點，且易組裝、效率高，成本低的要件，因此只要在每一Fresnel透鏡32下佈設傳導光纖5導入屋內20使用即可，且因Fresnel透鏡32效果佳，可大量於環座13上佈設取得更多光能；上述組成形成太陽光光纖導引照明系統33(參閱第5、9圖)，系統開機時歸始原點，動作時追日控制器2追蹤太陽光方位，並發出電訊使雙軸追蹤機構3朝光方向轉動，使集光模組1採光，由光纖5導入屋內20擴散照明，並保持均勻亮度，而系統電力由轉能與儲能系統4提供，無外部電力，具安全、無污染與環保優勢，並達零排碳的綠色環境目的，綜上本發明的組成元件，經過構思、精算、佈設而成，整體系統簡單輕巧、易組裝與設置、壽命長、成本低、效能高，實為一優良之發明。

另外，為提升效率，可在電路板22內設太陽路徑資料庫裝置34(參閱第4圖)，例如燒錄一晶片型太陽路徑晶片，或是具備該功能的裝置，該裝置會把某一地區(如台灣)太陽一整年路徑完整記錄下來資料燒錄進去，當追日控制器2受限無法發揮功能時，則啟動該裝置使雙軸追蹤機構3朝陽光方向轉動，自動定位到該時間太陽光角度以採光，並依該路徑運作，使系統不停機之目的。

再者，為過濾有害陽光可在光線路徑上設一濾光板35將有害光線如紫外線等隔離(參閱第1、3、5圖)，濾光板35的形式也可以是一種鍍膜或是濾光玻璃等物可將有害光線隔離之物。

另外，該環座13可擴大架體，將設於上的集光模組1可多組設在環座13上且每一集光模組1(參閱第6圖)下端都有光纖5導光後傳入屋內20發揮更大效益。

1．．．集光模組

2．．．追日控制器

3．．．雙軸追蹤機構

4．．．轉能與儲能系統

5．．．光纖

6．．．鞍座型框座

7．．．承座

8．．．容納空間

9．．．承柱

10．．．容納槽

11．．．齒輪組

12．．．馬達

13．．．環座

14．．．嵌孔

15．．．支承桿

16．．．大凹透鏡

17．．．小凹透鏡

18．．．支承桿

19．．．孔洞

20．．．屋內

21．．．光敏電阻

22．．．電路板

23．．．舒密特電路

24．．．OPA放大電路

25．．．惠斯登電橋電路

26．．．透孔

27．．．齒輪

28．．．馬達

29．．．太陽能板

30．．．電池

31．．．電路板

32．．．Fresnel透鏡

33．．．太陽光光纖導引照明系統

34．．．太陽路徑資料庫裝置

35．．．濾光板

第1圖本發明集光模組圖。

第2圖本發明追日控制器結構圖。

第3圖本發明分解圖。

第4圖本發明追日控制器電路圖。

第5圖本發明立體圖。

第6圖本發明另一實施例圖。

第7圖本發明Fresnel透鏡導光圖。

第8圖本發明Fresnel透鏡實施圖。

第9圖本發明太陽光光纖導引照明系統應用實施例圖。

1．．．集光模組

2．．．追日控制器

3．．．雙軸追蹤機構

4．．．轉能與儲能系統

5．．．光纖

33．．．太陽光光纖導引照明系統

35．．．濾光板

Claims (8)

1. 一種太陽光光纖導引照明系統，包括：雙軸追蹤機構由鞍座型框座及設於底之承座組成，該鞍座型框座於身部圍出容納空間，於下端凸伸承柱，在上端外側邊設容納槽，內納設齒輪組及與其連結之馬達，該容納空間內設環座，於其外緣兩端設嵌孔，內設支承桿並與齒輪組連結，該承座概呈環狀，於中心設透孔鑲嵌承柱，並於外緣設齒輪，其上連結馬達；集光模組由大凹透鏡及設於上方小凹透鏡組成，大凹透鏡貼設於環座前端，於其緣邊外伸數支承桿承著小凹透鏡，其中，大、小凹透鏡兩凹面都朝內相對佈設，該大凹透鏡近中位置設孔洞，內設光纖延伸屋內；追日控制器設於環座前端緣邊，由光敏電阻及設於下端的電路板組成，該光敏電阻由東、西、南、北方位分散佈設，該電路板至少設舒密特電路、OPA放大電路、惠斯登電橋電路等組成且電訊連結，其中，前述馬達都與惠斯登電橋電路電訊連結；轉能與儲能系統設於雙軸追蹤機構一側，由太陽能板及電池組成，至少與追日控制器及雙軸追蹤機構電訊連結，該太陽能板下端連結電路板；上述組成太陽光光纖導引照明系統，該集光模組採光由光纖導入屋內擴散照明，達綠色環境目的。
2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽光光纖導引照明系統，該集光模組之大、小凹透鏡採鋁、不鏽鋼拋光金屬板、玻璃鏡等製作。
3. 如申請專利範圍第1項所述之太陽光光纖導引照明系統，該電路板內設太陽路徑資料庫裝置達不停機目的。
4. 如申請專利範圍第1項所述之太陽光光纖導引照明系統，集光模組由大凹透鏡及設於上方小凹透鏡組成，其中，為過濾有害陽光在光線路徑設濾光板，形式為鍍膜或濾光玻璃等物。
5. 如申請專利範圍第1項所述之太陽光光纖導引照明系統，其中，該集光模組改設呈一次鏡的方式實施，即採用Fresnel透鏡做一次鏡聚光器，於下佈設傳導光纖導入屋內使用。
6. 如申請專利範圍第1項所述之太陽光光纖導引照明系統，其中，該環座擴大將集光模組多組設在上，且每一集光模組下端都設光纖導光後傳入屋內使用。
7. 如申請專利範圍第1項所述之太陽光光纖導引照明系統，該大凹透鏡近中位置設孔洞，內設光纖延伸屋內，其中，光纖改設高分子材料光纖取代。
8. 如申請專利範圍第1項所述之太陽光光纖導引照明系統，追日控制器設於環座前端緣邊，由光敏電阻及設於下端的電路板組成，其中，光敏電阻改設由CMOS取代。