定向导入阳光装置的制作方法

1.本实用新型涉及太阳能应用领域，具体是定向导入阳光装置。


背景技术：

2.照明是人类消耗能量最多的一项需求。据统计，发达国家的照明能耗占总能耗的9％以上，我国发达地区的照明能耗占总能耗的6％～9％。以美国为例，每天花在照明上的费用高达1亿美元以上，占全部发电量的1/4左右，而在照明用电中真正用于发光的不过25％，其余则变为了热能。
3.众所周知，太阳光是最典型、能量最强的自然光源，并且取之不尽，用之不竭。但实际上，仅有很少的太阳光通过玻璃窗、天窗，为人们用做室内照明，因此进一步开发利用太阳光不仅具有极大的潜力，可以有效节能，同时也符合人类追求高品质生活质量和生活环境的现代生活理念。
4.太阳光光纤采光照明技术由于具有系统体积小巧、照明方式特殊等优点，因此长期以来一直是国外的研究热点之一。这项技术通过聚光元件高效采集太阳光，借助柔软的光纤将太阳光很方便地传至任何所需场所使用，并且为提高采光效率，整机还配备有实时、精确跟踪太阳的装置。本实用新型申请人对该课题也进行了长期深入的研究，其核心技术成果曾向国家知识产权局提交过申请号为：200710022259.6、200810196402.8多项专利申请，其中已授权的200720037444.8《阳电采光器》公开了一种有聚光采光器、驱动聚光采光器转动的机械传动装置、控制机械传动装置的光信号反馈处理电路、向光信号反馈处理电路传送探测信号的光敏探测传感器组成的采光装置。该装置的具体情况可以参见已公开的专利文件，有光自动跟踪控制的基本过程为：当光敏探测传感器中的探测传感器件感知太阳光入射光线角度变化时，将向跟踪控制电路发出相应信号，在跟踪控制电路中信号经比较、放大处理后，控制机械传动机构向调整入射光线的相应方向运转，直至太阳光入射角度达到理想状态。
5.虽然本实用新型申请人经过对聚光、跟踪、传光等多项技术的成功攻关，使自行研制的自动跟踪太阳采光装置的性能价格比已处于国际领先水平，但由于该装置对光纤的长距离、低损耗传输性能和低成本制造技术要求都很高，而特定光纤的传输波长受到限制，加之国内家庭经济承受能力有限，因此尚未能在国内得到大面积推广应用。


技术实现要素：

6.本实用新型要解决的技术问题就是克服以上的技术缺陷，提供一种长距离、高效率、全光谱、低成本采集并定向导入阳光装置，避开上述技术中采用传光光纤存在的高传输性能与价格的矛盾，从而使其适合国情，得以推广。
7.为了解决上述问题，本实用新型的技术方案为：定向导入阳光装置，包括采光折射和反射、漫射传输系统、感光探测传感器、追踪控制系统、机械传动装置、半球形顶部圆孔透明防护罩、支架、转动支座、单向推力球轴承、下圆板、电机固定板、螺钉、单列向心球轴承、
有机玻璃电机罩、转动轴、碰停器、垫板、圆基座、圆周防护板、通风器和伸缩杆电机，所述采光折射和反射、漫射传输系统包括透明棱镜圆板、反光圆镜、光导圆管、菲涅尔聚光镜、透明圆板和反射板，所述感光探测传感器包括东西方位角感光探测传感器和环境光感光探测传感器，所述追踪控制系统包括太阳光追踪感光探测传感器、微机全自动程序控制器、机械传动装置、中央处理电路和动作驱动电路，所述中央处理电路连接中央处理器，所述动作驱动电路包括驱动器、继电器、步进电机和限位开关；
8.所述步进电机固定连接在半球形顶部圆孔透明防护罩的顶部，所述透明棱镜圆板通过转动支座安装在与水平方向成45
°
，并且反光圆镜由支架与转动支座连接透明棱镜圆板成90
°
固定；
9.所述太阳光追踪感光探测传感器和限位开关通过控制系统向机械传动装置的步进电机输送控制指令，所述控制系统驱动透明棱镜圆板、反光圆镜做东西方向转动调整，将采集最大面积汇聚阳光，折射和反射、漫射向下传输到圆基座下方的反射板上，所述反射板的调整角度由伸缩杆电机控制，再定向导入阳光，将阳光传输到指定位置。
10.进一步，所述步进电机经单列向心球轴承通过电机固定板和下圆板采用单向推力球轴承支撑连接固定在半球形顶部圆孔透明防护罩的顶部，所述转动支座与步进电机转轴用螺钉连接，所述环境光感光探测传感器和东西方位角感光探测传感器安装在透明棱镜圆板上，所述圆基座外壁装有圆周防护板，所述圆基座内壁装有光导圆管，二十个所述通风器装在圆基座底座的透明圆板上，并在透明棱镜圆板与反光圆镜对称中心左右
°
位置的电机固定板上装有两个东西方向限位开关以及两个东西方向限位保险开关，所述转动支座上朝东西方向对中装有碰停器。
11.进一步，所述透明棱镜圆板采用聚碳酸酯材料，其表面形状为上面三角直齿横行组合，下面为平面，所述反光圆镜以及反射板为冷光平面反射镜也可为凹曲面聚光反光镜或凸曲面扩光反光镜，其材质为金属铝、不锈钢、玻璃或pc材料，且工作表面均须经过真空镀银膜制镜处理。
12.进一步，所述追踪控制系统是环境光感光探测传感器检测环境光的亮度以此来判断是否有太阳，所述东西方位角感光探测传感器将东西方向的太阳能信号转换成电信号，所述中央处理电路对太阳光跟踪传感器的信号进行采集后，经运算放大电路放大信号后传输给中央处理器，中央处理器分析后给出控制信号至动作驱动电路，中央处理器给出的控制信号经驱动器放大后驱动继电器，由继电器控制步进电机动作，反射板的定向导入阳光时，调整角度由伸缩杆电机手动控制。
13.进一步，所述透明棱镜圆板上根据光线正中要求时装7片整圆菲涅尔聚光镜，根据光线偏向要求时装14片半圆菲涅尔聚光镜，根据光线偏向3面要求时装28片4分之1圆菲涅尔聚光镜。
14.本实用新型与现有的技术相比的优点在于：透明棱镜圆板和反光圆镜折射和反射效率的面积最大化其光路始终朝向下传输，再通过菲涅尔螺纹聚光镜将阳光传输到，圆基座下方，另外所设的反射板上，角度调整由伸缩杆电机控制，再定向导入阳光，将阳光传输到需要光照的地方；使采集的光得到最大效果的利用，有效降低了成本；设施安装方便灵活，可以适应各种建筑形成的需要，尤其可以应用于高层建筑楼，利用屋顶阳光改善高楼内的光线。
15.综上所述，本实用新型不仅能传输可见光，还能传输红外光、紫外光，因此真正实现了太阳光的全光谱利用；具有设计方案科学合理，适合各种建筑的大面积采光需求，同时经济适用，采光效果高。是一套完整的采光解决方案，推广后将产生较高的社会效益和经济效益。
附图说明
16.图1是定向导入阳光装置折射和反射结构正视示意视图。
17.如图所示：1、透明棱镜圆板，2、半球形顶部圆孔透明防护罩，3、东西方位角感光探测传感器，4、环境光感光探测传感器，5、支架，6、转动支座，7、单向推力球轴承，8、下圆板，9、电机固定板，10、螺钉，11、单列向心球轴承，12、步进电机，13、有机玻璃电机罩，14、转动轴，15、限位开关，16、碰停器，17、垫板，18、反光圆镜，19、圆基座，20、圆周防护板，21、光导圆管，22、菲涅尔聚光镜，23、透明圆板，24、通风器，25、反射板，26、伸缩杆电机。
具体实施方式
18.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
19.如图1所示，定向导入阳光装置，主要包括反光圆镜18、透明棱镜圆板1、感光探测传感器、追踪控制系统、机械传动装置、限位开关15、光导圆管21、半球形顶部圆孔透明防护罩2、设在半球形顶部圆孔透明防护罩2顶部的步进电机12、以及圆基座19下方的反射板25和伸缩杆电机26所组成。
20.步进电机12连接固定在半球形透明防护罩2的顶部，透明棱镜圆板1通过转动支座6安装在与水平方向成45
°
，并且反光圆镜18由支架5与转动支座6连接透明棱镜圆板1成90
°
固定，环境光感光探测传感器4和东西方位角感光探测传感器3安装透明棱镜圆板1上；圆基座19外壁装有圆周防护板；圆基座19内壁装有光导圆管21；20个通风器24装在圆基座19底座上；并在透明棱镜圆板1与反光圆镜18对称中心左右150
°
位置的电机固定板9，装有两个东西方向限位开关15，并装有两个东西方向限位保险开关15，在转动支座6上朝东西方向对中装有碰停器16。
21.根据光线正中要求时透明圆板23上装7片整圆菲涅尔聚光镜22；根据光线单面偏向要求时透明圆板23上装14片半圆菲涅尔聚光镜22；根据光线偏向3面要求时透明圆板23上装28片4分之1菲涅尔聚光镜22.
22.感光探测传感器是在设有检测太阳光位置的传感器分为二组：环境光感光探测传感器4、东西方位角感光探测传感器3；环境光感光探测传感器4检测环境光的亮度以此来判断是否有太阳；东西方位角感光探测传感器3向控制系统提供太阳东西方向位置信息，通过东西方位角感光探测传感器3的太阳位置的检测，驱动反光圆镜18和透明棱镜圆板1围绕作东、西平面方向角度调整；其复合运动的结果使采光系统的透明棱镜圆板1的采光面可以始终朝向太阳，采集最大面积汇聚阳光，将阳光折射和反射、漫射的方式传输光路向下，射向圆基座19下方的反射板25，反射板25的调整角度由伸缩杆电机26控制。
23.追踪控制系统是东西方位角感光探测传感器3和环境光感光探测传感器4将东西方向的太阳能信号转换成电信号；中央处理电路：对太阳光跟踪传感器的信号进行采集后，经运算放大电路放大信号后传输给中央处理器，中央处理器分析后给出控制信号至动作驱动电路；动作驱动电路：有驱动器、限位开关15、继电器和步进电机12组成，中央处理器给出的控制信号经驱动器放大后驱动继电器，由继电器控制步进电机12动作；追踪控制系统可以借用《太阳光聚光器控制系统》专利号200910026741.6和《一种太阳聚光器的控制方法》专利号200910031297.7等专利的现有技术。
24.实践证明，一种定向导入阳光装置低耗电、长距离、高效率、全光谱、低成本地采集并传输太阳光，并且工艺简单，便于推广应用。
25.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
26.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
27.以上对本实用新型及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。