一种基于光导纤维的太阳能采光发电系统及使用方法

本发明涉及太阳能发电设备领域，具体为一种基于光导纤维的太阳能采光发电系统及使用方法。

背景技术：

1、传统窗户和天窗等自然采光方式已经不能满足高层化和密集化建筑物室内的采光要求，对长期在此环境中生活与工作的人们身心健康带来不良影响。此外，市政电网等人工照明方式需要消耗大量化石燃料，加剧了环境污染和温室效应，不利于实现我国的“碳达峰”和“碳中和”目标。

2、基于此，本发明设计了一种基于光导纤维的太阳能采光及发电装置，无需外部供能便可为复杂建筑、地下室及采光较差的室内提供舒适、健康的自然照明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于光导纤维的太阳能采光发电系统及使用方法，有利于实现太阳能采光发电。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于光导纤维的太阳能采光发电系统及使用方法，包括采光板，所述采光板固定连接一组均匀分布的菲涅尔透镜一，所述采光板固定连接阳光追踪传感器，支座固定连接水平角步进电机，所述支座固定连接减速箱二，所述水平角步进电机的输出轴固定连接所述减速箱二的输入轴，所述减速箱二的输出轴固定连接支架，所述支架固定连接高度角步进电机，所述支架固定连接减速箱一，所述高度角步进电机的输出轴固定连接所述减速箱一的输入轴，所述减速箱一的输出轴固定连接转轴，所述采光板两侧分别通过一组螺栓固定连接u型固定装置，两个所述转轴分别固定连接对应的所述u型固定装置，两个所述转轴分别固定连接轴承的内圈，两个所述轴承的外圈分别固定连接所述支架，所述采光板及底板分别固定连接四个可调螺栓，每个所述可调螺栓分别螺纹连接可调螺杆的一端，所述底板固定连接一组二次聚光器，每个所述二次聚光器分别固定连接光导纤维的一端，每个所述光导纤维的另一端分别固定连接光纤散光器。

3、优选的，一组太阳能电池片镶嵌固定在采光板的四边。

4、优选的，所述高度角步进电机及所述水平角步进电机分别电性连接所述太阳能电池片。

5、优选的，所述采光板固定连接防尘外壳，所述底板设置在所述防尘外壳内。

6、优选的，所述采光板前侧设置有高透明亚克力板，所述高透明亚克力板固定连接所述防尘外壳。

7、优选的，所述阳光追踪传感器包括底座，所述底座固定连接内螺纹套筒，所述内螺纹套筒螺纹连接外螺纹套筒，所述外螺纹套筒固定连接菲涅尔透镜二，所述底座中心固定连接透明圆柱，所述底座固定连接所述采光板，所述底座固定连接数据接口；

8、所述底座103固定连接电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7及电阻r8，所述电阻r1、所述电阻r2、所述电阻r3、所述电阻r4、所述电阻r5、所述电阻r6、所述电阻r7及所述电阻r8为光敏电阻；

9、所述电阻r1、所述电阻r2、所述电阻r3、所述电阻r4位于以所述透明圆柱中心为圆心的圆环内，间隔90°分布，位于所述内螺纹套筒外侧；

10、所述电阻r5、所述电阻r6、所述电阻r7、所述电阻r8位于以所述透明圆柱中心为圆心的圆环内，间隔90°分布，位于所述内螺纹套筒外侧。

11、优选的，所述二次聚光器包括空心圆台，所述空心圆台固定连接铝制散热片，所述空心圆台固定连接所述光导纤维，所述光导纤维固定连接螺母 m1，所述螺母 m1紧贴所述背板一侧，所述光导纤维固定连接螺母 m2，所述螺母 m2紧贴所述背板另一侧。

12、优选的，所述光纤散光器包括壳体，所述壳体一端固定连接面板，所述圆板固定连接一组透镜，所述壳体另一端固定连接底板，所述底板固定连接一组led补光灯及光导纤维发射端，所述光导纤维发射端固定连接所述光导纤维。

13、一种基于光导纤维的太阳能采光发电系统使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

14、步骤一：将本装置安装到合适的位置；

15、步骤二：所述阳光追踪传感器定位太阳角度后，通过控制器控制所述高度角步进电机和所述水平角步进电机转动，带动所述采光板转动，进而使得所述采光板与太阳光时刻保持垂直，提高太阳光的利用效率；

16、步骤三：太阳光线通过所述菲涅尔透镜一被聚焦在所述二次聚光器上，通过所述光导纤维将其传输给所述光纤散光器，使用户得到舒适、健康的自然光；

17、通过调节所述可调螺杆伸出所述可调螺栓的长度改变所述采光板与所述背板之间的垂直距离，进而改变所述菲涅尔透镜一聚光后形成的高亮光斑的直径大小。

18、优选的，所述步骤二的具体流程为：

19、步骤二一：首先进行粗略追踪，利用所述电阻r1及所述电阻r3识别太阳水平角变化，所述电阻r2及所述电阻r4识别高度角变化；

20、当太阳光与所述底座不垂直时，所述内螺纹套筒及所述外螺纹套筒会在背对太阳光一侧的底板上的留下阴影，遮住该侧电阻，使遮光侧的电阻大于向光侧的电阻，控制器处理分析后控制执行机构做出相应的动作变化，直到粗略调节组中的四颗光敏阻值相同；

21、步骤二二：启动精确调节模式，利用所述电阻r5及所述电阻r7识别太阳水平角变化，所述电阻r6及所述电阻r8识别高度角变化，阳光经过所述菲涅尔透镜二聚焦后，形成的太阳耀斑聚集在所述内螺纹套筒筒底内某处，当阳光与所述底座不垂直时形成的耀斑就聚集在所述透明圆柱以外的位置，靠近耀斑的光敏电阻阻值就会变小，此时控制器对信号处理分析后控制执行机构做出相应的动作变化，直到耀斑聚集在所述透明圆柱，此时八颗光敏电阻受到的光照强度和受光面积相同，即所述采光板与太阳光垂直的时刻；

22、可以通过旋转所述外螺纹套筒来调节所述菲涅尔透镜二与所述底座之间的距离，调整聚焦后形成的耀斑大小，进而调节所述阳光追踪传感器的追踪精确度。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

24、本发明的采光和发电是两种功能，目前现有技术基本只有采光功能，本专利把太阳能电池片内嵌于采光板无菲涅尔透镜一的地方，解决了自身系统供电需求，同时可以把剩余的电能通过蓄电池储存起来供led补光灯使用。

25、（1）利用光导纤维解决了阳光传输问题，为复杂建筑、地下室及采光较差的室内的自然光照明提供了可能。

26、（2）设计的阳光追踪系统解决了阳光收集效率问题，可以使采光板垂直于太阳，使太阳光以最高效率传输到室内。

27、（3）把太阳能电池片内嵌于采光板无菲涅尔透镜一的地方，解决了自身系统供电需求，同时可以把剩余的电能通过蓄电池储存起来供led补光灯使用。

28、（4）在光纤采光器设计中，增加了散热片设计结构有效的解决了高温对光纤造成的伤害问题，可以保证该系统长时间稳定工作。

29、（5）光纤散光器采用了阳光与人工照明一体化设计，解决了阳光过于集中问题，同时该装置增加了led补光灯，解决了光线不足和夜间照明问题。

30、（6）采光台用高透明亚克力板与防尘外壳包裹起来，光纤外层包裹黑色保护套，因此设备在运行中有效的解决了防护、防尘、抗老化等问题。