高效跟踪式太阳能集热及采光照明一体化装置的制作方法

本发明属于太阳能光热利用、自然采光领域，特别是涉及一种高效跟踪式太阳能集热及采光照明一体化装置。

背景技术：

随着经济的发展，资源日趋紧缺，太阳能凭借着它的绿色、环保、富足，渐渐成为新能源利用的中流砥柱。目前，太阳能热水器、太阳光照明系统在生活当中已经相对普遍。但是，太阳光照明系统仅利用了太阳光中的可见光部分，这就造成了红外光的浪费；太阳能热利用系统主要吸收部分可见光和红外光，其中红外光占有很大比例，利用红外光加热导热介质效率高，可满足热利用的需要；太阳光热利用系统的固定导致系统效率降低。因此，发明一种集热与采光照明一体化装置来提高太阳能光热系统的综合利用率是极为必要的。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种高效跟踪式太阳能集热及采光照明一体化装置，以改进现有太阳光照明系统中红外光被浪费的缺陷、克服因太阳光利用装置固定而收集不足的弊端，提高太阳光的利用率。

为实现上述目的，本发明采取的方案是提供一种高效跟踪式太阳能集热及采光照明一体化装置，包括太阳光反射及跟踪一体化装置、可见光收集装置、可见光传导装置、集热瓦。

所述太阳光反射及跟踪一体化装置，其中：第一反光镜、第二反光镜通过焊接固定，所述第一反光镜端部安装四个太阳光跟踪传感器，所述两个太阳光跟踪传感器控制下部大电机带动太阳光反射及跟踪一体化装置始终跟随太阳位置沿水平方向转动，转动范围为0度～180度，转动方向为顺时针和逆时针；所述另外两个太阳光跟踪传感器控制两个小电机带动太阳光反射及跟踪一体化装置沿垂直方向运动，运动范围为20度～90度；所述连杆上端连接第一反光镜、所述连杆下端连接小转盘，所述小转盘与小电机相连接，所述小电机固定在下部大转盘上，所述下部大转盘与下部大电机相连接；所述下部大电机带动下部大转盘转动以实现跟踪太阳光、所述上部大电机带动上部大转盘转动，所述两个转盘转动方向相反。

所述可见光收集装置，其中：所述可见光收集装置上部为减反射可见光与反射红外光双功能镀膜凸透镜，所述可见光收集装置始终跟随第一反光镜、第二反光镜移动，以保证平行光全部入射到凸透镜上，汇聚到一点后由光纤接出。

所述可见光传导装置，其中：所述光纤位于光纤管，所述光纤始端位于可见光收集装置内、末端通过外框上的设有硅胶密封层的接出口密封接出。

所述集热瓦装置包括：波形透明面层、集热瓦外壳、中部吸热层、下部保温隔热层、导热介质进出口管均位于外框内部且固定于上部大转盘上；所述导热介质进出口管从外框下部设有硅胶密封层的接出口处密封接出。

本发明具有以下优势：

(1)本发明使用减反射可见光与反射红外光双功能镀膜凸透镜将可见光和红外光分离，可见光用于室内照明、红外光用于加热导热介质。当前太阳光照明系统将红外光和可见光一起引入室内，而可见光已能满足室内照明的需要，这就造成红外光的浪费。本发明将红外光和可见光分离并分别利用，比较传统的太阳光照明系统，浪费的红外光被充分利用。

(2)本发明所使用的太阳光反射及跟踪一体化装置和可见光收集装置组合在一起使用，完善了固定太阳光收集装置无法跟踪太阳运动而造成太阳光浪费的缺点。可见光收集装置始终与通光孔平行，且两者相对位置固定，以保证从通光孔进入的平行太阳光全部入射到可见光收集装置表面的凸透镜上，凸透镜将可见光汇集于一点后由光纤传出。通过使用太阳光反射及跟踪一体化装置和可见光收集装置可将太阳光的接收效率提高30％～40％。

(3)本发明可根据实际情况将太阳光集热及照明一体化装置并联使用，利用外框上的螺栓孔与建筑物固定，安装方便，实用性强。

附图说明

图1为本发明的太阳能集热及采光照明一体化装置结构示意图；

图2为本发明中的太阳光反射及跟踪一体化装置和可见光收集装置示意图；

图3为本发明中的太阳能集热及采光照明一体化装置部分剖面图；

图4为本发明中的集热瓦详图；

图5为本发明中的可见光收集装置部位滚珠连接放大图；

图6为本发明中的第一反光镜反面详图；

图7为图1俯视图；

图8为图1中a-a剖面图；

图9为图1中b-b部分剖面图；

图10为图1中c-c剖面图；

图11为本发明中的可见光收集装置下部管路详图。

图12为本发明中的小电机连接部位详图。

图中：

1.第二反光镜2.第一反光镜3.外框4.集热瓦

4-1.波形透明面层4-2.集热瓦外壳4-3.吸热层

4-4.保温隔热层5.可见光收集装置壳体6.大转盘

6-1.上部大转盘6-2.下部大转盘7.小电机8.大电机

8-1.上部大电机8-2.下部大电机9.第二反光镜支柱

10太阳光跟踪传感器11.可见光收集装置支柱12.连杆

13-1.可见光收集装置连杆13-2.可见光收集装置连轴

14.小转盘15.导热介质进出口管15-1.导热介质进口管

15-2.导热介质出口管16.光纤管17.光纤

18.减反射可见光与反射红外光双功能镀膜凸透镜19.空心转轴19-1.

上部空心转轴19-2.下部空心转轴20.通光孔

21.第一反光镜固定轴22.高反射层23.螺栓孔24.接出口

具体实施方式

结合附图对本发明的高效跟踪式太阳能集热及采光照明一体化装置结构加以说明并描绘具体的实施方式。

如图1所示的高效跟踪式太阳能集热及采光照明一体化装置，包括：太阳光反射及跟踪一体化装置、可见光收集装置、可见光传导装置、集热瓦。

如图2和图7所示的太阳光反射及跟踪一体化装置包括太阳反射装置和太阳光跟踪装置，太阳光反射装置中第一反光镜2与第二反光镜1之间通过第二反光镜支柱9焊接固定，所述太阳光经过第一反光镜2和第二反光镜1的两次反射之后形成平行光，经过通光孔20，完全到达可见光收集装置表面；所述太阳光跟踪装置中四个太阳光跟踪传感器10固定于第一反光镜2顶部，所述连杆12上端连接第一反光镜固定轴21，所述连杆12下端连接小转盘14，所述小转盘14与小电机7相连接，所述小电机7固定在下部大转盘6-2上，所述下部大转盘6-2与下部大电机8-2相连接，所述太阳光跟踪传感器10控制下部大电机8-2带动太阳光反射及跟踪一体化装置始终跟随太阳位置水平转动，转动角度为180度，转动方向为顺时针和逆时针，所述下部大电机8-2带动下部大转盘6-2保持和上部大转盘6-1相反的方向运动，以保持上部大转盘相对外框3为静止状态。所述太阳光跟踪传感器10控制小电机7带动太阳光反射装置及跟踪一体化装置垂直运动，如图9所示，所述第一反光镜2与外框3接触位置有滚珠，该滚珠位于外框3上部的固定球槽内，所述外框3下部设有螺栓孔23可与建筑物固定连接，所述第一反光镜2始终与外框3接触。当太阳运动时，所述太阳光跟踪传感器10控制大电机8、小电机7带动太阳光反射装置跟踪太阳方位运动。

本发明的所述可见光收集装置如图5所示，包括可见光收集装置外壳5和减反射可见光与反射红外光双功能镀膜凸透镜18。如图3所示，所述经反射装置反射后的平行光全部入射到可见光收集装置表面，所述可见光收集装置表面为减反射可见光与反射红外光双功能镀膜凸透镜18。所述可见光通过该镀膜凸透镜18进入可见光收集装置内部，汇集到一点后，通过光纤17输出；所述红外光在镀膜凸透镜18表面反射，到达如图6所示的第一反射镜2反面的高反射层22后，再反射到集热瓦4上。所述可见光收集装置与可见光收集装置连杆13-1连接，所述可见光收集装置连杆13-1与连杆12通过可见光收集装置连轴13-2固定连接，可见光收集装置连杆13-1和连杆12平行，且位置相对固定，以保证可见光反射装置和可见光收集装置同步运动，平行光线从通光孔20完全入射到可见光收集装置。可见光收集装置被可见光收集装置支柱11支撑，可见光收集装置支柱11内含的球孔里的滚珠与可见光收集装置接触，所述可见光收集装置始终跟随第一反光镜2、第二反光镜1移动，以保证平行光能全部入射到可见光收集装置。

本发明的所述太阳光导光装置，包括光纤管16和光纤17，如图3和图11所示：所述可见光通过光纤17输出，所述光纤17位于光纤管16内，并从上部空心转轴19-1、下部空心转轴19-2、上部大转盘6-1、下部大转盘6-2、上部大电机8-1、下部大电机8-2穿出，并在外框3处的接出口24处密封接出。

本发明的所述集热瓦4如图4所示，包括上部波形透明面层4-1、集热瓦外壳4-2、中部吸热层4-3、下部保温隔热层4-4、导热介质进出口管15。如图3和图10所示，所述集热瓦位于外框3中，并固定在上部大转盘6-1上，由于上部大转盘6-1相对外框3为静止状态，所述集热瓦4位置固定，以保证导热介质进出口管15从空心转轴19、大转盘6及电机8穿出时，不和其他部件相撞。如图11所示，所述导热介质进出口管15与光纤管16位置固定，互不交叉。所述集热瓦4内部为真空状态，所述导热介质进口管15-1、导热介质出口管15-2均采用金属管道,以铜管和铝管材料为宜，且在外框3的接出口24处密封接出，集热瓦、壳体、反光镜之间形成真空环境。

以下是对本发明的高效跟踪式太阳能集热及采光一体化装置的整体实施方式的详细描述：

当太阳运动时，所述太阳光跟踪传感器10固定于外框3上，并跟踪变化的太阳位置，将得到的光信号转换为电信号输出给控制器，所述控制器将采集到的信号处理后，以高度偏差量驱动小电机7运动、水平偏差量驱动下部大电机8转动。本发明采用四个分布均匀的太阳光跟踪传感器，以实现较高精度的跟踪。其中，如图12所示：所述小电机7固定在下部大转盘6-2上，并与小转盘14中心孔用可见光收集装置连轴13-2固定连接，所述小转盘14外侧孔与连杆12下端孔通过轴固定连接。当驱动小电机7转动时，通过带动小转盘，进而带动连杆12上下运动，所述连杆12上端与第一反光镜2的固定轴21固定连接，最终实现了第一反光镜的竖直运动。当驱动下部大电机8-2转动时，该电机8-2带动下部大转盘6-2运动，进而带动小电机7、小转盘14、连杆12转动，最终实现了第一反光镜的水平转动，使太阳光始终垂直于第一反光镜2上端面。所述垂直于第一反光镜2上端面的太阳光首先到达太阳光反射及跟踪一体化装置并沿垂直于太阳光反射装置中的第一反光镜2端面照射到反光镜2上表面，该上表面为凹面，所述太阳光在第一反光镜2上表面经过第一次反射汇聚后，到达第二反光镜1下表面，该下表面为凸面，所述太阳光在第二反光镜下表面经过第二反射后发散为平行的太阳光，并经过图8所示的通光孔20，到达可见光收集装置。如图3和图5所示，所述可将光收集装置壳体5上部固定有减反射可见光与反射红外光双功能镀膜凸透镜18，到达可见光收集装置的平行太阳光，首先在减反射可见光与反射红外光双功能镀膜凸透镜18表面分离为可见光和红外光，所述分离所得的可见光经过凸透镜18后汇聚到一点后，由位于该点出的光纤17从端部引出，在实际运动过程中，光纤出口处最好与主导光管一端连接，所述主导光管另一端通过光调节与分离装置与次导光管连接，所述次导光管上设置有散射器。考虑到光纤17会随可见光收集装置旋转，故将光纤17的下半部分放置于光纤管16中。为保证太阳光最大限度的到达可见光收集装置，所述可见光收集装置与第一反光镜2的运动方式相似，所述可见光收集装置下部的固定轴与可见光收集装置连杆13-1上方轴孔可转动连接，所述可见光收集装置连杆13-1下部轴孔、连杆12均与可见光收集装置连轴13-2固定连接，当电机7、8带动连杆12运动时，所述可见光收集装置连杆13-2都将和连杆12同步运动，所述可见光收集装置与可将光收集装置支柱11的接触部分是滚珠、第一放光镜2与外框接触部分也为滚珠，这使第一反光镜2与可见光收集装置同步运动，以保证太阳光最大限度到达可见光收集装置。所述分离出的红外光经过减反射可见光与反射红外光双功能镀膜凸透镜18的发散反射后达到第一反光镜2下表面的高反射层22后，反射到集热瓦波形透明面层4-1表面，此次发明外框内壁设有反光层，以保证所有红外线均能到达集热瓦，所述集热瓦中的导热介质进出口管15均位于吸热层上方，且两者采用交叉等距铺设，在实际实施中，导热介质进口管、导热介质出口管最好与储水、换热一体化装置连接。