CN106016790B - 具备阳光自动跟踪的阳光导入装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具备阳光自动跟踪的阳光导入装置，其包括测光面板、外层面板以及用于接收经过外层面板的活动导光平面镜，在所述活动导光平面镜的导光线路上设置用于将阳光传输到所需位置的固定导光平面镜组；所述测光面板与阳光跟踪装置电连接，阳光跟踪装置根据测光面板检测入射阳光的照射状态能调节外层面板的位置以及活动导光平面镜的接收状态，以使得入射阳光垂直照射在外层面板上，且使得活动导光平面镜向固定导光平面镜组的反射光线保持恒定。本发明结构紧凑，能跟踪阳光射入角度，能保持垂直射入方向收集阳光，提高太阳光的收集率，收集汇聚后的阳光用平面镜组以平行光形式传输至目标位置，成本低，安全可靠。

Description

具备阳光自动跟踪的阳光导入装置
技术领域
本发明涉及一种导入装置，尤其是一种具备阳光自动跟踪的阳光导入装置，属于太阳能应用的技术领域。
背景技术
近年来，随着人们对环境的重视，绿色能源已成为能源行业关注的焦点。在绿色能源中，太阳能资源取之不尽，清洁安全，是最理想的可再生能源，国际上对太阳能的开发非常的重视。太阳光导入***作为一种新型的照明***，使用越来越普及，它极大的节约了能源。在地下室、地铁、商场以及一些办公楼内部，由于缺少光照，即使是白天也需要电照明。据统计，现在地区在白天照明所消耗的电量占全天照明所需电量20%的以上，用电量十分可观。将这一部分电能节约下来是对节能减排的不小贡献。
阳光导入装置的使用场景是不能直接接收太阳光的地下室或房间，现有的人工照明基本是波段比较狭窄的光源，这些场景若只采用电灯照明，时间长后会因为缺少阳光中的紫外线杀菌、红外线的可阔张血管增加血液循环以及提供热量等因素，使得房间阴暗潮湿，人体感到不适。
现有的太阳光导入是通过球形将太阳光聚焦，然后再通过导光介质实现阳光的导入，导入的复杂性和成本主要集中于太阳光导入所使用的导光介质。现有的太阳光导入***所采用的导光介质主要有内镀膜的光导管和光纤。
导光光纤对于不同波段的光衰减率差别较大，目前常用的石英光纤对于紫外线和红外线的衰减较大。同时光纤的直径非常小，通常需要采用很多根光纤拼接在一起使用，这导致光纤传输方案的成本非常高，尽管采用了阳光汇聚的方案，但汇聚后的太阳光也只有很小一部分能进入光纤传输。采用导光管虽然是全波段传输，但导光管同样面临着光线汇聚后方向各不相同，移动、安放较为复杂缺陷，在拐弯处的损耗大，从而影响传输距离，有些大口径的导光管直径要几十厘米，安装将对房屋结构产生较大的影响。如公开号为CN104832877A的文件中公开的阳光导入设备尚存在体积较大、阳光收集过程即有多次反射导致过多能量损失、不能跟踪阳光射入和汇聚光线杂乱难以收集的不足。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种具备阳光自动跟踪的阳光导入装置，其结构紧凑，能跟踪阳光射入角度，能保持垂直射入方向收集阳光，提高太阳光的收集率，收集汇聚后的阳光用平面镜组以平行光形式传输至目标位置，成本低，安全可靠。
按照本发明提供的技术方案，所述具备阳光自动跟踪的阳光导入装置，包括用于接收入射阳光照射的测光面板、用于支撑所述测光面板的外层面板以及用于接收经过外层面板的活动导光平面镜，在所述活动导光平面镜的导光线路上设置用于将阳光传输到所需位置的固定导光平面镜组；所述测光面板与阳光跟踪装置电连接，阳光跟踪装置根据测光面板检测入射阳光的照射状态能调节外层面板的位置以及活动导光平面镜的接收状态，以使得入射阳光垂直照射在外层面板上，且使得活动导光平面镜向固定导光平面镜组的反射光线保持恒定。
还包括与外层面板同步运动的聚光透镜组，所述聚光透镜组包括聚光镜片以及与所述聚光镜片呈共焦分布的转换透镜，所述转换透镜位于聚光镜片与活动导光平面镜间，聚光镜片与转换透镜呈同轴分布，且聚光镜片始终与转换透镜保持平行状态。
所述固定导光平面镜组包括若干安装后保持固定状态的固定导光平面镜，所述固定导光平面镜采用全反射平面镜。
所述固定导光平面镜的全反射平面镜由镀金属反射膜的玻璃制成、由具有规则反射性能的表面抛光金属器件制成或具有规则反射性能的金属薄膜制成。
所述外层面板固定安装于活动支架上，所述活动支架铰接在固定支架的顶端，所述固定支架安装于旋转体上，所述旋转体设置在底座上，旋转体能在底座上运动，活动导光平面镜支撑在活动导光平面镜支架上，所述活动导光平面镜支架安装在旋转体上；
所述阳光跟踪装置包括安装于底座上的跟踪控制器以及跟踪电源，所述跟踪控制器与用于驱动旋转体转动的水平旋转驱动器、用于驱动活动导光平面镜支架水平转动的活动导光镜水平方向驱动器、用于驱动活动平面导光镜的中心支点绕法线轴转动的活动导光镜转动驱动器以及用于驱动活动支架摆动的活动支架摆动驱动器连接。
所述聚光镜片安装于外层面板的中心区，转换透镜安装于内层面板上，所述外层面板固定安装于活动支架上，内层面板与活动支架固定连接，所述活动支架铰接在固定支架的顶端，所述固定支架安装于旋转体上，所述旋转体设置在底座上，旋转体能在底座上运动，活动导光平面镜支撑在活动导光平面镜支架上，所述活动导光平面镜支架安装在旋转体上；
所述阳光跟踪装置包括安装于底座上的跟踪控制器以及跟踪电源，所述跟踪控制器与用于驱动旋转体转动的水平旋转驱动器、用于驱动活动导光平面镜支架水平转动的活动导光镜水平方向驱动器、用于驱动活动平面导光镜的中心支点绕法线轴转动的活动导光镜转动驱动器以及用于驱动活动支架摆动的活动支架摆动驱动器连接。
所述活动导光平面镜为全反射平面镜。
本发明的优点：通过活动导光平面镜以及固定导光平面镜组配合传输平行光，无需光纤与管道，反射率大于95%，且反射次数远小于光纤和管道，传输损耗率低；相比于光纤具有极大的成本优势，对比管道传输方式安装复杂，具有优异的安装便捷性；通过阳光跟踪装置使得入射阳光垂直照射在外层面板上，且使得活动导光平面镜向固定导光平面镜组的反射光线保持恒定，从而可高效率工作于每天不同时间段和不同季节，安全可靠。
附图说明
图1为本发明一种实施情况的光学示意图。
图2为图1中实施时的安装结构示意图。
图3为图1中实施时的跟踪示意图。
图4为本发明活动导光平面镜与固定导光平面镜组的配合示意图。
图5为本发明另一种实施情况的光学示意图。
图6为图5中实施时的安装结构示意图。
图7为图5中实施时的跟踪示意图。
附图标记说明：1-聚光镜片、2-角点、3-转换透镜、4-活动导光平面镜、5-固定导光平面镜、6-轴线、7-中心支点、8-法线轴、9-旋转体、10-底座、11-外层面板、12-内层面板、13-活动支架、14-转轴、15-活动导光平面镜支架、16-测光面板、17-水平旋转驱动器、18-动支架摆动驱动器、19-活动导光镜水平方向驱动器、20-活动导光镜转动驱动器、21-跟踪控制器以及22-跟踪电源。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1和图4所示：为了能跟踪阳光射入角度，能保持垂直射入方向收集阳光，提高太阳光的收集率，收集汇聚后的阳光用平面镜组以平行光形式传输至目标位置，降低成本，本发明包括用于接收入射阳光照射的测光面板16、用于支撑所述测光面板16的外层面板11以及用于接收经过外层面板11的活动导光平面镜4，在所述活动导光平面镜4的导光线路上设置用于将阳光传输到所需位置的固定导光平面镜组；所述测光面板16与阳光跟踪装置电连接，阳光跟踪装置根据测光面板16检测入射阳光的照射状态能调节外层面板11的位置以及活动导光平面镜4的接收状态，以使得入射阳光垂直照射在外层面板11上，且使得活动导光平面镜4向固定导光平面镜组的反射光线保持恒定。
具体地，入射的阳光照射在测光面板16以及外层面板11上，入射的阳光通过外层面板11后入射到活动导光平面镜4上，所述活动导光平面镜4为全反射平面镜。测光面板16可以采用多个光电二极管构成，当入射的阳光照射在测光面板16上后，测光面板16向阳光跟踪装置传输对应的电压值，入射阳光照射角度不同时，测光面板16向阳光跟踪装置传输的电压不同，阳光跟踪装置根据测光面板16的电压值能判断入射阳光的照射角度。为了提高太阳光的收集率以及方便阳光的传输，阳光跟踪装置根据测光面板16检测入射阳光的照射状态能调节外层面板11的位置以及活动导光平面镜4的接收状态，以使得入射阳光垂直照射在外层面板11上，且使得活动导光平面镜4向固定导光平面镜组的反射光线保持恒定。
本发明实施例中，活动导光平面镜4是指安装后能转动的平面镜，保持活动导光平面镜4的中心支点7不变，在转动活动导光平面镜4后可以保持反射光线保持不变，即能保证固定导光平面镜组能始终有效接收活动导光平面镜4反射的光线，从而能将光线传输至所需的位置。
进一步地，所述固定导光平面镜组包括若干安装后保持固定状态的固定导光平面镜5，所述固定导光平面镜5采用全反射平面镜。
本发明实施例中，所述固定导光平面镜5的全反射平面镜由镀金属反射膜的玻璃制成、由具有规则反射性能的表面抛光金属器件制成或具有规则反射性能的金属薄膜制成。固定导光平面镜组中固定导光平面镜5的数量与所需传输的位置相关，具体数量根据需要进行设置，此处不再赘述。固定导光平面镜组安装后，每个固定导光平面镜保持当前位置不变，安装时调节好第N块固定导光平面镜5的位置和方向，确保第N块固定导光平面镜5可以将第N-1块固定导光平面镜5传输过来的太阳光反射到第N+1块固定导光平面镜5上，通过平面镜组中每块固定导光平面镜5的反射，最终将太阳光传输到指定位置，从而避免需要通过光纤或导光管道的光线传输，降低成本。N是指固定导光平面镜组内固定导光平面镜5的数量。
如图2和图3所示，所述外层面板11固定安装于活动支架13上，所述活动支架13铰接在固定支架的顶端，所述固定支架安装于旋转体9上，所述旋转体9设置在底座10上，旋转体9能在底座10上运动，活动导光平面镜4支撑在活动导光平面镜支架15上，所述活动导光平面镜支架15安装在旋转体9上；
所述阳光跟踪装置包括安装于底座10上的跟踪控制器21以及跟踪电源22，所述跟踪控制器21与用于驱动旋转体9转动的水平旋转驱动器17、用于驱动活动导光平面镜支架15水平转动的活动导光镜水平方向驱动器19、用于驱动活动平面导光镜4的中心支点7绕法线轴8转动的活动导光镜转动驱动器20以及用于驱动活动支架13摆动的活动支架摆动驱动器18连接。
本发明实施例中，外层面板11呈平板状，外层面板11位于活动支架13的端部，活动支架13通过转轴14铰接在固定支架上。跟踪控制器21可以采用常用的微处理芯片，如单片机等，通过跟踪电源22提供跟踪控制器21、水平旋转驱动器17、活动支架摆动驱动器18、活动导光镜水平方向驱动器19以及活动导光镜转动驱动器20工作所需的电压。
跟踪控制器21与测光面板16连接，跟踪控制器21根据测光面板16的输入控制水平旋转驱动器17、活动支架摆动驱动器18、活动导光镜水平方向驱动器19以及活动导光镜转动驱动器20对应的工作状态，以使得入射阳光垂直照射在外层面板11上，且使得活动导光平面镜4向固定导光平面镜组的反射光线保持恒定。水平旋转驱动器17、活动支架摆动驱动器18、活动导光镜水平方向驱动器19以及活动导光镜转动驱动器20均可以采用电机驱动的形式，具体的驱动形式可以根据需要进行选择，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。跟踪控制器21控制水平旋转驱动器17、活动支架摆动驱动器18、活动导光镜水平方向驱动器19以及活动导光镜转动驱动器20工作时，只要能使得入射阳光垂直照射在外层面板11上，且使得活动导光平面镜4向固定导光平面镜组的反射光线保持恒定即可，具体工作过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
如图5所示，还包括与外层面板11同步运动的聚光透镜组，所述聚光透镜组包括聚光镜片1以及与所述聚光镜片1呈共焦分布的转换透镜3，所述转换透镜3位于聚光镜片1与活动导光平面镜4间，聚光镜片1与转换透镜3呈同轴分布，且聚光镜片1始终与转换透镜3保持平行状态。
本发明实施例中，聚光镜片1、转换透镜3均为凸透镜，聚光透镜1的尺寸大于转换透镜3的尺寸，平行光垂直射入尺寸大的聚光镜片1后汇聚通过焦点2，由于共焦，再通过尺寸小的转换透镜3后光线重新恢复为平行光。通过转换后的平行光光束小，可通过活动导光平面镜4能方便的传输至固定导光平面镜组，沿设定方向传输。聚光镜片1和转换透镜3位置关系固定，时刻保持在同一轴心6上平行，轴心6同样穿过活动导光平面镜4的中心支点7，能确保浓缩后的光线保持平行，并射入活动导光平面镜4的中心区域。当浓缩后的平行光射入平面镜的角度发生变化后，只需要使活动导光平面镜4的中心支点7位置法线轴8转动一定的角度，可使得反射光线方向保持不变。
如图6和图7所示，所述聚光镜片1安装于外层面板11的中心区，转换透镜3安装于内层面板12上，所述外层面板11固定安装于活动支架13上，内层面板12与活动支架13固定连接，所述活动支架13铰接在固定支架的顶端，所述固定支架安装于旋转体9上，所述旋转体9设置在底座10上，旋转体9能在底座10上运动，活动导光平面镜4支撑在活动导光平面镜支架15上，所述活动导光平面镜支架15安装在旋转体9上；
所述阳光跟踪装置包括安装于底座10上的跟踪控制器21以及跟踪电源22，所述跟踪控制器21与用于驱动旋转体9转动的水平旋转驱动器17、用于驱动活动导光平面镜支架15水平转动的活动导光镜水平方向驱动器19、用于驱动活动平面导光镜4的中心支点7绕法线轴8转动的活动导光镜转动驱动器20以及用于驱动活动支架13摆动的活动支架摆动驱动器18连接。
本发明实施例中，内层面板12与固定外层平面11的距离固定为聚光镜片1与转换透镜3焦距之和；可调节内层面板12与外层面板11距离，通过微调使装置消除镜片焦距数据的误差。跟踪控制器21根据测光面板16输入的电压，具体的过程跟踪过程可以参考上述的说明，此处不再赘述。
具体实施时，聚光镜片1采用大口径直径为300mm的凸透镜。由于外层面板11任意时刻保持与入射的阳光垂直，使得阳光稳定的聚焦，通过内层面板12小口径直径为100mm的转换透镜3转换为浓缩的平行光束，并通过直径200mm的活动导光平面镜4可稳定的反射入固定导光平面镜组。镜片的焦距为固定物理参数，由于时刻保持垂直照射，焦点距镜片位置固定，在安装调试后，仅需在初次安装时进行微调达到最佳效果，同时根据固定导光平面镜组第一块固定导光平面镜5的位置调节好活动导光平面镜4的初始方向即可完成安装。
本发明通过活动导光平面镜4以及固定导光平面镜组配合传输平行光，无需光纤与管道，反射率大于95%，且反射次数远小于光纤和管道，传输损耗率低；相比于光纤具有极大的成本优势，对比管道传输方式安装复杂，具有优异的安装便捷性；通过阳光跟踪装置使得入射阳光垂直照射在外层面板11上，且使得活动导光平面镜4向固定导光平面镜组的反射光线保持恒定，从而可高效率工作于每天不同时间段和不同季节，安全可靠。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效益进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种具备阳光自动跟踪的阳光导入装置，包括活动导光平面镜（4），在所述活动导光平面镜（4）的导光线路上设置用于将阳光传输到所需位置的固定导光平面镜组；其特征是：还包括用于接收入射阳光照射的测光面板（16）、用于支撑所述测光面板（16）的外层面板（11），所述测光面板（16）与阳光跟踪装置电连接，阳光跟踪装置根据测光面板（16）检测入射阳光的照射状态能调节外层面板（11）的位置以及活动导光平面镜（4）的接收状态，以使得入射阳光垂直照射在外层面板（11）上，且使得活动导光平面镜（4）向固定导光平面镜组的反射光线保持恒定；
还包括与外层面板（11）同步运动的聚光透镜组，所述聚光透镜组包括聚光镜片（1）以及与所述聚光镜片（1）呈共焦分布的转换透镜（3），所述转换透镜（3）位于聚光镜片（1）与活动导光平面镜（4）间，聚光镜片（1）与转换透镜（3）呈同轴分布，且聚光镜片（1）始终与转换透镜（3）保持平行状态；
所述固定导光平面镜组包括若干安装后保持固定状态的固定导光平面镜（5），所述固定导光平面镜（5）采用全反射平面镜；
所述固定导光平面镜（5）的全反射平面镜由镀金属反射膜的玻璃制成、具有规则反射性能的表面抛光金属器件制成或具有规则反射性能的金属薄膜制成；
所述聚光镜片（1）安装于外层面板（11）的中心区，转换透镜（3）安装于内层面板（12）上，所述外层面板（11）固定安装于活动支架（13）上，内层面板（12）与活动支架（13）固定连接，所述活动支架（13）铰接在固定支架的顶端，所述固定支架安装于旋转体（9）上，所述旋转体（9）设置在底座（10）上，旋转体（9）能在底座（10）上运动，活动导光平面镜（4）支撑在活动导光平面镜支架（15）上，所述活动导光平面镜支架（15）安装在旋转体（9）上；
所述阳光跟踪装置包括安装于底座（10）上的跟踪控制器（21）以及跟踪电源（22），所述跟踪控制器（21）与用于驱动旋转体（9）转动的水平旋转驱动器（17）、用于驱动活动导光平面镜支架（15）水平转动的活动导光镜水平方向驱动器（19）、用于驱动活动平面导光镜（4）的中心支点（7）绕法线轴（8）转动的活动导光镜转动驱动器（20）以及用于驱动活动支架（13）摆动的活动支架摆动驱动器（18）连接；以实现对水平旋转座、活动导光镜和活动支架的控制。
2.根据权利要求1所述的具备阳光自动跟踪的阳光导入装置，其特征是：所述活动导光平面镜（1）为全反射平面镜。
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