CN210514771U - 用于太阳能照明与能源生成的日光调控装置 - Google Patents

Abstract

一种日光调控装置，包括一光聚焦模块和一光偏折模块。光聚焦模块设置用以让一入射日光通过并会聚该入射日光中的一直射日光。光偏折模块藉由反射被会聚的直射日光的方式分离入射日光的一漫射日光和直射日光。本实用新型日光调控装置如照明目之外，更允许其他太阳能板、加热装置或类似装置的更多种配置。

Description

用于太阳能照明与能源生成的日光调控装置

【技术领域】

本实用新型是有关一种光调控装置，特别是一种用于照明与能源生成的日光调控装置。

【背景技术】

本实用新型太阳能属于洁净能源且取的不尽，因此如何有效利用太阳能为各界的主要研发方向。目前太阳能的主要应用方式不外是发电、加热或照明等用途。为了有效利用太阳能，习知的太阳能电池多是设置于日光能够直射的空间，例如户外设置。

太阳能设备主要分为两类。一种是光伏(photovoltaic) ***，其配备吸收阳光并转化为电能的太阳能板的太阳能阵列，将电流从直流电(DC)转换为交流电(AC)的太阳能逆变器(inverter)，以及其他用以建立一个工作***的安装、布线和电流其他电器配件。这种太阳能板的太阳能阵列接收没有集中的阳光，以及在户外设置的太阳能电池板的寿命可能会因气候因素缩短。另一种类型是聚光光伏(CPV，concentrator photovoltaics)，也称为集中光伏 (Concentration Photovoltaics)，其使用透镜和曲面镜将太阳光聚焦至小，属于高效能，多接面(MJ，multi-junction)太阳能电池。尽管聚光光伏是高效多接面太阳能电池，然而，因为其他因素，太阳能板的光伏***受到全世界更多的欢迎。

然而，大多数传统太阳能板设计为大面积的面向阳光设置方便吸收太阳能。这类太阳能板的安装遮蔽了太多太阳光以至于阻碍了散射太阳辐射(或称为漫射太阳辐射)到太阳能板后面的区域。移动大面积的太阳能板是另一种让阳光辐射到太阳能板后面区域的方法，但这么大的设备并不容易移动。此外，在用于照明的功耗大于太阳能发电量的情况下，引入太阳光照明显然能更好地用于能源利用。毕竟，光转电的过程接着再为了人工照明进行电转光能量转移是应该被避免的，因为能量转换会造成能量效率损失。

考虑将日光提供人或植物的照明时，直接日光通常很强烈会使人们感到刺眼并且让植物很快枯萎。此外，在直射日光穿过遮蔽物间的遮蔽物或空间到达遮蔽物或遮蔽物下的一个区域时，它通常会产生亮度高于区域周围的明显光束，并不适合此区域的植物生长和人们。

综上所述，如何调控日光以有效地使用太阳能能源便是目前亟需努力的目标。

【实用新型内容】

本实用新型提供一种日光调控装置，其包括一光聚焦模块与一光偏折模块。光聚焦模块与光偏折模块的配合可以分离日光的直接辐射和漫射辐射，如此被分离的直接辐射和漫射辐射可以分别地用来产生能量及照明目的。

本实用新型提供一种日光调控装置，其包括一光聚焦模块与一光偏折模块。光偏折模块的一尺寸和/或一形状用于控制通过光偏折模块的漫射日光的量来照明一区域。大部分直射日光可以藉由光偏折模块将直射日光引导到目标区域进行面板型太阳能板和/或加热装置的安装。

因此，本实用新型一实施例的日光调控装置包括一光聚焦模块以及一光偏折模块，光聚焦模块用以让一入射日光通过并会聚入射日光中的一直射日光；光偏折模块藉由反射被会聚的直射日光的方式分离入射日光的一漫射日光和直射日光。

因此，本实用新型一实施例的日光调控装置包括：一光聚焦模块，系设置用以让一入射日光通过并会聚入射日光中的一直射日光在一聚焦区域处；以及一光偏折模块，系设置于聚焦区域处或邻近聚焦区域处，其特征在于光偏折模块用来反射被会聚的直射日光发散地至一目标区域，并且通过光偏折模块的一尺寸和一形状中至少一个来控制入射日光的一漫射日光的量来照明位于光偏折模块下方的一区域。

以下通过具体实施例配合所附的图式详加说明，当更容易了解本实用新型的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

【附图说明】

图1为一示意图，显示本实用新型的第一实施例的日光调控装置。

图2a与图2b为一示意图，本实用新型的第二实施例的日光调控装置。

图3为一示意图，显示本实用新型的第三实施例的日光调控装置。

图4为一示意图，显示本实用新型的第四实施例的日光调控装置。

图5为一示意图，显示本实用新型的第五实施例的日光调控装置。

图6为一示意图，显示本实用新型的第六实施例的日光调控装置。

图7a和图7b为一示意图，显示本实用新型的第七实施例的日光调控装置。

图8为一示意图，显示本实用新型的第八实施例的日光调控装置。

图9为一示意图，显示本实用新型的第九实施例的日光调控装置。

图10为本实用新型日光调控装置的一示意图。

【符号说明】

10 聚焦区域

11、11a、11b 光聚焦模块

12、12a、12b 光偏折模块

121、122 光学元件

13 驱动元件

14 滤光元件

15 散射元件

17 光聚焦模块

20 目标区域

21 线性菲涅耳透镜

25 太阳能板

30 照明区域

31 植物

40 地面

51 线性菲涅耳透镜

52 太阳能板

SL1、SL1’ 直射日光

SL2 反射日光

SD1、SD2 漫射日光

WL1 第一光线

WL2 第二光线

【具体实施方式】

以下将详述本实用新型的各实施例，并配合图式作为例示。除了该多个详细说明之外，本实用新型亦可以广泛地在实施于其它的实施例中，任何所述实施例的轻易替代、修改和等效变化都包含在本实用新型的范围内，并以专利范围为准。在说明书的描述中，为了使读者对本实用新型有较完整的了解，提供了许多特定细节；然而，本实用新型可能在省略部分或全部特定细节的前提下，仍可实施。此外，众所周知的步骤或元素并未描述于细节中，以避免对本实用新型形成不必要的的限制。图式中相同或类似的元件将以相同或类似符号来表示。特别注意的是，图式仅为示意的用，并非代表元件实际的尺寸或数量。有些细节可能没有完全绘出，以求图式的简洁。

请参照图1，本实用新型第一实施例的日光调控装置包含一光聚焦模块11和光偏折模块12。通常，入射日光包括直接辐射和漫射辐射。直接辐射也称为直射日光SL1，漫射辐射也称为漫射日光SD1。光聚焦模块11可以将直射日光SL1会聚在一聚焦区域10上。来自日光(图中未示)的直射日光SL1可以穿过光聚焦模块11聚焦在聚焦区域10内。在第一实施例中，光聚焦模块11 可以是一菲涅耳透镜，但并不限于此。其他透镜具有会聚光的功能也可以实现本实用新型。此外，通过光聚焦模块11入射日光穿过光聚焦模块11可以聚焦在聚焦区域10内的一点或一线。接着，光偏折模块12设置在会聚直射日光SL1’的聚焦区域10上或邻近聚焦区域10处。光偏折模块12反射直射日光SL1’形成反射日光SL2 发散地射至一目标区域20。其中，目标区域20是偏离光聚焦模块11的光轴A。于一实施例中，光偏折模块12可为一反射元件或一折射元件。于图1所示的实施例中，光偏折模块12为一反射元件。可理解的是，光偏折模块12可以为一单一光学元件，此光学元件可包括多个反射面或折射面。例如，光偏折模块12可为一棱镜。此外，太阳的位置依时间的变化而有不同，聚焦区域亦随的移动。因此，于一实施例中，光偏折模块12的尺寸或可移动路径涵盖聚焦区域移动的轨迹。

继续参照图1，于一实施例中，太阳能板或一加热装置(图上未示)的一光入射面可设置于目标区域20，以利用由光偏折模块12反射的发散的反射日光SL2。根据图1所示的实施例，通过本实用新型的日光调控装置来调整直射日光SL1的光路，太阳能板和/或加热装置的设置方式有更多弹性。例如，太阳能板可设置于有遮蔽的环境，如此可避免太阳能板因风吹雨淋等气候因素而缩短使用寿命。另外，太阳能板可以直立方式设置用以减少安装太阳能板和/或加热装置所需的空间。而且，与会聚的直射日光SL1' 相比，发散的反射日光SL2可能会更加发散地扩散，故太阳能板和 /或加热装置处于目标区域20可以具有较大的高度但占据很小的水平区域。因此，大多数直射日光可入射到本实用新型的日光调控装置中并透过太阳能板或加热装置加以利用。

继续参照图1，漫射日光SD1通过光聚焦模块11后被命名为漫射日光SD2。漫射日光SD2更进一步通过光偏折模块12 到达光聚焦模块11下方的区域。漫射日光SD2可用于照亮光聚焦模块11下方的区域。因此，光偏折模块12被配置且藉由反射被会聚的直射日光SL1’的方式来分离入射日光的漫射日光SD1和被会聚的直射日光SL1’。

如图2a和图2b所示本实用新型第二实施例的不同状况，光聚焦模块包括一线性菲涅耳透镜21，用以接收入射的直射日光SL1和入射的漫射日光SD1。入射的直射日光SL1在线性菲涅耳透镜21的一侧入射并通过线性菲涅耳透镜21并在线性菲涅耳透镜21的另一侧形成直射日光SL1'。于第二实施例中，地面40上的人们或植物31位于线性菲涅耳透镜21的下方且位于线性菲涅耳透镜21的另一侧，如同直射日光SL1'和漫射日光SD2。因为线性菲涅耳透镜21的透光性好，漫射日光SD2可以到达并分布在线性菲涅耳透镜21的另一侧，也就是植物31位于或居住的区域。接着，具有不同角度的多个反射面的光偏折模块12设置在聚焦区域10上或聚焦区域10内，光偏折模块12用以反射直射日光SL1'以形成发散的反射日光SL2。发散的反射日光SL2可以到达安装一个或多个太阳能板25的目标区域20，如此太阳能板25可以利用没有被集中聚焦的反射日光SL2。

参照图2a，光偏折模块12直接放置在聚焦区域10 的聚焦点或聚焦线上或聚焦区域10内，尺寸较小的光偏折模块12 就可以反射大部分直射日光SL1'，并且大部分漫射日光SD2不会被位于线性菲涅耳透镜21下方的光偏折模块12所遮蔽。另一方面，位于线性菲涅耳透镜21下方的大部分漫射日光SD2可以到达地面 40并提供人们和/或植物31所需照明区域30。因此，线性菲涅耳透镜21和光偏折模块12的合作可分别利用直射日光SL1'和漫射日光SD2在不同的应用中，例如光伏太阳能板25发电与植物31或人们的照明。而且，因为漫射日光SD2，照明区域30的亮度是均匀的而不是眩光。

另一方面，请参照图2b，具有多个不同角度的反射面的光偏折模块12在不同的季节中可以倾斜设置。在不同的季节，直射日光SL1以不同的入射角度入射到线性菲涅耳透镜21上的情况下，直射日光SL1'入射到光偏折模块12上也有不同的入射角。第二实施例中的光偏折模块12可以用不同角度或形状或尺寸加以设置用以接收会聚的直射日光SL1'。然后，将直射日光SL1'反射到目标区域20。另一方面，漫射日光SD2仍然通过光偏折模块 12照射至照明区域30。因此，光偏折模块12在设计尺寸或具有可调整方向可以适应不同季节会聚于聚焦区域10的直射日光SL1'。光偏折模块12的尺寸和/或形状也可用于控制通过光偏折模块12 的漫射日光SD2的量，用来照射位于线性菲涅耳透镜21下方的照明区域30。接着，光偏折模块12具有不同角度的多反射平坦或弯曲面，可以是具有单件式部件或连接件或由不同的分离件组成或具有反射功能的部件。

因此，与用于太阳能的量转换的典型设计相比，本实用新型的日光调控装置的设置并不会遮挡太阳光辐射到日光调控装置后面的区域，而且日光调控装置后面的区域仍然被穿过本实用新型日光调控装置的太阳光所照射。一方面，本实用新型日光调控装置可以提供用于直接照射的漫射日光，其并不需要进行光转电与电转光的能量转换过程。另一方面，本实用新型的日光调控装置可以偏离并散布直射日光用以提供阳光给太阳能板或其他设备无须占用额外面积另外设置太阳能板或其他设备的足迹。

图3和图4分别说明了本实用新型日光调控装置的第三实施例和第四实施例。请参照图3和图4，一驱动元件13与光偏折模块12连接用以驱动光偏折模块12以旋转方式(如图3所示)，以线性运动的方式(如图4所示)或它们的组合方式运转。在光偏折模块12被驱动元件13驱动的情况下从聚焦区域10偏离，会聚的直射日光SL1'不是通过光偏折模块12偏转到目标区域20，而是自光聚焦模块11通过聚焦区域10后照射照明区域30，除此之外，还有漫射日光SD2照射照明区域30。可以理解，光偏折模块12从聚焦区域10偏离的程度仍可以使得一部分会聚的直射日光SL1'被反射形成发散的反射日光SL2被引导到目标区域20用于照明目的。

图5说明了本实用新型日光调控装置的第五实施例。于第五实施例中，光偏折模块12实施例包括多个光学元件121、 122。如图5所示，光学元件122包括一弯曲面用以调节会聚的直射日光的发散程度，会聚的直射日光SL1’是由光学元件122反射。或者，光偏折模块12包括具有曲面的单一个光学元件也能够实现进一步会聚发散的反射日光SL2的功能。

图6说明了本实用新型日光调控装置的第六实施例。与图5所示的第五实施例相比较，第六实施例更包括与光偏折模块 12的光学元件121连接的一驱动元件13。与图3和图4中所示的类似，驱动元件13配置用来以旋转或线性运动的方式驱动光学元件121从光聚焦模块11的聚焦区域偏离，如此使会聚的直射日光 SL1'通过聚焦区域扩散以进行照明目的。可以理解的是，利用驱动元件13驱动包括光学元件121、122的光偏折模块12自光聚焦模块11的聚焦区域偏离，则如前述相同的目的可被达成。于一实施例中，驱动元件13可驱动光学元件121以旋转方式让直射日光SL1' 通过光聚焦模块11会聚并偏折到其他方向用以照射更宽广围的标区域20，而不是偏折到光学元件122。

接下来，如图7a和图7b所示，本实用新型第七实施例更包括至少一个滤光元件14和散射元件15。滤光元件14和散射元件15可由驱动元件(图7a和图7b中未示出)选择性以线性运动或旋转方式移动到聚焦区域或邻近聚焦区域。根据上述结构，例如作为照明目的，滤光元件14或散射元件15可被移至聚焦区域用以过滤或散射会聚的直射日光SL1'来达到更好的照明效果。

接下来，如图8所示，多个光聚焦模块和光偏折模块于本实用新型第八实施例中使用。光聚焦模块11a是对应于光偏折模块12a，而光聚焦模块11b是对应于光偏折模块12b。此外，多个光聚焦模块和光偏折模块可以反射会聚的日光SL1'以形成反射日光SL2在相同的目标区域20上。根据这种结构，每单位面积目标区域20可以获得更多的日光。

接下来，如图9所示，光聚焦模块17是非对称聚焦光学***元件。简而言的，光聚焦模块17的聚焦区域自光聚焦模块17的物理中心轴C区域偏离。因此，光偏折模块12的设定位置从光聚焦模块17的物理中心轴C偏离，这样可以更加灵活地改善光聚焦模块12的组装。

请继续参照图9，于一实施例中，光偏折模块12可以是a反射滤光片。换句话说，会聚的日光中具有第一波长范围的第一光线WL1可以通过光偏折模块12偏转到目标区域20，并且会聚的日光中具有第二波长范围的第二光线WL2传递通过光偏折模块12。根据此结构，第二光线WL2可以使用于照明或照射植物促进植物生长或人，而第一光线WL1可用于发电或加热。可以理解的是第一光线WL1可以不用于任何目的地照射到目标区域20。

图10是根据本实用新型日光调控装置的透视侧视示意图。于一实施例中，一个或多个线性菲涅耳透镜51用作光聚焦模块用以通过并会聚直射日光SL1于一个维度。一个或多个光偏折模块12设置在聚焦区域上或与邻近聚焦区域且会聚直射日光SL1 处。用于植物31、人或动物的照明区域30位于线性菲涅耳透镜51 的下方，目标区域的太阳能板52与线性菲涅耳透镜51系垂直设置且设置的距离等于线性菲涅耳透镜51的宽度。太阳能板52的区域可以大于线性菲涅耳透镜51用以接收反射的日光，此日光系由光偏折模块12发散地反射。实际上，直射日光SL1的入射角在线性菲涅耳透镜51上不仅仅在一天中有变化，在不同的季节也是有变化。在没有于太阳追踪功能的设计，当直射日光SL1在经过线性菲涅耳透镜51聚焦让光偏折模块12加以反射后仍然倾斜时，太阳能板52的背面可以涂上反射材料用来反射倾斜的直射日光SL1。因此，当多个太阳能板52被适当地设置时，太阳能板52的反射背面可以当作为光偏折模块12的一部分。图10中所示本实用新型日光调控装置可以实现在在一天中或不同的季节时，光偏折模块12上的直射日光SL1的聚焦线可沿着多个光偏折模块12移动。因此，由于不同的季节导致不同入射方向的变化与由于倾斜入射引起的聚焦线形状的品质可以在本实用新型中得到解决。本实用新型的日光调控装置可以安装人们建筑物的屋顶或是植物的温室。

综上所述，本实用新型的日光调控装置使用光聚焦模块和光偏折模块来调节入射日光的光路并将日光引导到目标区域可以更灵活地方便安装太阳能面板和/或加热装置，例如在遮蔽环境中或竖立安装。另外，可以通过控制光聚焦模块或光偏折模块来改变入射日光的光路如此得以选择性地调整应用日光。

以上所述的实施例仅是为说明本实用新型的技术思想及特点，其目的在使熟悉此项技艺的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，当不能限定本实用新型的专利范围，即大凡依本实用新型所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本实用新型的专利范围内。

Claims (21)

1.一种用于太阳能照明与能源生成的日光调控装置，其特征在于，包含：

一光聚焦模块，系设置以让一入射日光通过并会聚该入射日光中的一直射日光；以及

一光偏折模块，藉由反射被会聚的该直射日光的方式分离该入射日光的一漫射日光和该直射日光。

2.根据权利要求1所述的用于太阳能照明与能源生成的日光调控装置，其特征在于，该光偏折模块的一尺寸和/或一形状用于控制通过该光偏折模块的该漫射日光的量来照明位于该光偏折模块下方的一区域。

3.根据权利要求1所述的用于太阳能照明与能源生成的日光调控装置，其特征在于，会聚的该直射日光被会聚于一聚焦区域上，并且该光偏折模块设置在该聚焦区域处或邻近该聚焦区域处。

4.根据权利要求1所述的用于太阳能照明与能源生成的日光调控装置，其特征在于，该光聚焦模块包含一个或多个线性菲涅耳透镜。

5.根据权利要求1所述的用于太阳能照明与能源生成的日光调控装置，其特征在于，该光偏折模块包含一平坦或弯曲的反射面。

6.根据权利要求1所述的用于太阳能照明与能源生成的日光调控装置，其特征在于，该光偏折模块包含多个平坦或弯曲的反射面以及所述平坦或弯曲的反射面是相互连接或相互分离。

7.根据权利要求6所述的用于太阳能照明与能源生成的日光调控装置，其特征在于，所述弯曲的反射面调整被所述弯曲的反射面反射的被会聚的该直射日光的一发散程度。

8.根据权利要求1所述的用于太阳能照明与能源生成的日光调控装置，其特征在于，被该光偏折模块反射的被会聚的该直射日光系被发散地指向安装一太阳能板或一加热装置的一目标区域。

9.一种用于太阳能照明与能源生成的日光调控装置，其特征在于，包含：

一光聚焦模块，系设置以让一入射日光通过并会聚该入射日光中的一直射日光在一聚焦区域上；以及

一光偏折模块，系设置于该聚焦区域处或邻近该聚焦区域处，其特征在于该光偏折模块反射被会聚的该直射日光发散地至一目标区域，并且藉由该光偏折模块的一尺寸和/或一形状来控制该入射日光的一漫射日光的量来照明位于该光偏折模块下方的一区域。

10.根据权利要求9所述的用于太阳能照明与能源生成的日光调控装置，其特征在于，该光聚焦模块包含一个或多个线性菲涅耳透镜。

11.根据权利要求9所述的用于太阳能照明与能源生成的日光调控装置，其特征在于，该聚焦区域包含一聚焦点或一聚焦线。

12.根据权利要求9所述的用于太阳能照明与能源生成的日光调控装置，其特征在于，该光偏折模块的一尺寸或一可移动路径涵盖了该聚焦区域的一运动轨迹，该运动轨迹取决于太阳于一天中或不同季节的运动。

13.根据权利要求9所述的用于太阳能照明与能源生成的日光调控装置，其特征在于，该光偏折模块包含一反射元件或一反射滤光器。

14.根据权利要求9所述的用于太阳能照明与能源生成的日光调控装置，其特征在于，该光偏折模块包含多个平坦或弯曲的反射面以及所述平坦或弯曲的反射面是相互连接或相互分离。

15.根据权利要求14所述的用于太阳能照明与能源生成的日光调控装置，其特征在于，所述弯曲的反射面调整被所述弯曲的反射面反射的被会聚的该直射日光的一发散程度。

16.根据权利要求9所述的用于太阳能照明与能源生成的日光调控装置，其特征在于，更包含一驱动元件与该光偏折模块连接，该驱动元件以线性运动或旋转至少一种方式来调整该光偏折模块。

17.根据权利要求9所述的用于太阳能照明与能源生成的日光调控装置，其特征在于，更包含一滤光元件与一散射元件至少其中之一，该滤光元件与该散射元件以一线性运动或旋转方式选择性的移动至该聚焦区域处或邻近该聚焦区域处。

18.根据权利要求9所述的用于太阳能照明与能源生成的日光调控装置，其特征在于，该光聚焦模块与该光偏折模块是多个且彼此对齐设置的；一太阳能板定位于所述光偏折模块其中一个的隔壁并且位于邻近一目标区域的一位置；以及该太阳能板的一背面更包含一反射表面作为旁边该光偏折模块的一部份。

19.根据权利要求9所述的用于太阳能照明与能源生成的日光调控装置，其特征在于，该目标区域更包含一太阳能板或一加热装置至少其中之一的一光入射表面。

20.根据权利要求9所述的用于太阳能照明与能源生成的日光调控装置，其特征在于，一第一波长范围的被会聚的该直射日光的被发散地反射至该目标区域，并且一第二波长范围的被会聚的该直射日光穿透过该光偏折模块。

21.根据权利要求9所述的用于太阳能照明与能源生成的日光调控装置，其特征在于，该光偏折模块的一设定位置系自该光聚焦模块的一物理中心轴偏离。

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