專利名稱：反光鏡式陽光導(dǎo)向器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型公開了一種陽光自動追蹤并通過反光鏡傳輸陽光的照明裝置，屬于太陽能應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景照明是人類消耗能量最多的一項(xiàng)需求。據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)達(dá)國家的照明能耗占總能耗的 9%以上，我國發(fā)達(dá)地區(qū)的照明能耗占總能耗的6% 9%。以美國為例，每天花在照明上的費(fèi)用高達(dá)1億美元以上，占全部發(fā)電量的1/4左右，而在照明用電中真正用于發(fā)光的不過 25%，其余則變?yōu)榱藷崮?。眾所周知，太陽光是最典型、能量最?qiáng)的自然光源，并且取之不盡，用之不竭。但實(shí)際上，僅有很少的太陽光通過玻璃窗、天窗，為人們用做室內(nèi)照明，因此進(jìn)一步開發(fā)利用太陽光不僅具有極大的潛力，可以有效節(jié)能，同時也符合人類追求高品質(zhì)生活質(zhì)量和生活環(huán)境的現(xiàn)代生活理念。太陽光光纖采光照明技術(shù)由于具有系統(tǒng)體積小巧、照明方式特殊等優(yōu)點(diǎn)，因此長期以來一直是國外的研究熱點(diǎn)之一。這項(xiàng)技術(shù)通過聚光元件高效采集太陽光，借助柔軟的光纖將太陽光很方便地傳至任何所需場所使用，并且為提高采光效率，整機(jī)還配備有實(shí)時、 精確跟蹤太陽的裝置。本實(shí)用新型申請人對該課題也進(jìn)行了長期深入的研究，其核心技術(shù)成果曾向國家知識產(chǎn)權(quán)局提交過申請?zhí)枮?00710022259. 6、200810196402. 8多項(xiàng)專利申請，其中已授權(quán)的200720037444. 8《陽電采光器》公開了一種有聚光采光器、驅(qū)動聚光采光器轉(zhuǎn)動的機(jī)械傳動裝置、控制機(jī)械傳動裝置的光信號反饋處理電路、向光信號反饋處理電路傳送探測信號的光敏探測器組成的采光裝置。該裝置的具體情況可以參見已公開的專利文件，有光自動跟蹤控制的基本過程為當(dāng)光敏探測器中的探測器件感知太陽光入射光線角度變化時，將向跟蹤控制電路發(fā)出相應(yīng)信號，在跟蹤控制電路中信號經(jīng)比較、放大處理后，控制機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)向調(diào)整入射光線的相應(yīng)方向運(yùn)轉(zhuǎn)，直至太陽光入射角度達(dá)到理想狀態(tài)。雖然本實(shí)用新型申請人經(jīng)過對聚光、跟蹤、傳光等多項(xiàng)技術(shù)的成功攻關(guān)，使自行研制的自動跟蹤太陽采光裝置的性能價格比已處于國際領(lǐng)先水平，但由于該裝置對光纖的長距離、低損耗傳輸性能和低成本制造技術(shù)要求都很高，而特定光纖的傳輸波長受到限制，加之國內(nèi)家庭經(jīng)濟(jì)承受能力有限，因此尚未能在國內(nèi)得到大面積推廣應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容基于上訴情況，本實(shí)用新型的目的在于避開上述技術(shù)中采用傳光光纖存在的高傳輸性能與價格的矛盾，提出一種長距離、高效率、全光譜、低成本采集并傳輸太陽光的反光鏡式陽光導(dǎo)向器，從而使其適合國情，得以推廣。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采集陽光的一種反光鏡式陽光導(dǎo)向器基本技術(shù)方案為通過設(shè)有檢測太陽光位置的感光探測傳感器、方向限位開關(guān)、由控制系統(tǒng)向機(jī)械傳動裝置的電機(jī)輸送控制指令，控制驅(qū)動雙面反光鏡作東西方向、南北方向轉(zhuǎn)動調(diào)整，將采集最大面積匯聚陽光反射傳輸?shù)街付ㄎ恢蒙?；電機(jī)供電來源于太陽能光伏電池轉(zhuǎn)化的電能。本裝置由三塊雙面反光鏡、固定反光鏡、采光反射傳輸系統(tǒng)、感光探測傳感器、追蹤控制系統(tǒng)、 機(jī)械傳動裝置、陽光轉(zhuǎn)化電能系統(tǒng)、方向限位開關(guān)、透明平板、通風(fēng)器、半球圓柱形透明防護(hù)罩和底座所組成；其中為三塊雙面反光鏡是同方向轉(zhuǎn)動的近似平行狀態(tài)；所述的采光反射傳輸系統(tǒng)包含三塊雙面反光鏡、固定反光鏡、光導(dǎo)管、透明平板；所述的感光探測傳感器為環(huán)境光傳感器、水平感光探測傳感器和垂直感光探測傳感器；追蹤系統(tǒng)包含太陽光追蹤傳感器、微機(jī)全自動程序控制器、以及機(jī)械傳動裝置；本裝置在工作時，環(huán)境光感光探測傳感器檢測環(huán)境光的亮度以此來判斷是否有太陽；水平感光探測傳感器向控制系統(tǒng)提供太陽東西方向位置信息，通過水平感光探測傳感器的太陽位置的檢測，驅(qū)動反光鏡圍繞電機(jī)I軸作東、西平面方向角度調(diào)整；在底座下方透明平板裝有垂直感光探測傳感器，向控制系統(tǒng)提供太陽南北方向位置信息，通過垂直感光探測傳感器對反射的太陽位置和反射光朝向的檢測，驅(qū)動反光鏡圍繞II號軸作南、北高度方向角度調(diào)整自動調(diào)節(jié)反光鏡的反射角度，并使反光鏡反射光路垂直向下；并在固定反光鏡左右端和側(cè)面位置，各裝有兩個對應(yīng)的限位開關(guān)；從而自動實(shí)現(xiàn)反光鏡完成跟蹤太陽所需的任何空間角度的運(yùn)動調(diào)整，工作穩(wěn)定可靠，從而進(jìn)一步提高整機(jī)性能；使反射面積最大化傳輸光路垂直向下，并且可以使光路傳輸?shù)降诙€固定反光鏡上，再反射到第三個固定反光鏡，以及可以繼續(xù)不斷再反射到多個控制反光鏡上，再通過漫射器將陽光傳輸?shù)绞覂?nèi)。其機(jī)械傳動裝置是1號軸電機(jī)直接安裝在電機(jī)支架中心，通過I號電機(jī)軸芯的平鍵與U形架固連，夾持器用螺釘連接在U形架上，雙面反光鏡裝在夾持器上，U形架側(cè)面安裝II號軸電機(jī)，II號軸電機(jī)由平鍵連接鏈輪，通過鏈條連接雙面反光鏡，固定反光鏡用螺釘安裝在底座北方向內(nèi)側(cè)上方，底座內(nèi)壁裝有光導(dǎo)管，底座底部裝上透明平板，半球圓柱形透明防護(hù)罩和通風(fēng)器裝在底座上部，底座裝在支撐架上，支撐架與樓頂用地腳螺栓連接，在固定反光鏡左右位置，裝有兩個東西方向A、B限位開關(guān)，鏈輪側(cè)面位置裝有兩個南北方向A、B限位開關(guān)，U形架上安裝水平感光探測傳感器和環(huán)境光感光探測傳感器，透明平板上裝有垂直感光探測傳感器，光伏電池組件、蓄電池、微機(jī)全自動程序控制器安裝在支撐架上；陽光轉(zhuǎn)化電能系統(tǒng)是由光伏電池組件、蓄電池、控制器、驅(qū)動負(fù)載構(gòu)成。在本實(shí)用新型上述技術(shù)方案基礎(chǔ)上的進(jìn)一步改進(jìn)是所述的反光鏡為冷光反射鏡面，其材質(zhì)為金屬鋁、不銹鋼、玻璃、塑料，且工作表面均須經(jīng)過真空鍍銀膜制鏡處理；反光鏡為平面反射鏡也可為凹曲面聚光反光鏡或凸曲面擴(kuò)光反光鏡。所述的透明平板為浮法白玻璃或鉆石白玻璃，以及亞克力材質(zhì)的環(huán)帶狀螺紋透鏡組合平板。所述的追蹤控制系統(tǒng)是環(huán)境光感光探測傳感器、水平感光探測傳感器和垂直感光探測傳感器將東西南北方向的太陽能信號轉(zhuǎn)換成電信號；中央處理電路對太陽光跟蹤傳感器的信號進(jìn)行采集后，經(jīng)運(yùn)算放大電路放大信號后傳輸給中央處理器，中央處理器分析后給出控制信號至動作驅(qū)動電路；動作驅(qū)動電路由驅(qū)動器、限位開關(guān)、繼電器和電機(jī)組成，中央處理器給出的控制信號經(jīng)驅(qū)動器放大后驅(qū)動繼電器，由繼電器控制電機(jī)動作。值得一提的是為了防止灰塵聚集，裝有半球圓柱形透明防護(hù)罩，其材質(zhì)為亞克力或PC+UV透光板，表面至少被覆一層一定厚度的防止光線在表面上反射用的氟系列防反射膜。本實(shí)用新型的有益效果是反光鏡反射面積最大化其光路始終垂直朝向下傳輸， 并且可以使光路傳輸?shù)降诙€固定反光鏡上，再反射到第三個固定反光鏡上，以及可以繼續(xù)不斷再反射到多個控制反光鏡上，再通過漫射器將陽光傳輸?shù)绞覂?nèi)；使光的采集面積得到最大效果的利用，有效降低了成本；設(shè)施安裝方便靈活，可以適應(yīng)各種建筑形成的需要， 尤其可以應(yīng)用于高層建筑樓，利用屋頂陽光改善高樓內(nèi)的光線。綜上所述，本實(shí)用新型不僅能傳輸可見光，還能傳輸紅外光、紫外光，因此真正實(shí)現(xiàn)了太陽光的全光譜利用；具有設(shè)計(jì)方案科學(xué)合理，適合各種建筑的大面積采光需求，同時經(jīng)濟(jì)適用，采光效果高。是一套完整的采光解決方案，推廣后將產(chǎn)生較高的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

圖1是反光鏡式陽光導(dǎo)向器全反射形式結(jié)構(gòu)正視示意視圖；圖2是反光鏡式陽光導(dǎo)向器全反射形式結(jié)構(gòu)俯視示意視具體實(shí)施方式
參見圖1-2所示，示意了一種設(shè)施的結(jié)構(gòu)與工作原理，圖中的垂直感光探測傳感器1，夾持器2，U形架3，南北向A限位開關(guān)4，光伏電池5，I號軸的電機(jī)6，光導(dǎo)管7，半球圓柱形透明防護(hù)罩8，水平感光探測傳感器9，固定反光鏡10，后雙面反光鏡11，南北向B限位開關(guān)12，中雙面反光鏡13，前雙面反光鏡14，鏈輪15，II號軸的電機(jī)16，鏈條17，透明平板18，底座19，高層建筑20，第二個固定反光鏡21，第三個固定反光鏡22，通風(fēng)器23，微機(jī)全自動程序控制器24，蓄電池25，環(huán)境光感光探測傳感器26，東西方向A限位開關(guān)27，東西方向B限位開關(guān)觀，太陽29，支撐架30，雙連鏈輪31，漫射器32，電機(jī)支架33。由此可見一種反光鏡式陽光導(dǎo)向器，主要包括三塊雙面反光鏡、固定反光鏡、采光反射傳輸系統(tǒng)、 感光探測傳感器、追蹤控制系統(tǒng)、機(jī)械傳動裝置、陽光轉(zhuǎn)化電能系統(tǒng)、方向限位開關(guān)、透明平板、通風(fēng)器、半球圓柱形透明防護(hù)罩和底座所組成。雙面反光鏡11、13、14安裝在夾持器2上，夾持器可根據(jù)反光鏡的大小和形狀任意調(diào)節(jié)，采集最大面積匯聚陽光，將陽光反射傳輸光路垂直向下；并且可以使光路傳輸?shù)降诙€固定反光鏡21上，再反射到第三個固定反光鏡22，以及可以繼續(xù)不斷再反射到多級方向控制反光鏡上，再通過漫射器32將陽光傳輸?shù)绞覂?nèi)。感光探測傳感器是在設(shè)有檢測太陽光位置的傳感器分為三組環(huán)境光感光探測傳感器沈、水平感光探測傳感器9、垂直感光探測傳感器1 ；環(huán)境光感光探測傳感器沈檢測環(huán)境光的亮度以此來判斷是否有太陽；水平感光探測傳感器9向控制系統(tǒng)提供太陽東西方向位置信息，通過水平感光探測傳感器的太陽位置的檢測，驅(qū)動反光鏡圍繞I號軸的電機(jī)6作東、西平面方向角度調(diào)整；在反光鏡下方透明平板18裝有垂直感光探測傳感器1，向控制系統(tǒng)提供太陽南北方向位置信息，通過垂直感光探測傳感器對反射的太陽位置，反射光朝向的檢測，驅(qū)動反光鏡圍繞II號軸的電機(jī)16作南、北方向角度調(diào)整自動調(diào)節(jié)反光鏡反射角度，并使反光鏡的反射光路垂直向下；并在固定反光鏡10兩端裝有東西方向A、B限位開關(guān) 27,28和U形架3的側(cè)面位置裝有南北向A、B限位開關(guān)4、12，從而自動實(shí)現(xiàn)反光鏡完成跟蹤太陽所需的任何空間角度的運(yùn)動調(diào)整，工作穩(wěn)定可靠，從而進(jìn)一步提高整機(jī)性能；使反射面積最大化傳輸光路垂直向下，并且可以使光路傳輸?shù)降诙€固定反光鏡21上，再反射到第三個固定反光鏡22，以及可以繼續(xù)不斷再反射到多個控制反光鏡上，再通過漫射器32將陽光傳輸?shù)绞覂?nèi)。追蹤控制系統(tǒng)是水平感光探測傳感器9和垂直感光探測傳感器1將東西南北方向的太陽能信號轉(zhuǎn)換成電信號；中央處理電路對太陽光跟蹤傳感器的信號進(jìn)行采集后， 經(jīng)運(yùn)算放大電路放大信號后傳輸給中央處理器，中央處理器分析后給出控制信號至動作驅(qū)動電路；動作驅(qū)動電路由驅(qū)動器、限位開關(guān)、繼電器和電機(jī)組成，中央處理器給出的控制信號經(jīng)驅(qū)動器放大后驅(qū)動繼電器，由繼電器控制電機(jī)動作；追蹤控制系統(tǒng)可以借用《太陽光聚光器控制系統(tǒng)》專利號200910026741. 6和《一種太陽聚光器的控制方法》專利號 200910031297. 7等專利的現(xiàn)有技術(shù)。機(jī)械傳動裝置包括I號軸的電機(jī)6、II號軸的電機(jī)16、鏈輪15、鏈條17、雙連鏈輪 31 ；電機(jī)支架33安裝在I號軸的電機(jī)6固連U形架3，II號軸的電機(jī)16固連U形架3上， 雙連鏈輪31固連II號軸，雙連鏈輪31通過鏈條17連接鏈輪15，雙面反光鏡11、13、14通過鏈條17相互連接，雙面反光鏡11、13、14、安裝在夾持器2上，要使雙面反光鏡11、13、14 以最大面積反射陽光傳輸光路垂直向下；并且可以使光路傳輸?shù)降诙€固定反光鏡21上， 然后繼續(xù)再次反射到第三個固定反光鏡22，以及可以繼續(xù)不斷再反射到多級方向控制反光鏡上，再通過漫射器32將陽光傳輸?shù)绞覂?nèi)；在底座19朝北方向安裝固定反光鏡10，并在其左右兩側(cè)裝有東西方向A、B限位開關(guān)27、28，并在鏈輪15側(cè)面位置裝有南北方向A、B限位開關(guān)4、12，U形架3安裝上水平感光探測傳感器9和環(huán)境光感光探測傳感器沈，底座19 下方安裝透明平板18，透明平板18上裝有垂直感光探測傳感器1，這樣，當(dāng)太陽位置發(fā)生變化時，太陽光追蹤傳感器將太陽位置信號傳遞給追蹤控制系統(tǒng)，驅(qū)動機(jī)械傳動裝置動作，即電機(jī)6通過U形架3圍繞I號軸的軸線作東西向位置調(diào)整，同時電機(jī)16，并經(jīng)鏈輪15鏈條 17的驅(qū)動下，雙面反光鏡11、13、14采光反射傳輸系統(tǒng)還圍繞II號軸的軸線作南北向傾角調(diào)整，其復(fù)合運(yùn)動的結(jié)果使采光系統(tǒng)的采光面可以始終正對太陽，保持最有效的采光反射。陽光轉(zhuǎn)化電能系統(tǒng)是由光伏電池組件5、蓄電池25、控制器構(gòu)成；由太陽能光伏電池板組件5將太陽能輻射直接轉(zhuǎn)化為電能，作為發(fā)電系統(tǒng)，讓電池板電源經(jīng)過控制系統(tǒng)給蓄電池充電，當(dāng)蓄電池電源達(dá)到一定程度時，控制系統(tǒng)內(nèi)設(shè)的自動保護(hù)系統(tǒng)動作，電池板自動切斷電源，實(shí)行自動保護(hù)；用作電機(jī)驅(qū)動。實(shí)踐證明，一種反光鏡式陽光導(dǎo)向器不耗電、長距離、高效率、全光譜、低成本地采集并傳輸太陽光，并且工藝簡單，便于推廣應(yīng)用。本實(shí)用新型提供了一種反光鏡式陽光導(dǎo)向器結(jié)構(gòu)原理的思路，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變化，這些改進(jìn)和變化也應(yīng)視為本實(shí)用新型和保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種反光鏡式陽光導(dǎo)向器，主要由三塊雙面反光鏡、固定反光鏡、采光反射傳輸系統(tǒng)、感光探測傳感器、追蹤控制系統(tǒng)、機(jī)械傳動裝置、陽光轉(zhuǎn)化電能系統(tǒng)、方向限位開關(guān)、透明平板、通風(fēng)器、半球圓柱形透明防護(hù)罩和底座所組成；其中為三塊雙面反光鏡是同方向轉(zhuǎn)動的近似平行狀態(tài)；所述的采光反射傳輸系統(tǒng)包含三塊雙面反光鏡、固定反光鏡、光導(dǎo)管、 透明平板；所述的感光探測傳感器為環(huán)境光傳感器、水平感光探測傳感器和垂直感光探測傳感器；追蹤控制系統(tǒng)包含太陽光追蹤傳感器、微機(jī)全自動程序控制器、以及機(jī)械傳動裝置；其特征在于通過設(shè)有檢測太陽光位置的感光探測傳感器、方向限位開關(guān)、由控制系統(tǒng)向機(jī)械傳動裝置的電機(jī)輸送控制指令，控制驅(qū)動雙面反光鏡作東西方向、南北方向轉(zhuǎn)動調(diào)整，將采集最大面積匯聚陽光反射傳輸?shù)街付ㄎ恢蒙希浑姍C(jī)供電來源于太陽能光伏電池轉(zhuǎn)化的電能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述反光鏡式陽光導(dǎo)向器，其特征在于1號軸電機(jī)直接安裝在電機(jī)支架中心，通過I號電機(jī)軸芯的平鍵與U形架固連，夾持器用螺釘連接在U形架上，雙面反光鏡裝在夾持器上，U形架側(cè)面安裝II號軸電機(jī)，II號軸電機(jī)由平鍵連接鏈輪，通過鏈條連接雙面反光鏡，固定反光鏡用螺釘安裝在底座北方向內(nèi)側(cè)上方，底座內(nèi)壁裝有光導(dǎo)管，底座底部裝上透明平板，半球圓柱形透明防護(hù)罩和通風(fēng)器裝在底座上部，底座裝在支撐架上，支撐架與樓頂用地腳螺栓連接，在固定反光鏡左右位置，裝有兩個東西方向A、B限位開關(guān)，鏈輪側(cè)面裝有兩個南北方向A、B限位開關(guān)，U形架上安裝水平感光探測傳感器和環(huán)境光感光探測傳感器，透明平板上裝有垂直感光探測傳感器，光伏電池組件、蓄電池、微機(jī)全自動程序控制器安裝在支撐架上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述反光鏡式陽光導(dǎo)向器，其特征在于所述的陽光轉(zhuǎn)化電能系統(tǒng)是由光伏電池組件、蓄電池、控制器和驅(qū)動負(fù)載所構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述反光鏡式陽光導(dǎo)向器，其特征在于所述的反光鏡為冷光反射鏡面，其材質(zhì)為金屬鋁、不銹鋼、玻璃或塑料，且工作表面均須經(jīng)過真空鍍銀膜制鏡處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述反光鏡式陽光導(dǎo)向器，其特征在于所述的追蹤控制系統(tǒng)是水平感光探測傳感器和垂直感光探測傳感器將東西南北方向的太陽能信號轉(zhuǎn)換成電信號；中央處理電路對太陽光跟蹤傳感器的信號進(jìn)行采集后，經(jīng)運(yùn)算放大電路放大信號后傳輸給中央處理器，中央處理器分析后給出控制信號至動作驅(qū)動電路；動作驅(qū)動電路由驅(qū)動器、限位開關(guān)、繼電器和電機(jī)組成，中央處理器給出的控制信號經(jīng)驅(qū)動器放大后驅(qū)動繼電器，由繼電器控制電機(jī)動作。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述反光鏡式陽光導(dǎo)向器，其特征在于所述反射面積最大化傳輸光路垂直向下，并且可以使光路傳輸?shù)降诙€固定反光鏡上，再反射到第三個固定反光鏡， 以及可以繼續(xù)不斷再反射到多級方向控制反光鏡上，再通過漫射器將陽光傳輸?shù)绞覂?nèi)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種反光鏡式陽光導(dǎo)向器，屬于太陽能應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域；該裝置主要由自動追蹤陽光，并自動調(diào)節(jié)反光鏡的角度，以反射面積最大化傳輸光路垂直向下，并可射向配套的固定位置的二級方向反光鏡上，再反射三級方向反光鏡，通過漫射器將陽光傳輸?shù)绞覂?nèi)；裝置包括三塊雙面反光鏡、固定反光鏡、采光反射傳輸系統(tǒng)、感光探測傳感器、追蹤控制系統(tǒng)、機(jī)械傳動裝置、陽光轉(zhuǎn)化電能系統(tǒng)、方向限位開關(guān)、透明平板、通風(fēng)器、半球圓柱形透明防護(hù)罩所組成；陽光轉(zhuǎn)化電能系統(tǒng)是由光伏電池組件、蓄電池、控制器、驅(qū)動負(fù)載構(gòu)成；該裝置適合高層建筑樓，利用屋頂陽光改善高樓內(nèi)的光線，讓高樓的內(nèi)部各處變得如同室外一樣明亮，具有陽光的長距離傳輸，節(jié)省了光纖，成本低，采光效率高的特點(diǎn)。
文檔編號F21V13/00GK202188424SQ20102066884
公開日2012年4月11日 申請日期2010年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月20日
發(fā)明者劉子寧 申請人:劉子寧