專利名稱：可模塊化廣角無電力太陽光采光系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于太陽能利用技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種能將太陽光采集匯聚，并用于特定區(qū)域照明的采光系統(tǒng)，特別涉及一種可模塊化廣角無電力太陽光采光系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
我國照明用電約占總耗電量的10%，而目前普遍照明燈具只能將約15%的電能轉(zhuǎn)化成光能，也就是說有80%多的電能以熱形式耗去。合理利用自然資源，讓廉價(jià)的太陽能資源充分發(fā)揮效能，營造一個(gè)綠化的社會(huì)，緩解電能的供需矛盾，延長(zhǎng)不可再生能源使用壽命，符合國家產(chǎn)業(yè)政策，國家大力提倡和支持的產(chǎn)業(yè)方向。經(jīng)濟(jì)實(shí)用的太陽能采光技術(shù)，是全世界的節(jié)能研究命題，各國專家不斷探索，至今沒有突破性的進(jìn)展。主要原因在于以下幾個(gè)方面:1)空間的有限性，密集的建筑群當(dāng)中很難實(shí)現(xiàn)全空間采光。2)陽光的固有特點(diǎn)，照射角度不斷變化，強(qiáng)度不確定，光能自身的特殊性。3)現(xiàn)有光學(xué)研究的科學(xué)局限，能夠利用和轉(zhuǎn)化光能的手段較少。4)成本效益，相對(duì)于電能的成熟利用，既要方便實(shí)用，又要成本低廉，還要適用各種環(huán)境條件。利用太陽能采光節(jié)能，必須是在廣泛實(shí)施的前提下才能真正達(dá)到節(jié)能的目的，而廣泛實(shí)施的前提是經(jīng)濟(jì)實(shí)用。以往優(yōu)秀的個(gè)案，只能是具體環(huán)境，具體實(shí)施，推廣意義不大。如，用導(dǎo)光管將太陽集光器收集的光線傳送到室內(nèi)需要采光的地方進(jìn)行天然采光，穩(wěn)定可靠，成本較低，但傳導(dǎo)距離短，安裝條件要求高，體積太大不易推廣。在建筑物頂設(shè)置采光瓦、窗，簡(jiǎn)便易行，成本低廉，美觀實(shí)用，但只能在建筑物頂層使用，使用局限性較大。用反光鏡一次將太陽光反射到室內(nèi)需要采光的地方，對(duì)提高側(cè)窗采光的均勻度具有較明顯的效果，簡(jiǎn)便實(shí)用，效果較好，但對(duì)環(huán)境要求較高，只適用于特殊場(chǎng)合。利用太陽能電池板進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換采光，適應(yīng)性強(qiáng)，成熟可靠，可是其轉(zhuǎn)化率太低，且成本較高，推廣困難。為了能高效利用太陽能，擴(kuò)大太陽光采光系統(tǒng)的營養(yǎng)范圍，專利《太陽光導(dǎo)入采光照明系統(tǒng)》(專利號(hào)ZL200620024891.5，公告號(hào)CN2926790，公告日2007.07.25)提供了一種能將太陽光導(dǎo)入室內(nèi)的采光照明系統(tǒng)，包括多個(gè)配裝在一起的聚焦陽光的平面光學(xué)透鏡陽光采集器，通過自動(dòng)追蹤控制裝置驅(qū)動(dòng)陽光采集器精確跟蹤太陽，使透鏡完全始終直對(duì)陽光，將采集的陽光聚焦至配置在光學(xué)透鏡焦點(diǎn)的光纖上，再通過光纖將陽光導(dǎo)入室內(nèi)，經(jīng)散射陽光的照具將光纖導(dǎo)入的陽光散射成燈光或燈管的效果，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)陽光采光照明，充分利用太陽光。該采光系統(tǒng)大大提高了采光條件的適應(yīng)性，延長(zhǎng)了光傳導(dǎo)的距離，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)照明的要求；但該采光系統(tǒng)成本太高，使用時(shí)需要額外采用電能輔助工作，安裝實(shí)施專業(yè)性要求高。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種可模塊化廣角無電力太陽光采光系統(tǒng)，在充分利用太陽光的同時(shí)，完全脫離了電能輔助，降低了成本。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:一種可模塊化廣角無電力太陽光采光系統(tǒng)，包括底座和底座上設(shè)置的球形的支架，支架上、沿支架的球形表面安裝有多個(gè)廣角的采光件，每個(gè)采光件朝向支架球心的一端均安裝有一個(gè)光纖耦合器，每個(gè)光纖耦合器均耦合有一根多模光纖，所有的該多模光纖均與多模光纖耦合器耦合，多模光纖耦合器還耦合有另外一根多模光纖，該另外一個(gè)多模光纖與光纖接口耦合。所述的采光件為采光單體，采光單體包括形狀為內(nèi)聚焦拋物線型的外殼，外殼內(nèi)部、沿從外殼開口到底部的方向依次安裝有采光球透鏡、自聚焦準(zhǔn)直透鏡和聚焦球透鏡；采光球透鏡的一部分伸出外殼外，夕卜殼的底部位于支架內(nèi)，并朝向支架的球心；每個(gè)外殼的底部均安裝有光纖稱合器，每個(gè)光纖稱合器均稱合有一根第一多模光纖，所有的第一多模光纖均與多模光纖耦合器耦合；多模光纖耦合器通過第二耦合多模光纖與光纖接口耦合。所述的光纖接口(8)采用FC型光纖接口。本實(shí)用新型采光系統(tǒng)將兩個(gè)球透鏡及一個(gè)自聚焦準(zhǔn)直透鏡支持一個(gè)廣角的采光單體，再將若干個(gè)采光單體固定排列在同一球面上，通過該球面上不同位置的采光單體實(shí)現(xiàn)不同時(shí)刻太陽光的采集，并通過光纖將采光單體采集的太陽光傳輸?shù)叫枰彰鞯膮^(qū)域。本采光系統(tǒng)集合了多種最新技術(shù)成果，克服了現(xiàn)有各種太陽光采光裝置的技術(shù)缺陷，完全脫離了電能輔助，增強(qiáng)天氣變化的適應(yīng)性，降低成本，延長(zhǎng)使用壽命，模塊化設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)人人可安裝，戶戶可使用，并可批量生產(chǎn)制造，具有突出的實(shí)用性。

圖1是本實(shí)用新型采光系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型采光系統(tǒng)中采光單體的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中:1.底座,2.支架,3.光纖I禹合器,4.米光單體,5.防塵濾光罩,6.第一多模光纖,7.多模光纖稱合器,8.光纖接口，9.第二多模光纖，10.米光球透鏡，11.外殼,12.透鏡支腳，13.自聚焦準(zhǔn)直透鏡，14.聚焦球透鏡。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖1所示，本實(shí)用新型采光系統(tǒng)，包括中空的底座1，底座I上安裝有光纖接口 8和球形的支架2。支架2上、沿支架2的球形表面安裝有多個(gè)廣角的采光單體4，所有的采光單體4在支架2上形成冠狀排列。采光單體4如圖2所示，包括塑料制成的形狀為內(nèi)聚焦拋物線型的外殼11，外殼11外表面鍍有鋁膜，外殼11內(nèi)部安裝有透鏡支腳12 ;沿從外殼11開口到底部的方向、透鏡支腳12上依次安裝有采光球透鏡10、自聚焦準(zhǔn)直透鏡13和聚焦球透鏡14 ;采光球透鏡10的一部分伸出外殼11外，形成采光單體4的采光端；外殼11的底部位于支架2內(nèi)，并朝向支架2的球心，形成采光單體4的光線聚焦端；每個(gè)外殼11的底部均安裝有光纖稱合器3,每個(gè)光纖稱合器3均稱合有一根第一多模光纖6,第一多模光纖6的一端光纖I禹合器3 I禹合,第一多模光纖6的另一端從外殼11底部伸出外殼11外，并與多模光纖耦合器7耦合；多模光纖耦合器7通過第二耦合多模光纖9與光纖接口 8耦合。底座I上還安裝有防塵濾光罩5,防塵濾光罩5和底座I構(gòu)成一個(gè)封閉空間,支架2、多模光纖耦合器7、第二耦合多模光纖9、所有的第一多模光纖6和所有的采光單體4均密閉安裝于該封閉空間內(nèi)。[0015]外殼11、米光球透鏡10、自聚焦準(zhǔn)直透鏡13、聚焦球透鏡14和光纖稱合器3同軸設(shè)置；自聚焦準(zhǔn)直透鏡13朝向采光球透鏡10的端面位于采光球透鏡10的焦距位置。多模光纖耦合器7采用專利權(quán)已終止的專利《一種多模多光纖功率耦合器及其制備方法》(專利號(hào)ZL03110907.1，公告號(hào)CN1323304,公告日2007.06.27)中公開的多模多光纖功率稱合器。將本采光系統(tǒng)固定安裝在采光較好的建筑物外墻或建筑物頂上，用帶有連接頭的多模光纖連接該采光系統(tǒng)和安裝于需要照明區(qū)域的散射燈，該多模光纖的連接頭插入光纖接口 8。入射光線經(jīng)由采光球透鏡10折射后，在自聚焦準(zhǔn)直透鏡13朝向采光球透鏡10的端面聚焦，照射進(jìn)入自聚焦準(zhǔn)直透鏡13 ;由于自聚焦準(zhǔn)直透鏡13的橫截面積較大，這樣就可以實(shí)現(xiàn)較大角度范圍的采光。進(jìn)入自聚焦準(zhǔn)直透鏡13的光線通過自聚焦準(zhǔn)直透鏡13的彎曲、準(zhǔn)直后，以大致平行且準(zhǔn)直的角度照射進(jìn)入聚焦球透鏡14 ;聚焦球透鏡14將大致平行且準(zhǔn)直的入射光線壓縮聚焦在光纖耦合器3的入射口上，實(shí)現(xiàn)光線壓縮、入射、進(jìn)入光纖的過程。此外，外殼11外表面鍍覆的鋁膜可以把進(jìn)入外殼11而沒有進(jìn)入自聚焦準(zhǔn)直透鏡的部分損失的光線收集起來，即內(nèi)聚焦拋物線型的外殼11，把照射進(jìn)入其外口的光線通過多次反射，最后在光纖耦合器3的入射口附近聚焦。實(shí)際上，當(dāng)光線在外殼11內(nèi)多次反射時(shí)，會(huì)多次橫斜向穿過自聚焦準(zhǔn)直透鏡13，在自聚焦準(zhǔn)直透鏡13內(nèi)折射、彎曲，其中部分光線就會(huì)被準(zhǔn)直，通過聚焦球透鏡14，在光纖耦合器3的入射口聚焦。也就是說，在太陽照射角度很大、甚至沒有直接照射到的狀態(tài)下，通過外殼11的反射可以起到一定的輔助采光效果O多路光纖中的光線通過多模光纖稱合器7 二次壓縮稱合后,進(jìn)入一根第二多模光纖9，通過第二多模光纖9送至光纖接口 8，再通過帶有連接頭的多模光纖使安裝于需要照明區(qū)域的散射燈發(fā)光，實(shí)現(xiàn)該區(qū)域的照明。傳統(tǒng)的光纖采光系統(tǒng)共同的問題是晴天光線太強(qiáng)，陰天、多云時(shí)又效果較弱，即使穩(wěn)定地跟蹤太陽，仍然獲得不穩(wěn)定的照明效果。本采光系統(tǒng)將多個(gè)廣角的采光單體4球面狀排列起來，可以實(shí)現(xiàn)陽光的不間斷接收。同時(shí)由于每個(gè)采光單體4都具有的廣角采光效能，可以使整個(gè)球面上能夠同時(shí)接收陽光的采光單體4的數(shù)量增加，大大提高了采光效能。本采光系統(tǒng)從實(shí)用角度出發(fā)，不要求入射光線完全準(zhǔn)直，因而，雖然采光單體4的球面排列減少了陽光直射面的采光面積，但是每個(gè)采光單體4的廣角采光能力卻擴(kuò)大了漫射光的采光范圍。而不完全準(zhǔn)直光線的接收，恰好是陰天、多云天氣的陽光效果；通過對(duì)不完全準(zhǔn)直光線的準(zhǔn)直、壓縮，使得漫射光匯集聚焦，實(shí)現(xiàn)晴天不會(huì)太亮，陰天不會(huì)失效的照明效果。本采光系統(tǒng)為全光學(xué)系統(tǒng)，完全脫離了電力的輔助，降低了制作成本，可以批量制作，方便推廣使用，滿足低照度照明的需求。本采光系統(tǒng)利用兩個(gè)球透鏡和一個(gè)自聚焦準(zhǔn)直透鏡制成廣角的采光單體4，可以擴(kuò)大入射光線的接收角度，實(shí)現(xiàn)太陽光準(zhǔn)直聚焦。將采光單體4以冠狀球形排布起來就可以實(shí)現(xiàn)太陽光的全角度接收，多個(gè)采光單體4底部的光纖通過一個(gè)多模光纖耦合器7耦合壓縮至一路光纖，實(shí)現(xiàn)光線的二次壓縮，最后引入需要照明的區(qū)域。本采光系統(tǒng)可以進(jìn)行完整一體的模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
權(quán)利要求1.一種可模塊化廣角無電力太陽光采光系統(tǒng)，包括底座和底座上設(shè)置的支架，其特征在于，該支架為球形的支架(2)，支架(2)上、沿支架(2)的球形表面安裝有多個(gè)廣角的采光件，每個(gè)采光件朝向支架(2)球心的一端均安裝有一個(gè)光纖耦合器，每個(gè)光纖耦合器均耦合有一根多模光纖，所有的該多模光纖均與多模光纖稱合器(7)稱合，多模光纖稱合器(7)還耦合有另外一根多模光纖，該另外一個(gè)多模光纖與光纖接口(8)耦合。
2.按照權(quán)利要求1所述的可模塊化廣角無電力太陽光采光系統(tǒng)，其特征在于，所述的底座上還安裝有防塵濾光罩(5),底座與防塵濾光罩(5)構(gòu)成封閉空間,支架(2)、多模光纖耦合器(7 )、所有的采光件、所有的多模光纖均位于該封閉空間內(nèi)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的可模塊化廣角無電力太陽光采光系統(tǒng)，其特征在于，所述的米光件為米光單體(4),米光單體(4)包括外殼(11),外殼(11)內(nèi)部、沿從外殼(11)開口到底部的方向依次安裝有采光球透鏡(10)、自聚焦準(zhǔn)直透鏡(13)和聚焦球透鏡(14);采光球透鏡(10)的一部分伸出外殼(11)外，外殼(11)的底部位于支架(2)內(nèi)，并朝向支架(2)的球心；每個(gè)外殼(11)的底部均安裝有光纖耦合器(3 )，每個(gè)光纖耦合器(3 )均耦合有一根第一多模光纖(6),所有的第一多模光纖(6)均與多模光纖稱合器(7)稱合；多模光纖I禹合器(7)通過第二稱合多模光纖(9)與光纖接口(8) f禹合。
4.按照權(quán)利要求3所述的可模塊化廣角無電力太陽光采光系統(tǒng)，其特征在于，所述的外殼(11)采用塑料制成，外殼(11)的外表面鍍有鋁膜。
5.按照權(quán)利要求4所述的可模塊化廣角無電力太陽光采光系統(tǒng)，其特征在于，所述的光纖接口( 8 )采用FC型光纖接口。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種可模塊化廣角無電力太陽光采光系統(tǒng)，包括底座和底座上設(shè)置的球形支架，該支架上、沿支架的球形表面安裝有多個(gè)廣角的采光體，每個(gè)采光體朝向支架球心的一端均安裝有一個(gè)光纖耦合器，每個(gè)光纖耦合器均耦合有一根多模光纖，所有的該多模光纖均與多模光纖耦合器耦合，多模光纖耦合器還耦合有另外一根多模光纖，該另外一個(gè)多模光纖與光纖接口耦合。該采光系統(tǒng)可以擴(kuò)大入射光線的接收角度，實(shí)現(xiàn)太陽光的全角度接收和太陽光準(zhǔn)直聚焦，完全脫離了電能輔助，增強(qiáng)天氣變化的適應(yīng)性，降低成本，延長(zhǎng)使用壽命，模塊化設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)人人可安裝，戶戶可使用，并可批量生產(chǎn)制造，具有突出的實(shí)用性。
文檔編號(hào)F21S11/00GK203024056SQ201320037169
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月22日
發(fā)明者唐渭, 劉術(shù), 陳澤昊, 鄭靜 申請(qǐng)人:中鐵西北科學(xué)研究院有限公司