[發(fā)明專利]太陽光光纖照明裝置及太陽跟蹤方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810020176.8
• 申請(qǐng)日: 2008-03-26
• 公開（公告）號(hào): CN101482246A
• 公開（公告）日: 2009-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋記鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 宋記鋒
• 主分類號(hào): F21S11/00
• 分類號(hào): F21S11/00;F21V8/00;F24J2/38;F24J2/40;G05B15/02
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 趙曉薇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太陽能開發(fā)自動(dòng)化領(lǐng)域，特別涉及太陽光光纖照明裝置及太陽跟蹤方法。

背景技術(shù)

太陽光是取之不盡的綠色能源，將陽光有效收集并利用光纖傳輸?shù)叫枰彰鞑⑶覍?duì)安全要求嚴(yán)格的場所，例如彈藥庫、油庫、礦井等易燃易爆場所和不能直接接收陽光的建筑內(nèi)，進(jìn)行照明，其意義重大。此類技術(shù)的核心思想是利用聚光透鏡或者聚光反射鏡，將陽光聚焦到光纖上，利用光纖將陽光傳輸?shù)叫枰彰鞯膱鏊＿@種照明技術(shù)節(jié)能，且光電隔離，非常安全照明，其光譜也適合人類健康需求。這種技術(shù)的關(guān)鍵在于高精度、全自動(dòng)地跟蹤太陽，確保太陽光準(zhǔn)確聚焦在細(xì)小的光纖受光端面上。目前的相關(guān)專利提出的太陽跟蹤方法分為兩大類：一類是根據(jù)地球繞日運(yùn)行規(guī)律控制采光照明裝置；另一類是利用光敏傳感器跟蹤太陽。太陽跟蹤技術(shù)是本發(fā)明申請(qǐng)人長期研究的課題，此前已經(jīng)有一項(xiàng)“基于跟蹤姿態(tài)反饋的太陽跟蹤裝置及跟蹤方法”發(fā)明專利授權(quán)(專利號(hào)：ZL200510094900.8)，即屬于前者。申請(qǐng)人在研究中發(fā)現(xiàn)，單獨(dú)采用上述兩類方法中的一種，無法高精度全自動(dòng)跟蹤太陽，無法有效實(shí)現(xiàn)光纖傳輸陽光進(jìn)行照明之目的。

利用光敏傳感器跟蹤太陽，不受當(dāng)?shù)亟?jīng)緯度限制，如專利“太陽光光纖照明裝置”(申請(qǐng)?zhí)?1113529.8)采用四象限光伏探測器跟蹤太陽，但也存在缺點(diǎn)，在陽光焦斑偏離中心時(shí)，四象限光伏探測器僅能提供偏差的大致方向信息，而無法獲得偏差的具體數(shù)值和準(zhǔn)確方向，作為閉環(huán)控制的反饋信號(hào)不夠理想，且受環(huán)境溫度干擾，并且在日出時(shí)刻，如果四象限光伏探測器軸線與陽光偏差太大，陽光聚焦不理想或者焦斑沒有投射在光伏探測器上，則裝置無法探測到太陽方位，失去控制，自動(dòng)化水平低，可靠性不夠高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)國內(nèi)外太陽光光纖照明裝置的缺陷，提出一種新型的具備雙重太陽跟蹤方法的太陽跟蹤裝置即太陽光光纖照明裝置及太陽跟蹤方法，以提高太陽光光纖照明裝置的太陽跟蹤精度，提高自動(dòng)化水平，滿足民用太陽能領(lǐng)域的需求。

本發(fā)明的原理是：單片機(jī)讀取GPS電路信號(hào)，獲得當(dāng)?shù)亟?jīng)度、緯度和日期時(shí)刻，據(jù)此計(jì)算當(dāng)時(shí)的太陽位置，對(duì)比角度傳感器信號(hào)，計(jì)算出裝置姿態(tài)與太陽方位之間的偏差，利用偏差信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，控制裝置指向太陽，完成初步跟蹤；再利用太陽定位傳感器實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步高精度跟蹤控制，太陽光聚焦后的焦斑如果偏離光敏器件陣列中心，則信號(hào)處理電路計(jì)算出偏差，單片機(jī)根據(jù)偏差驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)，直至太陽光聚焦光斑位于光敏器件陣列中心，集光器的軸線與太陽定位傳感器軸線平行，此時(shí)集光器中陽光聚焦后準(zhǔn)確照射在光纖受光端面上，光纖將陽光傳輸?shù)叫枰膱鏊鶎?shí)現(xiàn)照明。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種太陽光光纖照明裝置，包括集光器陣列、與控制器電連接的太陽定位傳感器、角度傳感器，特別是：

集光器陣列包括多個(gè)單元，其中每個(gè)單元包括采光聚光透鏡、光纖、夾持頭和鏡筒，采光聚光透鏡經(jīng)鏡筒固定在俯仰板上，光纖經(jīng)夾持頭貫穿俯仰板并固定在俯仰板上，光纖受光端置于采光聚光透鏡焦點(diǎn)處，集光器陣列的鏡筒軸線與太陽定位傳感器的遮光筒軸線平行；

太陽定位傳感器包括定位聚光透鏡和光敏器件陣列，光敏器件陣列置于定位聚光透鏡焦平面附近，聚光透鏡通過遮光筒相對(duì)固定在光敏器件陣列上，遮光筒固定在俯仰板上，俯仰板固定在左橫軸和右橫軸上，左橫軸通過左軸承與U型支架相連接，右橫軸通過右軸承與U型支架相連接；

角度傳感器為橫軸角度傳感器和縱軸角度傳感器，橫軸角度傳感器的輸入軸與右橫軸相連接且固定在U型支架的一側(cè)，用于測量俯仰板的俯仰角，所述U型支架的另一側(cè)固定有橫軸電機(jī)，橫軸電機(jī)的輸出軸經(jīng)橫軸大齒輪與橫軸小齒輪嚙合，橫軸小齒輪帶動(dòng)俯仰板轉(zhuǎn)動(dòng)；

縱軸角度傳感器和縱軸電機(jī)固定在底座上，底座包括上蓋板、下蓋板、縱軸、固定柱，縱軸置于底座的中間，底座四周置有多個(gè)固定柱，固定柱上下兩端分別固定在上蓋板和下蓋板上，縱軸的頂部穿過上蓋板經(jīng)上向心軸承和上軸承蓋與上蓋板連接，縱軸的頂部末端與U型支架固定連接，縱軸的上端置有縱軸小齒輪，縱軸下端依次同軸串聯(lián)下向心軸承和推力軸承，下軸承蓋將下向心軸承和推力軸承連接在固定環(huán)上，固定環(huán)固定在下蓋板上，縱軸下部末端與縱軸角度傳感器的輸入軸連接，用于測量U型支架的方位角，縱軸電機(jī)輸出軸經(jīng)縱軸大齒輪嚙合縱軸上的縱軸小齒輪，縱軸小齒輪帶動(dòng)縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)；