基本信息
- 項目名稱：
- 基于光纖導入的太陽光照明系統(tǒng)
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本項目實現(xiàn)了一種利用光纖傳輸將自然光引入室內(nèi)照明的太陽光智能照明系統(tǒng)；該系統(tǒng)通過結(jié)構(gòu)特殊設置的太陽光自動跟蹤系統(tǒng)使太陽光始終垂直照射到菲涅爾聚光透鏡上,并經(jīng)其匯聚到光纖輸入端,由光纖傳輸?shù)绞覂?nèi),從而實現(xiàn)自然光的直接導入照明。同時考慮到天氣變化對光線強度的影響，我們在光纖照明端增加了LED補光裝置。該裝置可通過光敏電阻探測導入室內(nèi)光線強度來控制LED燈的強弱，實現(xiàn)室內(nèi)的穩(wěn)定、明亮的照明環(huán)境。
- 詳細介紹：
- 基于對目前市場上已有相似產(chǎn)品的分析和對用戶需求的調(diào)查，我們設計了“基于光纖導入的太陽光照明系統(tǒng)”。 聚光系統(tǒng)中的菲涅爾透鏡通過太陽光跟蹤系統(tǒng)作水平角和俯仰角的調(diào)整，以最佳角度接受太陽光，并將太陽光匯聚于一點，經(jīng)耦合進入光纖。太陽光經(jīng)光纖傳輸?shù)秸彰鞫?，作光譜選擇和光強處理后，到達需要照明的場所，實現(xiàn)綠色照明。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關鍵和主要技術(shù)指標
- 1、太陽光自動跟蹤系統(tǒng)中，電機控制的轉(zhuǎn)角精度需達到0.1°，角度分辨率為0.05°； 2、光譜方面，通過在照明端增加濾光片等措施可濾除99%的有害光線，保證導入室內(nèi)光線的綠色安全； 3、光能量方面，耦合效率達到20%，光纖傳導效率達到99%，照明端效率達到20%；每0.2平米的聚光器聚的光經(jīng)過系統(tǒng)出射的光通量，相當于4個80瓦的日光燈所產(chǎn)生的光通量； 4、設備外觀高度小于0.5米，鋪設長度、寬度依需求而定。
科學性、先進性
- 1、太陽光感測元件的設計 自行設計了體積小、簡單可行的太陽光感測元件。所謂的感測元件由硅光電池和梯臺組成，只需分別比較兩組對應側(cè)面貼片輸出信號的大小，便可判斷該角度是否為接收太陽光的最佳角度，若非則可依靠電機作相應角度調(diào)整。避免了傳統(tǒng)四象限因為光斑不均勻而引起定位誤差甚至因為光斑過小而無法測量的情況。 2、聚光單元和聯(lián)動結(jié)構(gòu) 為克服現(xiàn)有綠色照明產(chǎn)品體積大、安裝拆卸不方便等問題，我們針對屋頂、墻壁等安裝場合和普通用戶這一對象，設計了聚光單元和傳動結(jié)構(gòu)。產(chǎn)品使用多塊小型集光器模組聯(lián)動，結(jié)構(gòu)為平板型，利于大面積鋪設。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2011年中國計量學院第五屆課外學術(shù)科技作品競賽一等獎； 2011年浙江省第十二屆“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術(shù)科技作品競賽三等獎。
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 圖片，文字，部分實物等。
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 本系統(tǒng)設計之初的定位是廣大家庭的居室照明。本產(chǎn)品只需進行簡單的安裝鋪設即可達到將自然光引入室內(nèi)的目的，節(jié)能環(huán)保。 本系統(tǒng)的安裝、使用對外部條件要求不高，具有良好的“移植性”，可在地下車庫、隧道、博物館、醫(yī)院等很多場合推廣使用。 另外，光纖導入的自然光是本質(zhì)安全的光源，這一特性使其在安全要求較高的場合的應用中占有一席之地。只需對系統(tǒng)稍加更改（將輸出端的光強測試和led補光兩功能模塊調(diào)整至輸出端之前），該系統(tǒng)便可在煤礦、棉紡廠、武器庫等場合擔當防爆燈?，F(xiàn)有的大多數(shù)防爆燈是基于“隔離防爆”原理設計的，光纖導光照明作“防爆燈”相比現(xiàn)有防爆燈在理論上更安全可行。相信隨著技術(shù)的深入和成熟，光纖導入的太陽光照明會在防爆燈領域大放異彩！
同類課題研究水平概述
- 近二十多年來，太陽光采光照明一直是西方許多發(fā)達國家研究的熱點,日本、美國、歐洲等一些國家紛紛開發(fā)研制出相應的產(chǎn)品。就目前而言，日光燈直接導入照明的方式主要有以下3種： ①光纖導光——利用聚光器，將太陽光聚集到一點，耦合到光纖，通過光纖將日光導入到室內(nèi)后經(jīng)過特殊光學系統(tǒng)處理，達到照明目的。因為光纖的可彎曲性且在可見光部分衰減極小，所以可滿足較多場合的要求，有較大的應用前景。1979年8月La Foret工程公司推出了第一臺采集太陽光的照明系統(tǒng)一眼“Himawari”,中文意譯為“向日葵”。80、90年代日本在集光機和信號控制方面做了大量研究，此后又陸續(xù)研制出各種型號。目前Himawari是業(yè)內(nèi)最具市場性的產(chǎn)品，在國內(nèi)外已有大量的應用實例。我國于20世紀90年代初開始進行光纖采光系統(tǒng)的研究，雖起步較晚，但發(fā)展比較快，并在2001年自行研制開發(fā)出全自動跟蹤太陽光的采光裝置。目前由于整體造價較高和民眾認識的缺乏，該產(chǎn)品還沒有真正廣泛推廣開來。 ②光導管導光——此種系統(tǒng)主要由采光罩、光導管和漫射器三部分組成。其系統(tǒng)原理是通過采光罩高效采集自然光線導入系統(tǒng)內(nèi)重新分配，再經(jīng)過特殊制作的光導管傳輸和強化后由系統(tǒng)底部的漫射裝置把自然光均勻高效的照射到任何需要光線的地方，得到由自然光帶來的特殊照明效果。北京亞運會體育場館就是用這種方式采集陽光用以照明的。但此種裝置不僅體積龐大，必須根據(jù)不同的建筑作不同的設計。因為其無法跟蹤太陽，所以陽光利用率很小。 ③反光板——這種導光系統(tǒng)主要包括定日鏡，反射板和漫反射板。定日鏡跟蹤太陽并收集太陽光。太陽光經(jīng)反射板導入到室內(nèi)，然后經(jīng)過漫反射的散射作用變成比較均勻的光供室內(nèi)照明。這種系統(tǒng)雖然能較好的利用日光，但體積龐大，對于不同的建筑要有與之相匹配的設計，無法推廣普及。上海世博會未來館用的就是這種裝置。
