太阳光导入照明系统的设计与实现

2021-11-24王诗莹陈海洋张文瀚

科学与生活 2021年18期

王诗莹陈海洋张文瀚

摘要：基于“TRIZ”创新思维理论，本系统旨在设计一个集光、电、机于一体的全自动装置。白天，采集子系统光盘中的光学透镜将大阳光聚集提升光强，导入至传导光纤传输到地下室，通过输出照明器件将光释放发散，从而达到照明的效果;另一方面，储存子系统中的太阳能电池吸收光能，并将其转化成电能，通过控制电路，从而储存在蓄电池中。晚上，蓄电池中的电能由导线传递至高亮度LED节能灯。

关键词：物联网网关，硬件技术，软件技术，现状探析

1引言

随着经济的快速发展，人们的物质生活得到了很大的改善，同时随着地下室和地下商场的增多，这就使得人们渴望有一种东西，能够将室外的阳光导入地下室和室内等地方，从而改变人们的生活和工作环境，在不走出室内的情况下就能感受阳光的照射，并且还能将阳光中有害的成分给去除掉，在室内就能感受到温暖而无害的阳光，使生活质量得以提高。针对这一问题，设计了一种太阳光导入照明系统，该系统能够将其阳光导入室内，并且设计得有阳光追踪和有害光隔离系统，使得该系统不会由于太阳转移而减弱强度，同时还能隔离阳光中对人体有害的成分。

2现状与分析

太阳光导入器采用透镜集光+光导纤维的传送方式，去除太阳光光谱中的有害成分后导入到室内。太阳光导入器的核心技术有：阳光自动跟踪系统，GPS（全球定位系统）定位，凸透镜聚焦（可提升阳光照度1.5万倍），光纤导入阳光（将阳光转弯传输，可送达任何位置），频谱分离对人体有害阳光。它不受房子与窗户的方位以及太阳的照射角度等条件影响，整日都可以稳定的收集太阳光，并且能耗低。美、日、英、德等发达国家已研制出了太阳光导入器成品，并已推向民用消费市场。我国虽然在这个领域刚刚起步，但生产制造、市场销售前景广阔，期待我国企业可以早日跟上国际发展的步伐。

太阳光导入技术现状：

（1）光导纤维技术得到突破性发展，现已研制出高纯大直径石英光导纤维，阳光传输3km以上仅有0.001%的衰减。

（2）GPS和阳光自动跟踪系统的发展，使得在不同经纬度都能收集到太阳光。并能确保在一年时间内让室内获得太阳光照射的平均时长达到10小时及以上。

（3）太阳光光谱分离技术可将有害射线去除，实现了引入清洁、安全、健康、舒适阳光功能。

（4）太阳光聚焦技术发展，可将阳光照射度提高1.5万倍。

（5）太阳光室内照射技术获得突破，现已有几十种各用途的照射器具，实现了多方位、多功能、多用途照明，满足用户的不同需求。

3设计标准

节能：该系统所利用的能源属于可再生能源，从而减少了对煤和石油等不可再生能源的使用。并且太阳光导入照明系统可取代白天的电力照明，无能量损耗，节约能源，创造效益。

环保：照明光源为自然光线，和常规使用的电力照明相比，太阳光照明时不会产生二氧化硫和一氧化氮等有害气体，不会影响空气质量，并且不会产生二氧化碳气体，能一定程度的减缓温室效应现象。还可分离太阳光中有害光线，滤除辐射。采光柔和、均匀，光照强度可以根据个人需要而实时调节，全频谱、无闪烁、无眩光、无污染，最大限度地保护使用者的身心健康。

健康：科学研究证明，自然光线照明具有更好的视觉效果和心理作用，并且有益于改善室内环境，增强人体健康。

时尚：是目前国内外普遍推崇的一种绿色健康、节能环保的新型照明系统。

4工作原理

采用了透镜集光+光导纤维的传送方式，将太阳光去除光谱中的有害成分后导入到室内。太阳光导入器的核心技术有：GPS（全球定位系统）定位、阳光自动跟踪、凸镜聚焦（可提升阳光照度1.5万倍）、有害阳光频谱分离、光纤导入阳光（将阳光转弯传输，可送达任何位置）。

4.1集光器

系统最主要的部分收集太阳光的装置--集光器。集光器是由日本来福瑞公司生产的太阳集光器，外观形似向日葵，故也称向日葵系统，能够实时追踪一天中太阳光最好的时刻，并对紫外线及有害射线进行过滤，太阳光的聚焦耦合等功能。

4.2亚克力球罩：

能够对内部聚光组件进行良好的保护，同时特殊的球形结构能够实现自净功能，尤其在黑河这个冬夏分明的地方，冬-不落积雪，夏-不聚雨水。高透光性能够更大限度的实现对阳光的采集，同时特殊的外层材质也能对阳光的紫外线进行一级过滤。

4.3传感器：

聚焦镜中部安装有光感元件，再配合GPS定位系统的初步定位后，使得对太阳光进行精确的定位追踪，使集光器能够实时采集最强烈的眼光，提高采集效率和最终的光照强度。

4.4聚光组件

是整个系统中最核心的部分，也是最精密的部分。通过控制耦合端面与透镜焦点的位置，实现对紫外线的过滤。