基本信息
- 项目名称：
- 基于光纤导入的太阳光照明系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本项目实现了一种利用光纤传输将自然光引入室内照明的太阳光智能照明系统；该系统通过结构特殊设置的太阳光自动跟踪系统使太阳光始终垂直照射到菲涅尔聚光透镜上,并经其汇聚到光纤输入端,由光纤传输到室内,从而实现自然光的直接导入照明。同时考虑到天气变化对光线强度的影响，我们在光纤照明端增加了LED补光装置。该装置可通过光敏电阻探测导入室内光线强度来控制LED灯的强弱，实现室内的稳定、明亮的照明环境。
- 详细介绍：
- 基于对目前市场上已有相似产品的分析和对用户需求的调查，我们设计了“基于光纤导入的太阳光照明系统”。 聚光系统中的菲涅尔透镜通过太阳光跟踪系统作水平角和俯仰角的调整，以最佳角度接受太阳光，并将太阳光汇聚于一点，经耦合进入光纤。太阳光经光纤传输到照明端，作光谱选择和光强处理后，到达需要照明的场所，实现绿色照明。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1、太阳光自动跟踪系统中，电机控制的转角精度需达到0.1°，角度分辨率为0.05°； 2、光谱方面，通过在照明端增加滤光片等措施可滤除99%的有害光线，保证导入室内光线的绿色安全； 3、光能量方面，耦合效率达到20%，光纤传导效率达到99%，照明端效率达到20%；每0.2平米的聚光器聚的光经过系统出射的光通量，相当于4个80瓦的日光灯所产生的光通量； 4、设备外观高度小于0.5米，铺设长度、宽度依需求而定。
科学性、先进性
- 1、太阳光感测元件的设计 自行设计了体积小、简单可行的太阳光感测元件。所谓的感测元件由硅光电池和梯台组成，只需分别比较两组对应侧面贴片输出信号的大小，便可判断该角度是否为接收太阳光的最佳角度，若非则可依靠电机作相应角度调整。避免了传统四象限因为光斑不均匀而引起定位误差甚至因为光斑过小而无法测量的情况。 2、聚光单元和联动结构 为克服现有绿色照明产品体积大、安装拆卸不方便等问题，我们针对屋顶、墙壁等安装场合和普通用户这一对象，设计了聚光单元和传动结构。产品使用多块小型集光器模组联动，结构为平板型，利于大面积铺设。
获奖情况及鉴定结果
- 2011年中国计量学院第五届课外学术科技作品竞赛一等奖； 2011年浙江省第十二届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛三等奖。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 图片，文字，部分实物等。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本系统设计之初的定位是广大家庭的居室照明。本产品只需进行简单的安装铺设即可达到将自然光引入室内的目的，节能环保。 本系统的安装、使用对外部条件要求不高，具有良好的“移植性”，可在地下车库、隧道、博物馆、医院等很多场合推广使用。 另外，光纤导入的自然光是本质安全的光源，这一特性使其在安全要求较高的场合的应用中占有一席之地。只需对系统稍加更改（将输出端的光强测试和led补光两功能模块调整至输出端之前），该系统便可在煤矿、棉纺厂、武器库等场合担当防爆灯。现有的大多数防爆灯是基于“隔离防爆”原理设计的，光纤导光照明作“防爆灯”相比现有防爆灯在理论上更安全可行。相信随着技术的深入和成熟，光纤导入的太阳光照明会在防爆灯领域大放异彩！
同类课题研究水平概述
- 近二十多年来，太阳光采光照明一直是西方许多发达国家研究的热点,日本、美国、欧洲等一些国家纷纷开发研制出相应的产品。就目前而言，日光灯直接导入照明的方式主要有以下3种： ①光纤导光——利用聚光器，将太阳光聚集到一点，耦合到光纤，通过光纤将日光导入到室内后经过特殊光学系统处理，达到照明目的。因为光纤的可弯曲性且在可见光部分衰减极小，所以可满足较多场合的要求，有较大的应用前景。1979年8月La Foret工程公司推出了第一台采集太阳光的照明系统一眼“Himawari”,中文意译为“向日葵”。80、90年代日本在集光机和信号控制方面做了大量研究，此后又陆续研制出各种型号。目前Himawari是业内最具市场性的产品，在国内外已有大量的应用实例。我国于20世纪90年代初开始进行光纤采光系统的研究，虽起步较晚，但发展比较快，并在2001年自行研制开发出全自动跟踪太阳光的采光装置。目前由于整体造价较高和民众认识的缺乏，该产品还没有真正广泛推广开来。 ②光导管导光——此种系统主要由采光罩、光导管和漫射器三部分组成。其系统原理是通过采光罩高效采集自然光线导入系统内重新分配，再经过特殊制作的光导管传输和强化后由系统底部的漫射装置把自然光均匀高效的照射到任何需要光线的地方，得到由自然光带来的特殊照明效果。北京亚运会体育场馆就是用这种方式采集阳光用以照明的。但此种装置不仅体积庞大，必须根据不同的建筑作不同的设计。因为其无法跟踪太阳，所以阳光利用率很小。 ③反光板——这种导光系统主要包括定日镜，反射板和漫反射板。定日镜跟踪太阳并收集太阳光。太阳光经反射板导入到室内，然后经过漫反射的散射作用变成比较均匀的光供室内照明。这种系统虽然能较好的利用日光，但体积庞大，对于不同的建筑要有与之相匹配的设计，无法推广普及。上海世博会未来馆用的就是这种装置。
