一种太阳能追踪传光照明装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种太阳能追踪传光照明装置，属于太阳能应用技术领域。
【背景技术】
[0002]近年来，地球上的所有国家都在积极地开发并利用新能源，作为一种清洁能源，太阳能被认为是最有发展和应用前景的能源。人类对太阳能的利用包括光能转换电能、光能转换为热能、光能转换成化学能以及光能转换为生物能等多种方式。
[0003]太阳能作为一种新能源，有着取之不尽、用之不竭、绿色无污染的优点。随着光纤技术的发展，在对太阳能的开发利用过程中，采集太阳光进行照明的光纤照明系统得到了较快的发展。其主要应用场所包括仓库、地下停车场、隧道、商场、博物馆、图书馆等。不仅可以提供正常的照明条件，而且避免了因电源短路引发的火灾以及由于触电而引发的安全问题等。
[0004]在太阳光光纤照明系统中，最为关键的技术是对太阳光的实时跟踪，以获得最大的光能利用效率。目前在太阳跟踪方案中，主要有“视日运动轨迹跟踪方案”和“光电跟踪方案”。视日运动轨迹跟踪方案就是通过计算太阳每一时刻的位置来控制机械完成跟踪，该方法可在大范围内对太阳进行跟踪，但是精度较差，即使在没有太阳时也要按预先设定的程序运转。光电跟踪方案是使用光电传感器作为探测元件，实时探测太阳位置并将信号送达核心处理芯片进行处理后来完成对太阳位置的探测和跟踪，当太阳位置变化时，这些传感器元件会得到不同的输出结果，根据这样的变化情况就可以知道太阳的变化情况或者知道太阳具体的偏差位置；光电跟踪方案主流的方法是采用“四象限探测法”。光电跟踪方案的缺点是跟踪角度范围较小，当太阳被云层挡住一段时间再出来时，可能太阳光的偏移角度已经超过了系统的跟踪角度范围，从而使得系统跟踪失灵。目前使用的最为有效的方案是采用视日运动轨迹跟踪法和光电跟踪法两者相结合，可以互相弥补对方的缺点，在跟踪范围和精度上达到实际使用要求。
[0005]虽然“四象限跟踪方案”跟踪精度较高，但是太阳光聚焦光斑光强很强，长时间照射在光敏器件上不仅使得器件的使用寿命变短，而且器件温度较高，使得器件性能下降，从而影响跟踪系统的使用；加滤光板可以改善这一情况，但增加了装置的复杂性和成本，同时使得灵敏度降低。有人采取十字隔板式的太阳跟踪方案，在十字隔板的每个象限里放置一个光敏元件，当太阳光垂直照射时，每个元件输出信号相同；当太阳偏移时，隔板的阴影会挡住部分光敏元件，从而通过光敏元件输出信号的变化来实现跟踪。该方法的缺点是四个光敏元件受到周围杂散光的影响较大，使得跟踪误差变大。
【发明内容】
[0006]针对上述技术问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种太阳能追踪传光照明装置，采用“视日运动轨迹跟踪法”技术和“光电跟踪法”技术相结合的方法，解决了太阳跟踪和光线引导照明的问题，有效提高了太阳光照明的工作效率。
[0007]本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案:本发明设计了一种太阳能追踪传光照明装置，包括遮光筒、固定盒、菲涅尔透镜、汇聚透镜组、导光光纤、控制模块、电控俯仰轴、电控转动轴、底座、滤光片、四个光敏元件和至少四根探测光纤；其中，控制模块分别与电控俯仰轴、电控转动轴、四个光敏元件相连接；电控转动轴的一端与底座表面相连接，且电控转动轴垂直于底座所在面，电控转动轴的另一端与电控俯仰轴的基座相连接，电控俯仰轴的工作端与固定盒的下表面相连接，固定盒在电控转动轴的控制下，以电控转动轴所在直线为轴心进行转动，同时，固定盒在电控俯仰轴的控制下，相对底座所在面做俯仰运动；遮光筒为截面是方形、内部设有空腔的长方体，空腔的两端分别连接遮光筒两端的方形面，空腔位于遮光筒中轴线上的截面为方形，且该方形与遮光筒两端的方形面尺寸相等、位置彼此对应；遮光筒的其中一个方形端面与固定盒的上表面相连接，遮光筒该端面的中心位置设置通孔，且该通孔贯穿与之位置相对应的固定盒上、下表面，固定盒上、下表面该通孔间的连线与遮光筒的中轴线共线；遮光筒的另一个方形端面上设置透镜圆孔，且该透镜圆孔的边缘与所在方形端面中至少两条边相切，菲涅尔透镜置于该透镜圆孔中，且菲涅尔透镜的中轴线与遮光筒的中轴线共线；汇聚透镜组设置在遮光筒中，且汇聚透镜组的中轴线与遮光筒的中轴线共线，汇聚透镜组接收经菲涅尔透镜进入遮光筒的光线，并将该光线汇聚至遮光筒的中轴线上；导光光纤的一端由固定盒下表面贯穿固定盒上、下表面的通孔，并穿过遮光筒上与固定盒相连接端面上的通孔进入遮光筒中，且导光光纤的该端位于遮光筒中轴线上、光线经汇聚透镜组汇聚的聚焦光斑位置，且该聚焦光斑的直径与导光光纤部端截面的直径相适应，滤光片的直径与导光光纤部端截面的直径相适应，滤光片设置在导光光纤的该端上；探测光纤的数量为4的倍数，所有探测光纤平均分为四组，各组探测光纤分别与遮光筒的四个外侧面一一对应，各组探测光纤中各根探测光纤的其中一端分别设置在遮光筒对应的外侧面上，所有探测光纤该端相共面，该共面与遮光筒顶端所在面相平行，且低于遮光筒顶端所在面；各根探测光纤位于遮光筒外侧面上的部分的中轴线与遮光筒的中轴线相平行；四个光敏元件设置在固定盒中，各组探测光纤分别与各个光敏元件一一对应，各组探测光纤中各根探测光纤的另一端分别穿过固定盒的上表面，分别对准与之相对应的光敏元件。
[0008]作为本发明的一种优选技术方案:所述各根探测光纤位于所述遮光筒外侧面上的端部，分别位于遮光筒对应外侧面的底部，且各根探测光纤的中轴线与遮光筒的中轴线相平行。
[0009]作为本发明的一种优选技术方案:所述汇聚透镜组包括凹透镜和凸透镜，凹透镜的外径和凸透镜的外径分别与遮光筒的内径相适应，遮光筒内自设置所述菲涅尔透镜的端面向另一端面的方向，依次设置凹透镜、凸透镜，且凹透镜的中轴线、凸透镜的中轴线、遮光筒的中轴线三者共线；经菲涅尔透镜进入遮光筒的光线，依次经过凹透镜、凸透镜汇聚至所述导光光纤上设有所述滤光片的端面上。
[0010]作为本发明的一种优选技术方案:所述导光光纤为单根子光纤，该子光纤的其中一端构成导光光纤连接所述滤光片的端部，该子光纤的另一端依次穿过所述遮光筒连接固定盒的端面上的通孔，以及固定盒上、下面的通孔。
[0011]作为本发明的一种优选技术方案:还包括散射器，散射器连接在所述子光纤上与设置滤光片一端相对的另一端上。
[0012]作为本发明的一种优选技术方案:所述导光光纤包括至少一根子光纤，各根子光纤的其中一端共同构成导光光纤连接所述滤光片的端部，各根子光纤的另一端依次穿过所述遮光筒连接固定盒的端面上的通孔，以及固定盒上、下面的通孔。
[0013]作为本发明的一种优选技术方案:还包括至少一个散射器，子光纤的数量与散射器的数量相等，各根子光纤与各个散射器一一对应，各个散射器分别连接在对应子光纤上与设置所述滤光片一端相对的另一端上。
[0014]作为本发明的一种优选技术方案:所述控制模块为单片机。
[0015]本发明所述一种太阳能追踪传光照明装置采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果:本发明设计的太阳能追踪传光照明装置，采用“视日运动轨迹跟踪法”技术和“光电跟踪法”技术相结合的方法，通过在遮光筒四周设置探测光纤，并结合所设计的光敏元件，以及所设计的电控运动机械结构，实现针对太阳光的追踪，再通过所设计的太阳光引导装置，采集引导太阳光实现照明，提高了太阳光照明的工作效率；并且其中，经探测光纤将检测到的光线引至光敏元件，有效降低了检测光线的强度，有利于维持光敏元件的性能和使用寿命；而且针对用于引导太阳光的导光光纤，在导光光纤的进光端面设置滤光片，滤除紫外光和红外光部分，有效降低了导光光纤中的光密度和热效应，并且进一步针对导光光纤，分别具体设计了单根子光