本实用新型属于照明装置技术领域，具体地说，是涉及一种利用采集到的太阳光进行室内照明的技术。
背景技术：
近年来，世界发达国家高度重视新能源、清洁能源、低成本能源的研发，各国在开发新能源、清洁能源上尤其重视对太阳能的开发和利用。太阳光是大自然赐予人类的宝贵财富，取之不尽、用之不竭，与其它能源相比具有清洁、安全等特点。采集太阳光、利用太阳光，不仅节省电费开支，减少环境污染，而且还能够提供来自大自然的舒适光线。
随着科技的发展，太阳能目前普遍被应用在发电、制暖、照明等领域。采集太阳光进行室内照明是一个新的、亟待完善开发的领域。太阳光光纤导入技术是一种采用高端科技进行太阳轨迹跟踪，利用光学透镜对太阳光进行聚焦采集，并通过导光光纤将采集到的太阳光传输至室内或其他需要太阳光的场所（例如地下室、地铁站、地下通道、地下商场等）的照明技术。利用该技术可以极大地节省白天的照明用电，并且有助于保护人们的视力。
目前，利用太阳光光纤导入技术设计的照明装置通常包括太阳光追踪装置、转动装置（包括电机、传动机构等）、太阳光采集装置和传输光纤等部分。其中，太阳光追踪装置用于跟踪太阳的运行轨迹，对太阳在空中的位置进行定位，然后根据获取到的定位信息控制转动装置运行，驱动太阳光采集装置转动，以跟随太阳的运行轨迹，使太阳光采集装置能够始终对准太阳，进而有效接收太阳光线。通过太阳能采集装置采集到的太阳光线经由传输光纤传导至室内，利用太阳光对室内照明。
这种基于太阳光光纤导入技术设计的照明装置，由于需要使用太阳光追踪装置跟踪太阳的空中位置，并需要使用转动装置驱动太阳光采集装置跟随太阳的运行轨迹转动，因此需要额外消耗电能满足太阳光追踪装置和电机的用电要求，因而在节电方面的表现不足，甚至相比传统的照明装置可能消耗的电能更多，因此产品的实际应用情况和推广效果并不理想。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种太阳光采集传输装置，无需消耗电能即可实现太阳光线的高效率采集，通过将采集到的太阳光线传导至室内，可以代替传统的照明装置满足室内的照明需求。
为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：
一种太阳光采集传输装置，包括光线采集单元、光线传输单元和光线散射单元；其中，所述光线采集单元包括若干个静态的光线反射聚光单元和传导光纤，所述光线反射聚光单元具有中轴线，所述中轴线的方位角在全年中午12点钟太阳方位角的平均值附近，所述中轴线的高度角在全年中午12点钟太阳高度角的平均值附近，所述光线反射聚光单元对照射到其上的太阳光线进行汇聚，并将汇聚后的太阳光线射入所述传导光纤；所述光线传输单元连接所述传导光纤，接收所述传导光纤中的太阳光线，并进行传输；所述光线散射单元安装在室内，接收所述光线传输单元传输的太阳光线，并进行散射处理后，射向室内，用于室内照明。
进一步的，所述光线反射聚光单元包括光线反射聚光体和汇聚透镜，所述光线反射聚光体优选设计成杯形结构，中部直径大，两端直径小，所述两端包括供太阳入射光线射入的顶端以及与所述顶端相对的底端，所述顶端开口且直径大于底端的直径，所述汇聚透镜安装在所述底端，所述汇聚透镜连接所述传导光纤。
作为所述光线反射聚光体的一种优选结构设计，所述光线反射聚光体的底端形成收口结构并收口于所述汇聚透镜，在所述光线反射聚光体的内曲面壁上附着高反射率介质，太阳光线经由所述顶端开口入射到所述高反射率介质上，并经由高反射率介质反射后，入射到所述汇聚透镜进行汇聚。
为了使入射到高反射率介质上的太阳光线能够全部或者绝大部分地反射到汇聚透镜上，提高太阳光线的采集效率，本实用新型在设计所述高反射率介质时，可以将所述高反射率介质划分成连续排布的若干个微型全反射镜面，所述若干个微型全反射镜面的方位角和高度角不同，形成多组；其中，第一组微型全反射镜面为正午太阳高度角为全年中午12点钟太阳高度角最低时，从日出到日落期间接收到太阳入射光线的镜面；第二组微型全反射镜面为正午太阳高度角为全年中午12点钟太阳高度角最高时，从日出到日落期间接收到太阳入射光线的镜面；第三组微型全反射镜面为正午太阳高度角为全年中午12点钟太阳高度角的平均值时，从日出到日落期间接收到太阳入射光线的镜面；配置所述第一组微型全反射镜面、第二组微型全反射镜面和第三组微型全反射镜面的高度角和方位角，使其对入射的太阳光线进行反射后，形成射入到所述汇聚透镜的顶面中心点的反射光线，所述反射光线通过所述汇聚透镜折射后，射入所述传导光纤；所述汇聚透镜的顶面为汇聚透镜朝向所述光线反射聚光体的所述顶端的端面。
为了进一步提高太阳光线采集效率，本实用新型在所述第一组微型全反射镜面和第三组微型全反射镜面之间以及第二组微型全反射镜面与第三组微型全反射镜面之间均包括另外N组微型全反射镜面，所述另外N组微型全反射镜面在接收到太阳入射光线时，对入射的太阳光线进行反射，并形成射入到所述汇聚透镜的所述顶面中心点的反射光线；将所述第一组微型全反射镜面、第二组微型全反射镜面、第三组微型全反射镜面以及所述的另外N组微型全反射镜面定义为基准微型全反射镜面，将介于相邻两组基准微型全反射镜面之间的微型全反射镜面定义为过渡微型全反射镜面，所述过渡微型全反射镜面的高度角和方位角根据其相邻两组基准微型全反射镜面的高度角和方位角采用均值渐变的方式确定。
优选的，设计所述汇聚透镜的中轴线与所述光线反射聚光单元的中轴线同轴，由此可使得第三组微型全反射镜面所连成的曲线能够穿过所述汇聚透镜，以尽可能多地采集太阳光线，提高采集效率。
优选的，所述汇聚透镜优选设计为呈倒置的圆锥体结构，且倒置圆锥体的顶面为外凸的圆弧面，即部分球面，将倒置圆锥体的底部尖端连接至所述传导光纤，经汇聚透镜汇聚后的太阳光线通过倒置圆锥体的底部尖端传入传导光纤，由此可避免汇聚后的太阳光线泄漏，保证采光效能。
进一步的，所述光线采集单元还包括真空密封罩，优选将所述光线反射聚光单元固定安装在所述真空密封罩中，利用真空密封罩对所述光线反射聚光单元起到支撑和保护的作用。
作为所述光线传输单元的一种优选结构设计，所述光线传输单元包括光线汇聚接头、主光纤和光纤分配器，所述光线汇聚接头连接所述光线采集单元的各路传导光纤，将通过各路传导光纤传送过来的各束光线汇聚到主光纤中，经由主光纤传输至光纤分配器，实现太阳光线由光线采集单元向光线散射单元的传送。
作为所述光线散射单元的一种优选结构设计，所述光线散射单元包括真空密封罩以及安装在所述真空密封罩中的散射光纤和中空漫反射玻璃板，所述散射光纤包括多根，分别连接所述光纤分配器，所述光纤分配器将通过所述主光纤传送过来的光线分配给所述散射光纤，经由散射光纤接入中空漫反射玻璃板，经由中空漫反射玻璃板进行散射后，射向室内，实现光线的室内散射，使室内光线均匀、柔和，提高照明效果。
优选的，所述中空漫反射玻璃板的中间部位形成有中空腔体，腔体壁成不规则的曲面形状，中空漫反射玻璃板的前侧为磨砂玻璃，后侧设置有全反射镜，所述前侧为中空漫反射玻璃板朝向室内的一侧。
与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型的太阳光采集传输装置结构简单、安装方便，通过对光线采集单元进行特殊的结构设计，无需根据太阳的运行轨迹动态地调整光线反射聚光单元的方位角和高度角，即可实现太阳光线的高效率采集和汇聚。由于本实用新型的太阳光采集传输装置无需像传统利用太阳光光纤导入技术设计的照明装置那样使用太阳光追踪装置和转动装置，因此，整个装置无电能消耗，节能环保。且通过在室内安装光线散射单元，可以使射入到室内的光线更加均匀、柔和，提高室内的照明效果。
结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1是本实用新型所提出的太阳光采集传输装置的一种实施例的整体结构示意图；
图2是图1中其中一列光线反射聚光单元的侧视图；
图3是图2中其中一个光线反射聚光单元的结构示意图；
图4是在太阳高度角最低时，太阳光线射入到光线反射聚光单元后的反射、折射光线路径图；
图5是在太阳高度角最高时，太阳光线射入到光线反射聚光单元后的反射、折射光线路径图；
图6是在太阳高度角在最低值与最高值之间时，太阳光线射入到光线反射聚光单元后的反射、折射光线的一种实施例的路径图；
图7是将光线反射聚光体的内壁沿中轴线展开的结构示意图；
图8是图1中的光线传输单元的一种实施例的结构示意图；
图9是图1中的光线散射单元的一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地说明。
本实施例的太阳光采集传输装置主要包括光线采集单元1、光线传输单元2和光线散射单元3等部分，如图1所示。其中，光线采集单元1用于采集太阳光线，通常安装在室外朝阳的位置或者能够充分接触到太阳光的室内（例如阳光房等露天建筑物内）。光线采集单元1对采集到的太阳光线进行汇聚，汇聚后的光线经由光线传输单元2传送至光线散射单元3。将所述光线散射单元3安装在室内，通过光线散射单元3将光线传输单元2输送过来的汇聚光线进行散射处理，进而形成亮度均匀、柔和的光线，射入室内，实现室内照明。
为了满足室内照明的亮度要求，需要采集充足的太阳光线传导至室内。考虑到传统基于太阳光光纤导入技术设计的照明装置，需要使用太阳光追踪装置和转动装置驱动太阳光采集装置跟随太阳的运行轨迹转动所造成的电能额外消耗问题，本实施例对光线采集单元1进行特殊结构设计，在光线采集单元1保持静止的状态下，即可对太阳在整个白天时段发出的太阳光线进行高效采集，无需消耗电能，真正达到了节能环保的设计目的。
下面结合图2-图7，对本实施例的光线采集单元1的具体结构设计进行详细阐述。
本实施例的光线采集单元1包括光线反射聚光单元10、真空密封罩13和传导光纤14等主要组成部分，如图2所示。其中，光线反射聚光单元10可以设置若干个，固定安装在所述真空密封罩13内，用于采集和汇聚太阳光线。本实施例为了提高采光效率，优选在所述真空密封罩13内设置多个光线反射聚光单元10，例如设置200个以上，以矩阵方式整齐排列安装在所述真空密封罩13内，结合图1所示，共同采集太阳光线。由于本实施例的光线反射聚光单元10采用静态设计，不跟随太阳的运行轨迹调整其方位角和高度角，因此，为了使每一个光线反射聚光单元10在整个白天时段都能采集到太阳光线，以满足室内的白天照明需求，本实施例在将每一个光线反射聚光单元10安装在真空密闭罩13中时，调整每一个光线反射聚光单元10的中轴线O的角度，使中轴线O的方位角在全年中午12点钟太阳方位角的平均值附近（例如，在平均值±10°的范围内，优选等于平均值），并使中轴线O的高度角在全年中午12点钟太阳高度角的平均值附近（例如，在平均值±10°的范围内，优选等于平均值），从而保证每一个光线反射聚光单元10无论在哪个季节、白天的哪个时段，都能有太阳光线入射到光线反射聚光单元10中，实现太阳光线的有效采集。
在本实施例中，每一个光线反射聚光单元10均包括光线反射聚光体11和汇聚透镜12两部分，如图3所示。其中，光线反射聚光体11采用曲面结构设计，优选设计成类似杯形的结构，中部直径大、两端直径小，且两端直径不同，顶端15的直径大于底端16的直径，顶端15与底端16成相对位置关系，太阳光线从顶端15射入光线反射聚光体11，经光线反射聚光体11反射后，从底端16射出。优选将光线反射聚光体11的底端16设计成收口式结构，将汇聚透镜12安装在所述底端16，使光线反射聚光体11的底端16收口于所述汇聚透镜12。经由光线反射聚光体11反射后的太阳光线，入射到汇聚透镜12发生折射，进而汇聚成一束光线，通过传导光纤14接入光线传输单元2。在本实施例中，每一个汇聚透镜12连接一根传导光纤14，如图2所示，各路传导光纤14均连接至光线传输单元2，经由光线传输单元2向室内传送。
作为所述光线反射聚光体11的一种优选结构设计，如图4-图6所示，本实施例的光线反射聚光体11中空、顶端15开口，太阳光线从顶端15的开口处射入到光线反射聚光体11的内腔中。光线反射聚光体11的内壁成曲面结构，附着有高反射率介质，例如可以在内曲面壁上涂覆一层高反射率涂层，形成镜面，以用于对入射到其上的太阳光线进行反射。将光线反射聚光体11的底端16设计成收口式结构，并收口于汇聚透镜12。设计所述汇聚透镜12的中轴线与光线反射聚光体11的中轴线同轴，且与整个光线反射聚光单元10的中轴线O共轴。
为了使入射到光线反射聚光体11上的太阳光线全部或者绝大部分都能反射到汇聚透镜12上，实现采集光线的高效率汇聚，需要对附着在光线反射聚光体11内壁上不同位置的高反射率介质的高度角和方位角进行特殊设计。作为本实施例的一种优选设计方案，可以将高反射率介质划分成多个面积相近的微型全反射镜面17，如图7所示，例如可以划分成若干个面积约1mm×1mm且连续排布的微型全反射镜面17，如图7中由不同径线和不同同心圆弧形成的小块。不同的微型全反射镜面17在光线反射聚光体11的内壁上的附着位置不同。由于太阳在一年四季以及每天白天的不同时段，其方位角和高度角不同，因此，其在光线反射聚光体11的内壁上所形成的光斑位置不同，根据光斑位置确定每个微型全反射镜面17的方位角和高度角，使每一个微型全反射镜面17所形成的反射光线都能射入到汇聚透镜12中。
具体来讲，可以将这些微型全反射镜面17分成多个组。在冬至前后，太阳在正午时的高度角会达到全年中午12点钟太阳高度角中的最低值，利用该时期的太阳照射光线反射聚光体11，记录太阳从日出到日落期间能够接收到太阳入射光线的镜面17，将这些镜面定义为第一组微型全反射镜面。如图7所示，曲线A1即表示在正午太阳高度角最低的冬季，太阳光照进光线反射聚光体11的内壁，在其高反射率介质上形成光斑的中心点从日出到日落的轨迹。将该轨迹A1经过的微型全反射镜面17定义为第一组微型全反射镜面，调整第一组微型全反射镜面的高度角和方位角，使其在对入射到其上的太阳光线进行反射时，形成的反射光线刚好射入到汇聚透镜12的顶面18的中心点位置，并经由所述汇聚透镜12折射后，优选使折射光线能够沿汇聚透镜12的中轴线方向传播，进而射入到传导光纤14中。图4示出了正午太阳高度角最低时，太阳光线在光线反射聚光单元10中的反射及折射路径图。
同理，在夏至前后，太阳在正午时的高度角会达到全年中午12点钟太阳高度角中的最高值，利用该时期的太阳照射光线反射聚光体11，记录太阳从日出到日落期间能够接收到太阳入射光线的镜面17，将这些镜面定义为第二组微型全反射镜面。如图7所示，曲线A2即表示在正午太阳高度角最高的夏季，太阳光照进光线反射聚光体11的内壁，在其高反射率介质上形成光斑的中心点从日出到日落的轨迹。将该轨迹A4经过的微型全反射镜面17定义为第二组微型全反射镜面，调整第二组微型全反射镜面的高度角和方位角，使其在对入射到其上的太阳光线进行反射时，形成的反射光线刚好射入到汇聚透镜12的顶面18的中心点位置，并经由所述汇聚透镜12折射后，优选使折射光线沿汇聚透镜12的中轴线方向传播，进而射入到传导光纤14中。图5示出了正午太阳高度角最高时，太阳光线在光线反射聚光单元10中的反射及折射路径图。
而在春分和秋分前后，太阳正午时的高度角会达到全年中午12点钟太阳高度角的平均值，利用该时期的太阳照射光线反射聚光体11，记录太阳从日出到日落期间能够接收到太阳入射光线的镜面17，将这些镜面定义为第三组微型全反射镜面。如图7所示，曲线A3即表示在正午太阳高度角为全年正午太阳高度角平均值的春秋季，太阳光照进光线反射聚光体11的内壁，在其高反射率介质上形成光斑的中心点从日出到日落的轨迹。将该轨迹A3经过的微型全反射镜面17定义为第三组微型全反射镜面，调整第三组微型全反射镜面的高度角和方位角，使其在对入射到其上的太阳光线进行反射时，形成的反射光线刚好射入到汇聚透镜12的顶面18的中心点位置，并经由所述汇聚透镜12折射后，优选使折射光线沿汇聚透镜12的中轴线方向传播，进而射入到传导光纤14中。由于汇聚透镜12的中轴线与光线反射聚光体11的中轴线同轴，且均为中轴线O，而中轴线O的高度角在全年中午12点钟太阳高度角的平均值附近，因此，轨迹A3在光线反射聚光体11的内壁沿中轴线O展开图中为穿过汇聚透镜12的顶面18的中心点的直线。图6示出了在春季和秋季的某一时刻，太阳光线在光线反射聚光单元10中的反射及折射路径图。其中，折线S1为春季的某一时刻，太阳光线在光线反射聚光单元10中的反射及折射路径图；折线S2为秋季的某一时刻，太阳光线在光线反射聚光单元10中的反射及折射路径图。
如图7所示，在轨迹A1与A3之间以及轨迹A2与A3之间，还可以进一步确定出N条太阳在光线反射聚光体11内壁上所形成的光斑中心点从日出到日落的轨迹，例如介于轨迹A1与A3之间的四条轨迹A4-A7以及介于轨迹A2与A3之间的四条轨迹A8-A11。这八条轨迹A4-A11最好对应太阳在不同月份形成的光斑轨迹。将这N条轨迹A8-A11所经过的微型全反射镜面17各自形成一组，定义为另外N组微型全反射镜面。调整所述另外N组微型全反射镜面的高度角和方位角，使其在接收到太阳入射光线并对入射光线进行反射时，能够形成射入到所述汇聚透镜12的顶面18的中心点的反射光线。
将所述第一组微型全反射镜面、第二组微型全反射镜面、第三组微型全反射镜面以及所述的另外N组微型全反射镜面定义为基准微型全反射镜面。由于在各组基准微型全反射镜面之间还分布有众多的其它微型全反射镜面17，为区分起见，将这些其它微型全反射镜面定义为过渡微型全反射镜面。在确定所述过渡微型全反射镜面的高度角和方位角时，可以根据其相邻两组基准微型全反射镜面的高度角和方位角采用均值渐变的方式确定。即，首先计算相邻两组基准微型全反射镜面的高度角和方位角的平均值，将计算出的高度角平均值和方位角平均值作为处于该相邻两组基准微型全反射镜面中间位置的一组过渡微型全反射镜面的高度角和方位角；利用已确定了高度角和方位角的这组过渡微型全反射镜面与该相邻两组基准微型全反射镜面配合，采用求均值的方法进一步确定出介于该过渡微型全反射镜面与基准微型全反射镜面之间的过渡微型全反射镜面的高度角和方位角，以实现高度角和方位角的渐变。
确定了每一个微型全反射镜面17的高度角和方位角后，即确定了光线反射聚光体11的内壁在不同位置处的高度角和方位角，由此便可以根据确定出的高度角和方位角制作注塑模具，采用塑料材质通过注塑方式加工出光线反射聚光体11，然后在光线反射聚光体11的内壁上涂覆一层高反射率涂层，形成镜面，继而实现对太阳光线的采集和汇聚。
本实施例的汇聚透镜12优选设计成倒置的圆锥体结构，且设计倒置圆锥体的顶面18为外凸的圆弧面（部分球面），即，汇聚透镜12的纵切面为扇形，如图3所示。将传导光纤14连接至倒置圆锥体的底部尖端19，使穿过汇聚透镜12的光线均被接入到传导光纤14中。
将所有的传导光纤14均连接至光线传输单元2，如图8所示。在光线传输单元2中设置有主光纤21，所述主光纤21采用耐高温材料制成，其一端安装光线汇聚接头22，通过光线汇聚接头22连接各路传导光纤14，接收各路传导光纤14传送过来的光线，并对各路光线汇聚至主光纤21，通过主光纤21向室内的光线散射单元3传送。在主光纤21的另一端可以安装光纤分配器23，利用光纤分配器23将主光纤21传送过来的一束光线分成M束光线，所述M根据光线散射单元3中的散射光纤36的数量确定，进而分别接入到各路散射光纤36中。
在本实施例的光线散射单元3中设置有真空密封罩31，如图9所示，在真空密封罩31中安装有所述的散射光纤36以及中空漫反射玻璃板32。所述中空漫反射玻璃板32的中间部位形成有中空腔体35，腔体壁设计成不规则的曲面形状，或者进一步将所述不规则的曲面处理成毛面，以进一步增强对入射光线的散射效果。中空漫反射玻璃板32的前侧33（朝向室内的一侧）优选设计成磨砂玻璃，后侧34设置全反射镜，利用全反射镜可以确保通过中空漫反射玻璃板32散射后的光线仅通过前侧33的磨砂玻璃射出，以提升出光效率。将散射光纤36接入到中空漫反射玻璃板32中，利用中空漫反射玻璃板32对散射光纤36接入的光线进行散射处理后，形成亮度均匀、柔和的片光源，射向室内，实现室内照明。
本实用新型的太阳光采集传输装置，结构简单，安装方便，光线采集单元采用静态设计，无额外电能消耗，实现了真正意义上的节能环保。
当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。