主动跟踪式自然光照明系统的制作方法

1.本实用新型涉及主动跟踪式自然光采集技术领域，特别涉及一种主动跟踪式自然光照明系统。


背景技术：

2.随着社会经济发展及人民生活水平的提高，全社会的用电量迅速增加，加剧了能源供应紧张、环境问题。2019年，中国全社会的照明用电量约为1.45万亿千瓦时，较2018年同比增长5.56%。因此，节约能源、发展绿色能源、推广可再生能源，对减少能源消耗对环境带来的污染极其重要。
3.现有技术中，主动跟踪式自然光照明系统是将太阳光导入到室内照明的装置，能有效减少室内白天照明的电耗，缓解能源供应紧张的状况。同时，能给人们提供健康舒适的视觉环境，缓解视觉疲劳及精神紧张。
4.主动跟踪式自然光照明系统可分为主动跟踪式和固定式采光照明系统。
5.主动跟踪式系统，一般采用天文算法及光感结合的技术路线，通过计算太阳位置并时刻保持采光器正对太阳，采光器收集太阳光并通过光纤方式导入室内用以照明。主动跟踪式照明系统更高效、照明时间更久，可以和建筑更好融合，具有阳光采集效率高、采光时间较长等优点。但这种系统相对结构复杂、透镜加工难和成本高、导光光纤容易折断等缺点，特别是导光光纤容易折断、寿命短严重阻碍了其应用推广。具体地，采光器由多个子透镜组成，每个子透镜会对应一根导光光纤，并用橡胶将多根导光光纤保护并组成一束，然后通过排线方式送到室内，导光光纤随采光器转动而转动或摆动不停。导光光纤一般为塑料或石英玻璃的，塑料光纤在冬天室外温度很低的情况下容易化，很易折断；石英光纤芯径在1mm内，长期摆动或转动，也很易折断。如果一束中有一根折断了，只能更换整束，更换麻烦、成本高昂。
6.固定式采光照明系统中，主要指的是导光管采光系统，系统主要部件为导光管，其为内壁附有较高反介质层中空管道，导光管的一端固定在室外有阳光照射区域进行采光，另一端延伸到室内照明，具有容易安装、后期维护较少等优点。但是，由于光在导光管内传输，损失较大，不适合远距离照明。由于导光管的管径一般大于250mm，在安装时需破坏建筑本体，尺寸大、不美观，较适用车库、工厂等环境，不宜于普通居民房，应用场景受限。


技术实现要素：

7.根据本实用新型实施例，提供了一种主动跟踪式自然光照明系统，包含跟随太阳光转动的转动架，还包含：
8.聚光组件，聚光组件设置在转动架上，用于接收和汇聚太阳光；
9.导光光纤，导光光纤固定设置，导光光纤的照明端位于使用场景中，收光端位于聚光组件汇聚太阳光的汇聚点，用于接收聚光组件汇聚的太阳光。
10.进一步，聚光组件包含：聚光器件和反光器件；
11.聚光器件设置在转动架上，聚光器件跟随转动架转动；
12.反光器件设置在转动架上并位于聚光器件一侧，反光器件的反光面面型包含第一焦点和第二焦点；
13.聚光器件汇聚的太阳光交汇于反光器件的第一焦点，反光器件将聚光器件汇聚的太阳光反射至第二焦点，导光光纤的收光端的端面位于第二焦点处。
14.进一步，聚光器件为反射式或折射式聚光器件。
15.进一步，反光器件的表面面型包含但不限于：双曲面或椭圆面。
16.进一步，聚光器件以反光器件的第一焦点为旋转中心并调整俯仰角，反光器件无需调整俯仰角；聚光器件及反光器件以导光光纤的收光端的端面为旋转中心并调整方位角。
17.进一步，反光器件反射至导光光纤的收光端端面的反射光的入射角小于25
°
。
18.进一步，聚光组件包含多个聚光器件。
19.根据本实用新型实施例的主动跟踪式自然光照明系统，采用聚光和反射分离的结构布局，实现了导光光纤的固定布置，导光光纤无需跟随转动架而转动或摆动，不仅简洁、美观，而且大大延长了导光光纤的寿命，降低了维护成本，扩展了应用场景。
20.要理解的是，前面的一般描述和下面的详细描述两者都是示例性的，并 且意图在于提供要求保护的技术的进一步说明。
附图说明
21.图1为根据本实用新型实施例主动跟踪式自然光照明系统的原理示意图之一；
22.图2为根据本实用新型实施例主动跟踪式自然光照明系统的原理示意图之二；
23.图3为根据本实用新型实施例主动跟踪式自然光照明系统的原理示意图之三；
24.图4为根据本实用新型实施例主动跟踪式自然光照明系统的实施例的结构示意图；
25.图5为图4的太阳高度角为10
°
的仿真图；
26.图6为图4的太阳高度角为90
°
的仿真图。
具体实施方式
27.以下将结合附图，详细描述本实用新型的优选实施例，对本实用新型做进一步阐述。
28.首先，将结合图1~6描述根据本实用新型实施例的主动跟踪式自然光照明系统，用于室内照明、植物补光、杀菌等，其应用场景很广。
29.如图4所示，本实用新型实施例的主动跟踪式自然光照明系统，包含跟随太阳光转动的转动架3，还包含：聚光组件1和导光光纤2。其中，聚光组件1设置在转动架3上，用于接收和汇聚太阳光；导光光纤2固定设置，导光光纤2的一端为照明端，另一端为收光端，其中，照明端位于使用场景中，收光端位于聚光组件1汇聚太阳光的汇聚点，用于接收聚光组件1汇聚的太阳光。
30.具体地，如图1~4所示，聚光组件1包含：聚光器件11和反光器件12。聚光器件11设置在转动架3上，聚光器件11跟随转动架3转动；反光器件12设置在聚光器件11一侧，反光器
件12的反光面面型包含第一焦点121和第二焦点122，聚光器件11汇聚的太阳光交汇于反光器件12的其中第一焦点121，反光器件12将聚光器件11汇聚的太阳光反射至第二焦点122，导光光纤2的收光端的端面位于第二焦点122处。
31.进一步，如图4所示，聚光组件1可以包含多个聚光器件11，增加入射效率，增大入射光的光量，以提升导光光纤2输出的光亮。
32.进一步，如图1~3所示，聚光器件11可以为反射式聚光器件，也可以为折射式聚光器件，具有能够将入射其表面的太阳光汇聚至一点的表面即可，在本实施例中，聚光器件11将太阳光汇聚至反光器件12的第一焦点122。
33.进一步，如图1~3所示，反光器件12的表面形状为双曲面或椭圆面，或具有类似光学性质表面，反光器件12的主要功能是将射向其第一焦点121的光线反射到第二焦点122上，即，将投向第一焦点121的光线，经过该表面的反射，反射光线一定会经过该曲面的第二焦点122。
34.在本实施例中，反光器件12反射至导光光纤2的收光端端面的反射光的入射角小于25
°
，能保证光耦合到导光光纤2内一点都不存在漏光，光耦合效率达90%以上。
35.经仿真，聚光器件11跟踪太阳高度角和方位角变化而变化，就可以太阳光汇聚并经过反光器件12反射到固定位置，即导光光纤2的收光端的端面放置的位置，以太阳高度角10
°
和90
°
分别进行仿真，如图5、6所示，可见即使导光光纤2固定，也可以实现全天高效收集太阳光，从而在聚光组件1跟踪太阳过程中，导光光纤2可始终保持固定不动，完全规避了长时间不间断摆动造成的折断风险。
36.当工作时，如图4所示，聚光器件11选用抛物面反射面，反光器件12选用双曲面面型，聚光器件11由两块相同的抛物面反射面组成，采用玻璃热弯并将其凹面镀膜，反光器件12为双曲面的一部分，采用玻璃热弯并将其凸面镀膜，导光光纤2的收光端的端面设置在反光器件12的底面（即镀膜的凸面）下方，用以接受反光器件12反射的太阳光。
37.聚光器件11同时以反光器件12的第一焦点121和导光光纤2的收光端的端面为旋转中心并调整俯仰角，即，聚光器件11既能够南北向旋转，以跟踪太阳的高度变化；同时，聚光器件11又调整方位角，即东西向旋转，以跟踪太阳的方位变化，从而实现全程跟踪太阳高度角变化。反光器件12以导光光纤2的收光端的端面为旋转中心，只跟随聚光器件11旋转，不进行俯仰调整，即，反光器件12只需要调整方位角，即东西向旋转，跟踪太阳的方位变化即可，这样可以保证导光光纤2的收光端整天都能高效收集到太阳光，太阳光线经过聚光器件11反射并汇聚射向第一焦点121，再经过反光器件12反射后到导光光纤2，导光光纤2将光线输送到室内，用以照明、植物补光、杀菌等。
38.以上，参照图1~6描述了根据本实用新型实施例的主动跟踪式自然光照明系统，采用聚光和反射分离的结构布局，实现了导光光纤的固定布置，导光光纤无需跟随转动架而转动或摆动，不仅简洁、美观，而且大大延长了导光光纤的寿命，降低了维护成本，扩展了应用场景。
39.需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包含
……”
限定的要素，并不排除在包括
要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
40.尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。