專利名稱：可模塊化廣角無電力太陽光采光系統的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于太陽能利用技術領域，涉及一種能將太陽光采集匯聚，并用于特定區域照明的采光系統，特別涉及一種可模塊化廣角無電力太陽光采光系統。
背景技術：
我國照明用電約占總耗電量的10%，而目前普遍照明燈具只能將約15%的電能轉化成光能，也就是說有80%多的電能以熱形式耗去。合理利用自然資源，讓廉價的太陽能資源充分發揮效能，營造一個綠化的社會，緩解電能的供需矛盾，延長不可再生能源使用壽命，符合國家產業政策，國家大力提倡和支持的產業方向。經濟實用的太陽能采光技術，是全世界的節能研究命題，各國專家不斷探索，至今沒有突破性的進展。主要原因在于以下幾個方面:1)空間的有限性，密集的建筑群當中很難實現全空間采光。2)陽光的固有特點，照射角度不斷變化，強度不確定，光能自身的特殊性。3)現有光學研究的科學局限，能夠利用和轉化光能的手段較少。4)成本效益，相對于電能的成熟利用，既要方便實用，又要成本低廉，還要適用各種環境條件。利用太陽能采光節能，必須是在廣泛實施的前提下才能真正達到節能的目的，而廣泛實施的前提是經濟實用。以往優秀的個案，只能是具體環境，具體實施，推廣意義不大。如，用導光管將太陽集光器收集的光線傳送到室內需要采光的地方進行天然采光，穩定可靠，成本較低，但傳導距離短，安裝條件要求高，體積太大不易推廣。在建筑物頂設置采光瓦、窗，簡便易行，成本低廉，美觀實用，但只能在建筑物頂層使用，使用局限性較大。用反光鏡一次將太陽光反射到室內需要采光的地方，對提高側窗采光的均勻度具有較明顯的效果，簡便實用，效果較好，但對環境要求較高，只適用于特殊場合。利用太陽能電池板進行光電轉換采光，適應性強，成熟可靠，可是其轉化率太低，且成本較高，推廣困難。為了能高效利用太陽能，擴大太陽光采光系統的營養范圍，專利《太陽光導入采光照明系統》(專利號ZL200620024891.5，公告號CN2926790，公告日2007.07.25)提供了一種能將太陽光導入室內的采光照明系統，包括多個配裝在一起的聚焦陽光的平面光學透鏡陽光采集器，通過自動追蹤控制裝置驅動陽光采集器精確跟蹤太陽，使透鏡完全始終直對陽光，將采集的陽光聚焦至配置在光學透鏡焦點的光纖上，再通過光纖將陽光導入室內，經散射陽光的照具將光纖導入的陽光散射成燈光或燈管的效果，實現室內陽光采光照明，充分利用太陽光。該采光系統大大提高了采光條件的適應性，延長了光傳導的距離，在一定程度上實現了室內照明的要求；但該采光系統成本太高，使用時需要額外采用電能輔助工作，安裝實施專業性要求高。
發明內容本實用新型的目的是提供一種可模塊化廣角無電力太陽光采光系統，在充分利用太陽光的同時，完全脫離了電能輔助，降低了成本。為了實現上述目的，本實用新型所采用的技術方案是:一種可模塊化廣角無電力太陽光采光系統，包括底座和底座上設置的球形的支架，支架上、沿支架的球形表面安裝有多個廣角的采光件，每個采光件朝向支架球心的一端均安裝有一個光纖耦合器，每個光纖耦合器均耦合有一根多模光纖，所有的該多模光纖均與多模光纖耦合器耦合，多模光纖耦合器還耦合有另外一根多模光纖，該另外一個多模光纖與光纖接口耦合。所述的采光件為采光單體，采光單體包括形狀為內聚焦拋物線型的外殼，外殼內部、沿從外殼開口到底部的方向依次安裝有采光球透鏡、自聚焦準直透鏡和聚焦球透鏡；采光球透鏡的一部分伸出外殼外，夕卜殼的底部位于支架內，并朝向支架的球心；每個外殼的底部均安裝有光纖稱合器，每個光纖稱合器均稱合有一根第一多模光纖，所有的第一多模光纖均與多模光纖耦合器耦合；多模光纖耦合器通過第二耦合多模光纖與光纖接口耦合。所述的光纖接口(8)采用FC型光纖接口。本實用新型采光系統將兩個球透鏡及一個自聚焦準直透鏡支持一個廣角的采光單體，再將若干個采光單體固定排列在同一球面上，通過該球面上不同位置的采光單體實現不同時刻太陽光的采集，并通過光纖將采光單體采集的太陽光傳輸到需要照明的區域。本采光系統集合了多種最新技術成果，克服了現有各種太陽光采光裝置的技術缺陷，完全脫離了電能輔助，增強天氣變化的適應性，降低成本，延長使用壽命，模塊化設計，真正實現人人可安裝，戶戶可使用，并可批量生產制造，具有突出的實用性。

圖1是本實用新型采光系統的結構示意圖。圖2是本實用新型采光系統中采光單體的結構示意圖。圖中:1.底座,2.支架,3.光纖I禹合器,4.米光單體,5.防塵濾光罩,6.第一多模光纖,7.多模光纖稱合器,8.光纖接口，9.第二多模光纖，10.米光球透鏡，11.外殼,12.透鏡支腳，13.自聚焦準直透鏡，14.聚焦球透鏡。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型進行詳細說明。如圖1所示，本實用新型采光系統，包括中空的底座1，底座I上安裝有光纖接口 8和球形的支架2。支架2上、沿支架2的球形表面安裝有多個廣角的采光單體4，所有的采光單體4在支架2上形成冠狀排列。采光單體4如圖2所示，包括塑料制成的形狀為內聚焦拋物線型的外殼11，外殼11外表面鍍有鋁膜，外殼11內部安裝有透鏡支腳12 ;沿從外殼11開口到底部的方向、透鏡支腳12上依次安裝有采光球透鏡10、自聚焦準直透鏡13和聚焦球透鏡14 ;采光球透鏡10的一部分伸出外殼11外，形成采光單體4的采光端；外殼11的底部位于支架2內，并朝向支架2的球心，形成采光單體4的光線聚焦端；每個外殼11的底部均安裝有光纖稱合器3,每個光纖稱合器3均稱合有一根第一多模光纖6,第一多模光纖6的一端光纖I禹合器3 I禹合,第一多模光纖6的另一端從外殼11底部伸出外殼11外，并與多模光纖耦合器7耦合；多模光纖耦合器7通過第二耦合多模光纖9與光纖接口 8耦合。底座I上還安裝有防塵濾光罩5,防塵濾光罩5和底座I構成一個封閉空間,支架2、多模光纖耦合器7、第二耦合多模光纖9、所有的第一多模光纖6和所有的采光單體4均密閉安裝于該封閉空間內。[0015]外殼11、米光球透鏡10、自聚焦準直透鏡13、聚焦球透鏡14和光纖稱合器3同軸設置；自聚焦準直透鏡13朝向采光球透鏡10的端面位于采光球透鏡10的焦距位置。多模光纖耦合器7采用專利權已終止的專利《一種多模多光纖功率耦合器及其制備方法》(專利號ZL03110907.1，公告號CN1323304,公告日2007.06.27)中公開的多模多光纖功率稱合器。將本采光系統固定安裝在采光較好的建筑物外墻或建筑物頂上，用帶有連接頭的多模光纖連接該采光系統和安裝于需要照明區域的散射燈，該多模光纖的連接頭插入光纖接口 8。入射光線經由采光球透鏡10折射后，在自聚焦準直透鏡13朝向采光球透鏡10的端面聚焦，照射進入自聚焦準直透鏡13 ;由于自聚焦準直透鏡13的橫截面積較大，這樣就可以實現較大角度范圍的采光。進入自聚焦準直透鏡13的光線通過自聚焦準直透鏡13的彎曲、準直后，以大致平行且準直的角度照射進入聚焦球透鏡14 ;聚焦球透鏡14將大致平行且準直的入射光線壓縮聚焦在光纖耦合器3的入射口上，實現光線壓縮、入射、進入光纖的過程。此外，外殼11外表面鍍覆的鋁膜可以把進入外殼11而沒有進入自聚焦準直透鏡的部分損失的光線收集起來，即內聚焦拋物線型的外殼11，把照射進入其外口的光線通過多次反射，最后在光纖耦合器3的入射口附近聚焦。實際上，當光線在外殼11內多次反射時，會多次橫斜向穿過自聚焦準直透鏡13，在自聚焦準直透鏡13內折射、彎曲，其中部分光線就會被準直，通過聚焦球透鏡14，在光纖耦合器3的入射口聚焦。也就是說，在太陽照射角度很大、甚至沒有直接照射到的狀態下，通過外殼11的反射可以起到一定的輔助采光效果O多路光纖中的光線通過多模光纖稱合器7 二次壓縮稱合后,進入一根第二多模光纖9，通過第二多模光纖9送至光纖接口 8，再通過帶有連接頭的多模光纖使安裝于需要照明區域的散射燈發光，實現該區域的照明。傳統的光纖采光系統共同的問題是晴天光線太強，陰天、多云時又效果較弱，即使穩定地跟蹤太陽，仍然獲得不穩定的照明效果。本采光系統將多個廣角的采光單體4球面狀排列起來，可以實現陽光的不間斷接收。同時由于每個采光單體4都具有的廣角采光效能，可以使整個球面上能夠同時接收陽光的采光單體4的數量增加，大大提高了采光效能。本采光系統從實用角度出發，不要求入射光線完全準直，因而，雖然采光單體4的球面排列減少了陽光直射面的采光面積，但是每個采光單體4的廣角采光能力卻擴大了漫射光的采光范圍。而不完全準直光線的接收，恰好是陰天、多云天氣的陽光效果；通過對不完全準直光線的準直、壓縮，使得漫射光匯集聚焦，實現晴天不會太亮，陰天不會失效的照明效果。本采光系統為全光學系統，完全脫離了電力的輔助，降低了制作成本，可以批量制作，方便推廣使用，滿足低照度照明的需求。本采光系統利用兩個球透鏡和一個自聚焦準直透鏡制成廣角的采光單體4，可以擴大入射光線的接收角度，實現太陽光準直聚焦。將采光單體4以冠狀球形排布起來就可以實現太陽光的全角度接收，多個采光單體4底部的光纖通過一個多模光纖耦合器7耦合壓縮至一路光纖，實現光線的二次壓縮，最后引入需要照明的區域。本采光系統可以進行完整一體的模塊化結構設計。
權利要求1.一種可模塊化廣角無電力太陽光采光系統，包括底座和底座上設置的支架，其特征在于，該支架為球形的支架(2)，支架(2)上、沿支架(2)的球形表面安裝有多個廣角的采光件，每個采光件朝向支架(2)球心的一端均安裝有一個光纖耦合器，每個光纖耦合器均耦合有一根多模光纖，所有的該多模光纖均與多模光纖稱合器(7)稱合，多模光纖稱合器(7)還耦合有另外一根多模光纖，該另外一個多模光纖與光纖接口(8)耦合。
2.按照權利要求1所述的可模塊化廣角無電力太陽光采光系統，其特征在于，所述的底座上還安裝有防塵濾光罩(5),底座與防塵濾光罩(5)構成封閉空間,支架(2)、多模光纖耦合器(7 )、所有的采光件、所有的多模光纖均位于該封閉空間內。
3.按照權利要求1或2所述的可模塊化廣角無電力太陽光采光系統，其特征在于，所述的米光件為米光單體(4),米光單體(4)包括外殼(11),外殼(11)內部、沿從外殼(11)開口到底部的方向依次安裝有采光球透鏡(10)、自聚焦準直透鏡(13)和聚焦球透鏡(14);采光球透鏡(10)的一部分伸出外殼(11)外，外殼(11)的底部位于支架(2)內，并朝向支架(2)的球心；每個外殼(11)的底部均安裝有光纖耦合器(3 )，每個光纖耦合器(3 )均耦合有一根第一多模光纖(6),所有的第一多模光纖(6)均與多模光纖稱合器(7)稱合；多模光纖I禹合器(7)通過第二稱合多模光纖(9)與光纖接口(8) f禹合。
4.按照權利要求3所述的可模塊化廣角無電力太陽光采光系統，其特征在于，所述的外殼(11)采用塑料制成，外殼(11)的外表面鍍有鋁膜。
5.按照權利要求4所述的可模塊化廣角無電力太陽光采光系統，其特征在于，所述的光纖接口( 8 )采用FC型光纖接口。
專利摘要本實用新型提供了一種可模塊化廣角無電力太陽光采光系統，包括底座和底座上設置的球形支架，該支架上、沿支架的球形表面安裝有多個廣角的采光體，每個采光體朝向支架球心的一端均安裝有一個光纖耦合器，每個光纖耦合器均耦合有一根多模光纖，所有的該多模光纖均與多模光纖耦合器耦合，多模光纖耦合器還耦合有另外一根多模光纖，該另外一個多模光纖與光纖接口耦合。該采光系統可以擴大入射光線的接收角度，實現太陽光的全角度接收和太陽光準直聚焦，完全脫離了電能輔助，增強天氣變化的適應性，降低成本，延長使用壽命，模塊化設計，真正實現人人可安裝，戶戶可使用，并可批量生產制造，具有突出的實用性。
文檔編號F21S11/00GK203024056SQ201320037169
公開日2013年6月26日 申請日期2013年1月22日 優先權日2013年1月22日
發明者唐渭, 劉術, 陳澤昊, 鄭靜 申請人:中鐵西北科學研究院有限公司