利用分光聚光技术与LED并行互补技术的太阳能照明系统技术方案

本发明专利技术公开了一种利用分光聚光技术与LED并行互补技术的太阳能照明系统，包括太阳追踪单元、碟面聚光分光单元、光电传输控制单元、LED与光纤互补照明单元；碟面聚光分光单元设置在太阳追踪单元上，光电传输控制单元为碟面聚光分光单元和LED与光纤互补照明单元的连接结构；太阳追踪单元用于控制系统跟随太阳转动，使太阳光始终垂直入射在碟面聚光分光单元的碟面上，碟面上设置有分光薄膜，太阳光经分光薄膜分光，红外光透过分光薄膜被下层的太阳能电池吸收用于发电并被蓄电池储存，可见光被分光薄膜反射，经双曲面镜收集后通过光纤导入到室内进行照明；LED与光纤互补照明单元运用光控开关控制由蓄电池供电的LED阵列开启和关闭，使室内光强保持基本不变。

Solar energy lighting system using split focus technique and LED parallel complementary technology

The invention discloses a solar lighting system using light condensing technology and LED complementary technologies, including solar tracking unit, plate reflector splitter, optical fiber transmission control unit, LED and complementary lighting unit; dish concentrating light unit is arranged in the solar tracking unit, photoelectric transmission control unit the optical unit and the LED and the optical fiber connection structure for complementary lighting unit dish concentrator; sun tracking unit control system for following the rotation of the sun, the sun light is always perpendicular to the incident in the dish dish concentrating light unit, the dish is arranged on the surface of optical film, optical splitter by sun light, infrared light through the light splitting film solar cell was lower for power generation and absorption of visible light is stored in the storage battery, light reflection film, the hyperbolic mirror collected by optical fiber into the interior For illumination, the LED and the optical fiber complementary lighting unit utilize the light controlled switch to control the opening and closing of the LED array powered by the battery, so that the indoor light intensity remains essentially unchanged.

【技术实现步骤摘要】
利用分光聚光技术与LED并行互补技术的太阳能照明系统
本专利技术属于太阳能
，涉及一种高效利用太阳能实现照明的方案，尤其涉及一种利用分光技术实现太阳光全光谱聚光高效利用的太阳光与LED并行互补式照明系统。
技术介绍
针对目前能源短缺的问题，但实际生活中又有许多场所如矿井、地下停车库、隧道、地下室等因不能直接被太阳光照射而急需照明，为了更充分利用储量巨大的太阳能，因此现在已有利用光纤将太阳光导入到应用场所实现利用太阳光直接照明的方案被提出，但这种方案仍存在缺陷，即一般照明只需占太阳光总辐射能约50%的可见光（太阳光谱380nm~760nm波段）即可，而占太阳光总辐射能约43%的红外光（太阳光谱大于760nm波段）因不能被我们的视觉所感知而被大量的浪费掉了，造成资源的浪费，因而上述方案中太阳能利用率不高，不仅如此，没有被充分利用的富含热能的红外光当被导入到应用场所时反而还会影响环境温度，对生产生活间接带来影响，同时由于传输温度过高也会加速光纤老化，使用于实际生活中传输太阳光的光纤不耐用。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种可将太阳光中的可见光与红外光分开利用，可见光通过光纤引导直接照明，红外光被太阳能电池吸收发电负载LED来补充照明的太阳光全光谱高效利用的方案。本专利技术所采用的技术方案是：一种利用分光聚光技术与LED并行互补技术的太阳能照明系统，其特征在于：包括太阳追踪单元、碟面聚光分光单元、光电传输控制单元、LED与光纤互补照明单元；所述碟面聚光分光单元设置在太阳追踪单元上，所述光电传输控制单元为所述碟面聚光分光单元和LED与光纤互补照明单元的连接结构；所述太阳追踪单元用于控制系统跟随太阳转动，使太阳光始终垂直入射在所述碟面聚光分光单元的碟面上，所述碟面上设置有分光薄膜，太阳光经分光薄膜分光，红外光透过分光薄膜被下层的太阳能电池吸收用于发电并被蓄电池储存，可见光被分光薄膜反射，经双曲面镜收集后通过光纤导入到室内进行照明；所述LED与光纤互补照明单元运用光控开关控制由蓄电池供电的LED阵列开启和关闭，使室内的光强保持基本不变。本专利技术与现有技术相比，其有益的效果：一是实现太阳光全光谱中可见光和红外光被分开高效利用，极大地提高了太阳光的利用率；二是绝大部分红外光直接被太阳能电池吸收，不会经由光纤传导，因而可极大程度降低被光纤导入的光对应用场所温度的影响，并且也能减慢光纤老化的速度，适应面广。附图说明图1是本专利技术实施例的侧视图。图2是本专利技术实施例的后视图。图3是本专利技术实施例中贴附在碟面上的光学材料层的结构细分图。图4是本专利技术实施例中太阳光经光学材料层分光和碟面汇聚可见光到双曲面镜上，再经其汇聚到输入接头中光纤束的光路示意图。图5是本专利技术实施例中输入接头和光纤传输管顶部的结构示意图。图6是本专利技术实施例中光纤束耦合进输入接头的俯视图和光纤束接头呈现六边形无缝镶嵌排列的放大示意图。图7是本专利技术实施例中的光纤传输管和大圆螺母结构示意图。图8是本专利技术实施例的灯座插管、输出接头和光纤灯座的结构示意图。图9是本专利技术实施例的光纤束耦合进输出接头的底部结构示意图。图10是本专利技术实施例的LED与光纤互补照明单元的结构示意图。图11是本专利技术实施例的LED与光纤互补照明单元的底部结构示意图。图12是本专利技术实施例的分光薄膜对太阳光中可见光和红外光透过率示意图。其中：11—底座；12—回转减速机；13—定心座子；14—支撑轴承；15—电动推杆；16—碟面支撑底座；21—碟面支撑架；22—大圆螺母；23—碟面；24—光学材料层；241—贴附材料；242—下层电极；243—柔性太阳能电池；244—上层电极；245—分光薄膜；25—双曲面镜支撑杆；26—双曲面镜；31—光纤束；32—输入接头；33—光纤传输管；34—灯座插管；35—输出接头；36—导线；37—蓄电池；38—光控开关；41—灯座载体；42—光纤灯座；421—灯座圆螺母；422—圆台反光面；43—LED阵列。具体实施方式为了便于本领域普通技术人员理解和实施本专利技术，下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。针对利用光纤将太阳光导入到不能直接被太阳光照射场所实现利用太阳光直接照明中，红外光未被完全利用，造成的太阳能利用率低、浪费掉的红外光影响应用场所环境温度和加速光纤老化等技术问题，本专利技术通过把可见光直接导入到应用场所，红外光被太阳能电池吸收发电负载LED来补充照明，使得太阳光全光谱中可见光和红外光被分开高效利用，极大地提高了太阳光的利用率，同时，绝大部分红外光直接被太阳能电池吸收，不会经由光纤传导，因而可极大程度降低被光纤导入的光对应用场所温度的影响，并且也能减慢光纤老化的速度。请见图1-图11，本专利技术提供的一种利用分光聚光技术与LED并行互补技术的太阳能照明系统，包括太阳追踪单元、碟面聚光分光单元、光电传输控制单元、LED与光纤互补照明单元；本专利技术采用薄膜分光技术，平行太阳光照射到其膜层表面，经分光薄膜分光，红外光透过分光薄膜被下层的太阳能电池吸收用于发电并被蓄电池储存,可见光被分光薄膜反射，收集后用于直接对应用场所的照明，极大地提高了太阳光的利用率；采用自动追踪太阳技术，使平行太阳光垂直照射到贴附含有分光薄膜和太阳能电池的光学材料层的碟式反射聚光面表面；采用多反射镜聚光技术，一次碟式反射聚光面和二次双曲面对分光薄膜反射的可见光进行汇聚；采用光纤无缝耦合技术，使光纤束接头呈现六边形无缝镶嵌排列，减少因光纤耦合缝隙漏光，同时增加可见光在光纤中传播的均匀性，使从光纤传导出的并用于照明的可见光充足且均匀；采用LED与光纤照明互补技术，运用光控开关对由蓄电池供电的LED阵列明灭的自动调节，使应用场合的光强保持基本不变。本实施例的太阳追踪单元从下至上依次包括底座11、回转减速机12、定心座子13、支撑轴承14、电动推杆15、碟面支撑底座16，回转减速机12和电动推杆15在单片机的控制下能够实现太阳追踪单元自动追踪太阳。本实施例的碟面聚光分光单元从下至上依次包括碟面支撑架21、大圆螺母22、碟面23、光学材料层24、双曲面镜支撑杆25、双曲面镜26，碟面23受碟面支撑架21连接支撑，大圆螺母22对准碟面23中心圆孔连接在碟面支撑架21上，光学材料层24贴附在碟面23上，双曲面镜26由四支双曲面镜支撑杆25固定，使之上焦点与碟面23抛物面焦点重合；光学材料层24从下至上依次包括贴附材料241、下层电极242、柔性太阳能电池243、上层电极244、分光薄膜245。本实施例的LED与光纤互补照明单元从外到内依次为灯座载体41、光纤灯座42、LED阵列43，四只光纤灯座42内嵌于灯座载体41四角，LED阵列43镶嵌在灯座载体41下表面；光纤灯座42从上至下依次包括灯座圆螺母421、圆台反光面422，灯座圆螺母421连接在圆台反光面422顶部，圆台反光面422内面镀银，为增大光在其表面的反射率；本实施例的光电传输控制单元分为光电两路，光路按连接先后顺序依次为光纤束31、输入接头32、光纤传输管33、灯座插管34、输出接头35，剥去光纤束31中每一支光纤接头的外包层，经热压熔融和切割，每一支光纤接头本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用分光聚光技术与LED并行互补技术的太阳能照明系统，其特征在于：包括太阳追踪单元、碟面聚光分光单元、光电传输控制单元、LED与光纤互补照明单元；所述碟面聚光分光单元设置在太阳追踪单元上，所述光电传输控制单元为所述碟面聚光分光单元和LED与光纤互补照明单元的连接结构；所述太阳追踪单元用于控制系统跟随太阳转动，使太阳光始终垂直入射在所述碟面聚光分光单元的碟面上，所述碟面上设置有分光薄膜，太阳光经分光薄膜分光，红外光透过分光薄膜被下层的太阳能电池吸收用于发电并被蓄电池储存，可见光被分光薄膜反射，经双曲面镜收集后通过光纤导入到室内进行照明；所述LED与光纤互补照明单元运用光控开关控制由蓄电池供电的LED阵列开启和关闭，使室内的光强保持基本不变。

【技术特征摘要】
1.一种利用分光聚光技术与LED并行互补技术的太阳能照明系统，其特征在于：包括太阳追踪单元、碟面聚光分光单元、光电传输控制单元、LED与光纤互补照明单元；所述碟面聚光分光单元设置在太阳追踪单元上，所述光电传输控制单元为所述碟面聚光分光单元和LED与光纤互补照明单元的连接结构；所述太阳追踪单元用于控制系统跟随太阳转动，使太阳光始终垂直入射在所述碟面聚光分光单元的碟面上，所述碟面上设置有分光薄膜，太阳光经分光薄膜分光，红外光透过分光薄膜被下层的太阳能电池吸收用于发电并被蓄电池储存，可见光被分光薄膜反射，经双曲面镜收集后通过光纤导入到室内进行照明；所述LED与光纤互补照明单元运用光控开关控制由蓄电池供电的LED阵列开启和关闭，使室内的光强保持基本不变。2.根据权利要求1所述的利用分光聚光技术与LED并行互补技术的太阳能照明系统，其特征在于：所述太阳追踪单元包括底座（11）、回转减速机（12）、定心座子（13）、支撑轴承（14）、电动推杆（15）、碟面支撑底座（16）；所述底座（11）、回转减速机（12）、定心座子（13）、支撑轴承（14）和碟面支撑底座（16）顺序连接；所述电动推杆（15）一端与所述碟面支撑底座（16）固定连接、另一端与所述支撑轴承（14）固定连接；所述碟面支撑底座（16）与所述碟面聚光分光单元的碟面固定连接，所述回转减速机（12）和电动推杆（15）用于控制所述碟面聚光分光单元在水平和竖直方向转动，自动追踪太阳。3.根据权利要求1所述的利用分光聚光技术与LED并行互补技术的太阳能照明系统，其特征在于：所述碟面聚光分光单元包括碟面支撑架（21）、大圆螺母（22）、碟面（23）、光学材料层（24）、双曲面镜支撑杆（25）、双曲面镜（26）；所述碟面（23）为若干，均组合安装在所述碟面支撑架（21）上，所述碟面（23）一端固定在所述碟面支撑架（21）外沿上，另一端通过所述大圆螺母（22）固定在所述碟面支撑架（21）圆心处；所述光学材料层（24）贴附在碟面（23）上；所述双曲面镜（26）通过四支双曲面镜支撑杆（25）固定在所述碟面支撑架（21）外沿上，位于所述碟面（23）...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕辉，宋多福，黄斯豪，李艳，郭静，廖军，吕清花，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42