自动跟踪太阳的太阳能电池及光纤采光照明系统技术方案

本发明专利技术公开了一种自动跟踪太阳的太阳能电池及光纤采光照明系统，包括采集太阳光的聚光组件阵列、驱动聚光组件阵列转动的机械传动装置、控制机械传动装置的跟踪控制电路、向跟踪控制电路传送太阳光位置信号的太阳光跟踪传感器以及接收会聚太阳光的传光光纤；还包括太阳能电池阵列、蓄电池组和蓄电池充放电控制器，所述的太阳能电池阵列与聚光组件阵列固连，为跟踪控制电路和照明灯具提供电能。该系统将太阳光光纤采光照明技术同太阳能发电技术有机结合起来，不耗用常规电源，并能够使太阳能电池始终工作在最佳的功率输出状态，是一种高效率、无污染、综合利用太阳能的照明系统，对节约能源和促进可持续发展具有十分重要的意义。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种太阳能采光照明系统，特别是一种自动跟踪太阳的太阳能电池及光纤采光照明系统，属于太阳能应用
其中，太阳能发电照明技术和太阳光光纤采光照明技术是倍受人们关注的热点技术。太阳能发电照明技术利用半导体材料的光电转换效应，将照射到太阳能电池上的太阳光能转换成电能，再蓄积起来，传输给需照明场所的照明灯具。其优点是使用方便、应用范围广，但其缺点十分明显价格昂贵、太阳能利用率低，因此难以推广普及。太阳光光纤采光照明技术是本专利技术申请人长期研究的课题，其核心内容已在此前申请的“全自动跟踪太阳的采光装置”(专利申请号为99228399)和“跟踪太阳的阳光采集和光纤传输装置”(专利申请号为99227276)等专利中公开，简言之，该技术由采集太阳光的聚光元件阵列、驱动聚光元件阵列转动的机械传动装置、控制机械传动装置的跟踪控制电路、向跟踪控制电路传送太阳光位置信号的太阳光跟踪传感器、接收会聚太阳光的传光光纤组成的系统实现；其跟踪太阳的原理和光纤采光的原理等已有详细说明，在此不再赘述。该技术的太阳光采光光纤照明装置性能价格比高、太阳能利用率高，但申请人在不断研究中发现，应用该技术的装置不仅需要耗用常规的电网电能来跟踪太阳和驱动机械传动装置，而且存在晚上或阴雨天气无法照明的缺点，因而并没有充分利用太阳能这一绿色能源。其次，当将其应用在家庭和商业场所中时，需要专门为其布线通电，因此给使用者带来了不便。此外，该装置在野外等电力供应紧张的地区或没有常规电源的场所无法得到应用，因而使用范围受到了一定限制。基于上述考虑，申请人拟定了本专利技术的首要的目提出一种自动跟踪太阳的太阳能电池及光纤采光照明系统，将太阳光光纤采光照明技术同太阳能发电技术有机地结合起来，该系统应当具有较高的太阳能利用率，可以在晴天、阴雨天、夜间等各种天气条件下进行照明。本专利技术进一步的目的是，提出一种可以在没有常规电源场所工作的自动跟踪太阳的太阳能电池及光纤采光照明系统，从而给使用者带来方便。为了达到上述专利技术目的，本专利技术的自动跟踪太阳的太阳能电池及光纤采光照明系统包括由采集太阳光的聚光元件阵列、驱动聚光元件阵列转动的机械传动装置、控制机械传动装置的跟踪控制电路、向跟踪控制电路传送太阳光位置信号的太阳光跟踪传感器、接收会聚太阳光的传光光纤组成的太阳光跟踪采集传输装置，此外，还包括太阳能电池阵列、蓄电池充放电控制器和蓄电池组，太阳能电池阵列与聚光元件阵列固连，其输出端经蓄电池充放电控制器与蓄电池组的输入端相连。这样，太阳能电池产生的电能由蓄电池组储存起来，当蓄电池组的输出端经逆变器、室内照度控制器接照明灯具时，即可为照明灯具提供电能。当白天阳光明媚时，本专利技术系统中的太阳光跟踪传感器将探测到的太阳光位置信号传递到跟踪控制电路，该电路通过驱动电机，使机械传动装置带动聚光元件阵列运动，始终保持最佳的采光位置，并通过传光光纤将采集到的太阳光传输到需要照明处；与此同时，和聚光元件阵列固连并随之同步运动的太阳能电池阵列也始终处于最佳的光照位置，不断将太阳能转换成电能，经蓄电池充放电控制器向蓄电池组充电，蓄电池组通过蓄电池充放电控制器为跟踪控制电路提供电能。当天色阴霾或夜色降临时，在照明控制电路的控制下，蓄电池将储存的电能释放出来，点亮照明灯具，从而使该系统的聚光元件阵列和太阳能电池阵共同作用，相互弥补，可以长期满足人们的照明需要。由于在有太阳时，该系统的聚光元件阵列和太阳能电池阵列均始终保持最佳的采光位置，因此具有较高的太阳能利用率。显然，本专利技术将太阳能发电照明技术和太阳光光纤采光照明技术巧妙结合在一起，构成统一的有机整体，可以预计，上市之后，应用前景广阔。为了达到本专利技术进一步的目的，自动跟踪太阳的太阳能电池及光纤采光照明系统中的跟踪控制电路的电源输入端经蓄电池充放电控制器与蓄电池组的输出端相连。这样，自动跟踪太阳光的机械传动装置也依靠本系统自身的蓄电池供电，即使在没有电源的地方，也能正常工作，从而使本专利技术可以应用于没有常规电源的场所，具有更为广阔的前景。附图说明图1是本专利技术实施例一的系统示意图。图2是实施例一的蓄电池充放电控制器的电路原理图。图3是图2电路的自动控制原理框图。图4是实施例一的室内照度控制器的电路原理图。图5是图4电路的自动控制原理框图；图6是本专利技术实施例二的结构示意图。上述蓄电池充放电控制器107的具体电路如图2所示，该控制器主要由状态监控电路、防极性反接电路、防反向充电电路、防过充电电路、防过放电电路构成。其中，电阻R7、R8、可调电阻P1将蓄电池的电压信号送入模数转换器ADC0809和单片微处理器8751(自带4K的EPROM)的采样出入端，组成状态监控电路(单片微处理器还可以采用8744、8397等，模数转换器还可以采用5G14433、AD574等)；二极管D2、D4和D1、D3分别串联在充放电电路的输出与输入两端，组成防极性反接电路和防反向充电电路；单片微处理器8751的P1.2经输入反相器IC5-2、光电耦合器IC6-1、1/7达林顿晶体管MC1413，接控制充电电路通断的继电器JXQ3，组成防过充电电路；单片微处理器8751的P1.1经输入反相器IC5-3、光电耦合器IC6-2、达林顿晶体管1/7MC1413，接控制放电电路通断的继电器JXQ2，组成防过放电电路。蓄电池充放电控制器107工作时，通过R7、R8、P1将蓄电池组的电压值采样到模数转换器ADC0809中，转换成数字信号送入8751中。如图3蓄电池充放电控制器自动控制原理框图所示，当太阳光照射到太阳能电池106时，蓄电池充放电控制器107中的状态监控电路首先判断蓄电池组108是否已达到设定的放电下限值116，若电量不足就通过P1.2发出信号使继电器JXQ2断开触点，停止放电117，以避免过放电；若电量充足就使继电器JXQ2吸合，进行放电118，为跟踪控制电路101和照明灯具提供电源。然后判断是否需要充电119，若到达设定的充电上限值就通过P1.1发出信号使继电器JXQ3断开触点，停止为其充电120，以避免过充电；若需要充电则将太阳能电池106产生的电能通过JXQ3吸合的触点对其进行充电121。本实施例的系统自身耗电功率为10W，按每天工作10小时计算，需要用电为0.1KWH，蓄电池充放电控制器107根据内部的状态监测电路随时测算蓄电池组108中的电量值122，当可用电量剩余0.3KWH时就通过8751的P1.0发出指令，使继电器JXQ1释放，断开触点，停止向跟踪控制电路101之外的其它用电器供电123，这样就能保证跟踪控制电路101有三天工作的足够电量。如果加大太阳能电池板的功率，本系统可以提供更多的电能为各种电器使用。如图1系统原理框图所示，太阳光跟踪传感器100将太阳光的位置信号传送给跟踪控制电路101，跟踪控制电路101通过机械传动装置102驱动透镜阵列103和太阳能电池阵列106向相应方向运动，逐渐使透镜阵列103和太阳能电池阵列106精确对准太阳，然后通过光纤束104将太阳光传输到室内105等照明场所。天气较好时，经过一天的工作，蓄电池组108就能达到最大蓄能值。在夜晚和阴雨天气时，蓄电池组108可以通过蓄电池充放电控制器107为照明灯具111提供电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自动跟踪太阳的太阳能电池及光纤采光照明系统，包括采集太阳光的聚光元件阵列、驱动聚光元件阵列转动的机械传动装置、控制机械传动装置的跟踪控制电路、向跟踪控制电路传送太阳光位置信号的太阳光跟踪传感器、接收会聚太阳光的传光光纤；其特征在于：还包括太阳能电池阵列、蓄电池组和蓄电池充放电控制器，所述的太阳能电池阵列与聚光元件阵列固连，其输出端经蓄电池充放电控制器与蓄电池组的输入端相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张耀明，张振远，孙利国，张文进，刘晓晖，徐明泉，
申请(专利权)人：南京春辉科技实业有限公司，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]