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Patent Searching and Data


Title:
SUNLIGHT COLLECTION DEVICE AND SUNLIGHT TRACING METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/078034
Kind Code:
A1
Abstract:
Provided is a sunlight collection device, comprising an optical condenser array consisting of a plurality of optical condensers (100) and a light sensing part (200) electrically connected to a controller, wherein each of the optical condensers (100) comprises a light collection cup (120) and a condensing lens (110) fixed on the light collection cup (120), an optical fibre (300) passes through and is fixed at the bottom of the light collection cup (120), a plurality of light detection units (130) electrically connected to the controller are arranged around the optical fibre (300) at the bottom of the light collection cup (120). The sunlight collection device and sunlight tracing method not only enable two-stage positioning for sunlight so as to obtain faster and more accurate positioning, but also enable self-modification and adjustment when a mechanical deviation occurs between the light sensing part (200) and the light collection device (100) of the sunlight collection device, avoiding the phenomenon where the light sensing part (200) is accurately positioned for sunlight but a light spot formed from light condensed by the condensing lens (110) is offset from a light receiving end of the optical fibre (300).

Inventors:
NING, Chao (No.9-2, Tangming Road Guangmin, Shenzhen Guangdong 2, 518132, CN)
Application Number:
CN2013/088603
Publication Date:
June 04, 2015
Filing Date:
December 05, 2013
Export Citation:
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Assignee:
SHENZHEN CHINA STAR OPTOELECTRONICS TECHNOLOGY CO., LTD. (No.9-2, Tangming Road Guangmin, Shenzhen Guangdong 2, 518132, CN)
International Classes:
F24J2/38; G02B19/00; G05D3/12
Foreign References:
KR20110014084A2011-02-10
CN1349078A2002-05-15
EP2515052A12012-10-24
CN1369956A2002-09-18
CN101794155A2010-08-04
Attorney, Agent or Firm:
MING & YUE INTELLECTUAL PROPERTY LAW FIRM (Suite 611, 6/F Block 206, Nanyou Second Industrial Zone , No.21 Dengliang Road, Nansha, Shenzhen Guangdong 4, 518054, CN)
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Claims:
权利要求书

1、 一种太阳光收集装置, 包括由多个集光器组成的集光器阵列和与控制 器电连接的光传感部, 所述集光器包括集光杯和固定在所述集光杯上的聚光透 镜, 光纤贯穿并固定在所述集光杯的杯底, 所述集光杯的杯底光纤的周围设有 多个与所述控制器电连接的光探测单元。

2、 根据权利要求 1所述的太阳光收集装置, 其中 所述光探测单元的数 量为四个, 分别设在所述光纤的四周。

3、 根据权利要求 2所述的太阳光收集装置, 其中 所述光探测单元为光 电传感器。

4、 根据权利要求 1所述的太阳光收集装置, 其中 所述光探测单元为光 电传感器。

5、 根据权利要求 1所述的太阳光收集装置, 其中 所述光纤受光端置于 所述聚光透镜焦点附近。

6、 根据权利要求 1所述的太阳光收集装置, 其中 所述聚光透镜为菲涅 尔透镜。

7、 根据权利要求 1所述的太阳光收集装置, 其中 所述光传感部位于所 述集光器阵列的中间。

8、 根据权利要求 1所述的太阳光收集装置, 其中 所述光传感部包括; 个光传感单元。

9、 一种太阳光追踪方法, 使用如权利要求 1所述的太阳光收集装置, 包 括以下步骤:

A、 利用光传感部对太阳光进行一级定位, 使聚光透镜的光轴与太阳光方 向基本平行;

B、 利用光探测单元对太阳光进行二级定位, 精确控制聚光透镜的光轴与 太阳光方向之间的平行度。

10、 根据权利要求 9所述的太阳光追踪方法, 其中, 步骤 A包括: 光传感 :对太阳光进行定位, 同时将定位信息反馈到控制器中; 控制器控制太阳光收 集装置转动, 直到聚光透镜的光轴与太阳光方向基本平行。

11、 根据权利要求 9所述的太阳光追踪方法, 其中, 步骤 B包括: 光探测 单元对太阳光进行定位,同时将定位信息反馈到控制器中;在控制器的控制下, 太阳光收集装置转动, 精确控制聚光透镜的光轴与太阳光方向之间的平行度。

12、 根据权利要求 9所述的太阳光追踪方法, 其中, 所述光探测单元的数 量为四个, 分别设在所述光纤的四周。

13、 根据权利要求 9所述的太阳光追踪方法, 其中 所述光探测单元为光 电传感器。

14、 根据权利要求 9所述的太阳光追踪方法, 其中 所述光纤受光端置于 所述聚光透镜焦点附近。

15、 根据权利要求 9所述的太阳光追踪方法, 其中 所述聚光透镜为菲涅 尔透镜。

16、 根据权利要求 9所述的太阳光追踪方法, 其中 所述光传感部位于所 述集光器阵列的中间。

17、 根据权利要求 9所述的太阳光追踪方法, 其中 所述光传感部包括: 个光传感单元。

Description:
太阳光收集装置及太阳光追踪方法 技术领域

本发明涉及太阳能开发自动化领域, 尤其涉及一种太阳光收集装置及太阳 光追踪方法。 背景技术

太阳光是一种取之不尽的绿色能源, 一直以来人们在不断尝试利用太阳 能, 比如早已熟知的太阳能热水器和光伏发电。 近些年来又兴起了一种直接利 用太阳光照明的方式, 即在室外将阳光有效收集并利用光纤传输到室 内。 这对 安全要求严格的场所, 例如弹药库、 油库、 矿井等易燃易爆场所和不能直接接 收阳光的建筑来说, 其意义重大。 此类技术的核心思想是利用聚光透镜或者聚 光反射镜, 将阳光聚焦到光纤上, 利用光纤将阳光传输到需要照明的场所。 这 种照明技术节能, 且光电隔离, 是一种非常安全的照明方式。 这种技术的关键 在于高精度、 全自动地跟踪太阳, 确保太阳光准确聚集在细小的光纤受光端面 上。 目前的相关专利提出的太阳跟踪方法分为两大 类: 一类是根据地球绕日运 行规律控制采光照明装置; 另一类是利用光电传感器跟踪太阳。 利用光电传感器跟踪太阳的太阳光收集装置, 是利用多个光电传感器件组 成一个传感器阵列, 由于太阳光与各个光电传感器件之间的夹角不 同, 各个光 电传感器件检测到的阳光信号强度不同。 因此可以依据信号强度差计算出太阳 的位置, 从而转动电机使太阳光收集装置向朝向太阳的 方向转动 (移动)。 经 过多次的探测、计算、移动之后, 即可使太阳光收集装置达到较好的对准精度。 然而, 传统太阳光收集器的机械结构是先制作一个太 阳光追踪系统, 再将聚光 透镜和光纤固定在太阳光追踪系统上, 即太阳光追踪系统与聚光透镜和光纤是 分离的。 这种分离式组装的机制要求固定的时候要保持 很高的机械精度, 才能 保证经聚光透镜聚光后的光斑照射到光纤的受 光端。如果在系统运行过程中由 于风吹和晃动等原因使机械对准性产生了偏移 , 就会出现虽然传感器阵列对太 阳光具有准确的定位而经聚光透镜聚光后的光 斑偏离光纤的受光端的现象。而 现有的技术在出现这种现象时无法进行自我修 复, 因而会减小光的收集度, 从 而降低光的利用率。 发明内容

为解决上述现有技术所存在的问题, 本发明的目的在于提供一种太阳光收 集装置及太阳光追踪方法, 该太阳光收集装置及太阳光追踪方法不仅可以 在系 统出现机械偏差时进行自我修正调节, 而且其可以对太阳光进行快速准确的定 位。 为了实现上述目的, 本发明提供的一种太阳光收集装置, 包括由多个集光 器组成的集光器阵列和与控制器电连接的光传 感部, 所述集光器包括集光杯和 固定在所述集光杯上的聚光透镜, 光纤贯穿并固定在所述集光杯的杯底, 所述 集光杯杯底光纤的周围设有多个与所述控制器 电连接的光探测单元。 其中, 所述光探测单元的数量为四个, 分别设在所述光纤的四周。 其中, 所述光探测单元为光电传感器。 其中, 所述光纤受光端置于所述聚光透镜焦点附近。 其中, 所述聚光透镜为菲涅尔透镜。

其中, 所述光传感部位于所述集光器阵列的中间。 其中, 所述光传感部包括多个光传感单元。 本发明的另一目的是提供一种利用如前所述的 太阳光收集装置的太阳光 追踪方法, 包括以下步骤:

A、 利用光传感部对太阳光进行一级定位, 使聚光透镜的光轴与太阳光方 向基本平行;

B、 利用光探测单元对太阳光进行二级定位, 精确控制聚光透镜的光轴与 太阳光方向之间的平行度。

其中, 步骤 A包括: 光传感部对太阳光进行定位, 同时将定位信息反馈到 控制器中; 控制器的控制太阳光收集装置转动, 直到聚光透镜的光轴与太阳光 方向基本平行。 其中, 步骤 B包括: 光探测单元对太阳光进行定位, 同时将定位信息反馈 到控制器中; 在控制器的控制下, 太阳光收集装置转动, 精确控制聚光透镜的 光轴与太阳光方向之间的平行度。

其中, 所述光探测单元的数量为四个, 分别设在所述光纤的四周。 其中, 所述光探测单元为光电传感器。 其中, 所述光纤受光端置于所述聚光透镜焦点附近。 其中, 所述聚光透镜为菲涅尔透镜。 其中, 所述光传感部位于所述集光器阵列的中间。 其中, 所述光传感部包括多个光传感单元。 本发明提供的太阳光收集装置及太阳光追踪方 法, 在通过光传感部对太阳 光进行一级定位, 使聚光透镜的光轴与太阳光方向保持一定的平 行度之后, 通 过集光器底部设有的光探测单元对太阳光进行 二级定位。不仅使得定位更加的 快速准确, 而且还可以在该太阳光收集装置的光传感部与 集光器出现机械偏差 时进行自我修正调整,避免了出现光传感部对 太阳光定位准确而经聚光透镜聚 光后的光斑偏离光纤的受光端的现象。 该太阳光收集装置对其机械精度要求 低, 而且结构简单, 便于大规模生产。 附图说明

图 1为本发明一实施例提供的太阳光收集装置结 示意图。

图 2为图 1中太阳光收集装置的光传感部俯视图。 图 3为图 1中太阳光收集装置的集光器的结构示意图 图 4为图 1中的集光杯的杯底结构示意图。 具体实施方式

现在对本发明实施例进行详细的描述, 其示例表示在附图中, 其中, 相同 的标号始终表示相同部件。 下面通过参照附图对实施例进行描述以解释本 发 明。 参阅图 1, 为本发实施例提供的太阳光收集装置结构示意 图, 该太阳光收 集装置包括由多个集光器 100组成的集光器阵列和与控制器电连接的光传 感部 200, 其中, 光传感部 200用于对太阳光进行一级追踪定位, 使得集光器 100 上设有的聚光透镜 110的光轴与太阳光方向保持平行, 这样便于集光器 100对 太阳光更有效地进行收集。 在本实施例中, 光传感部 200设置在集光器阵列的 中间, 这样可以更好地控制太阳光收集装置对太阳光 定位的精度。 当然, 在其 它实施例中, 光传感部 200也可以设置在其他位置。 参阅图 2, 为本实施例提供的太阳光收集装置的光传感部 200的俯视图, 光传感部 200包括设置在其上的多个光传感单元 210。 在本实施例中, 光传感 部 200的上端为一凸球面, 在该凸球面的前、 后、 左、 右方位各设有一光传感 单元 210。 其中, 传感单元 210为光电二极管。 当然, 在其他实施例中, 传感 单元 210也可以为光敏二极管、光敏电阻或光敏三极 管等光电传感器中的一种。 光传感部 200利用具有不同位置的四个光传感单元 210检测到的阳光信号强度 不同, 从而计算出各个传感单元 210与太阳光之间的角度, 进而判断太阳的位 置。

参阅图 3和图 4, 分别为本实施例提供的集光器 100的结构示意图以及集 光杯 120的杯底结构示意图,集光器 100包括集光杯 120和固定在该集光杯 120 上的聚光透镜 110。 聚光透镜 110的目的是将太阳光聚焦到其焦点处, 形成一 光斑。 在本实施例中, 聚光透镜 110为平面形的菲涅尔透镜, 与普通的凸透镜 相比,菲涅尔透镜具有更低的成本。光纤 300贯穿并固定在集光杯 120的杯底, 其中, 光纤 300受光端面朝上且位于聚光透镜 110焦点附近。 太阳光通过聚光 透镜 110聚焦在光纤 300受光端面, 经由光纤 300传输到需要照明的场所。 在 集光杯 120的杯底光纤 300的附近设有多个与控制器点连接的光探测单 元 130。 其中, 光探测单元 130为光电二极管、 光敏二极管、 光敏三极管、 光敏电阻等 光电传感器中的一种, 或者光探测单元 130也可以为光伏电池、 热敏二极管、 热敏电阻或热电偶中的一种。 在一种优选的实施例中, 光探测单元 130的数量 为四个, 分别设在所述光纤 300的四周。 集光器 100可以利用这四个光探测单 元 130检测到的阳光信号强度不同, 从而计算出各个传感单元 210与太阳光之 间的角度, 进而对太阳光进行二级追踪, 精确控制聚光透镜的光轴与太阳光方 向之间的平行度。 根据本发明提供的太阳光收集装置, 本发明一实施例还提供了一种太阳光 追踪方法, 包括以下步骤: A、 利用光传感部 200对太阳光进行一级定位, 使 聚光透镜 110的光轴与太阳光方向基本平行; B、 利用光探测单元 130对太阳 光进行二级定位, 精确控制聚光透镜 110的光轴与太阳光方向之间的平行度。 其中, 步骤 A具体为:光传感部 200利用具有不同位置的四个光传感单元 210对阳光信号进行检测, 并将检测到的信号信息反馈给控制器; 控制器根据 不同的光传感单元 210检测到的阳光信号强度不同, 从而对太阳的位置进行初 略的判断; 在控制器的控制下, 太阳光收集装置向太阳光的方向进行转动。 重 复步骤 A, 直到具有不同位置的四个光传感单元 210检测到的阳光强度信号基 本一致, 说明太阳光收集装置正对太阳光, 也即聚光透镜 110的光轴与太阳光 方向基本平行。 为了更精确地控制聚光透镜 110的光轴与太阳光方向之间的平行度, 步骤 B具体为: 四个光探测单元 130对阳光信号进行检测, 并将检测到的信号信息 反馈给控制器;控制器根据不同的光探测单元 130检测到的阳光信号强度不同, 从而判断出太阳的位置; 在控制器的控制下, 太阳光收集装置朝向太阳的方向 进行转动。 重复步骤 B, 直到具有不同位置的四个光探测单元 130检测到的阳 光强度信号基本一致, 此时聚光透镜 110的光轴与太阳光方向保持高度平行。 本实施例提供的太阳光追踪方法可以精确控制 聚光透镜 110的光轴与太阳 光方向之间的平行度, 使经聚光透镜 110聚光后的光斑准确的射入到光纤 300 的受光端, 提高光的收集度, 从而提高光的利用率。 综上所述, 本发明提供的太阳光收集装置及太阳光追踪方 法, 在通过光传 感部对太阳光进行一级定位,使聚光透镜的光 轴与太阳光方向保持一定的平行 度之后, 通过集光器底部设有的光探测单元对太阳光进 行二级定位。 不仅使得 定位更加的快速准确, 而且还可以在该太阳光收集装置的光传感部与 集光器出 现机械偏差时进行自我修正调整, 避免了出现光传感部对太阳光定位准确而经 聚光透镜聚光后的光斑偏离光纤的受光端的现 象。该太阳光收集装置对其机械 精度要求低, 而且结构简单, 便于大规模生产。

需要说明的是, 在本文中, 诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将 一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开 来, 而不一定要求或者暗示这些 实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者 顺序。 而且, 术语"包括"、 "包 含"或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的 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 "包括一个 ...... "限定的要素, 并不排除在包括 所述要素的过程、 方法、 物品或者设备中还存在另外的相同要素。 虽然本发明是参照其示例性的实施例被具体描 述和显示的,但是本领域的 普通技术人员应该理解, 在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范 围的情 况下, 可以对其进行形式和细节的各种改变。