一種基于太陽能光纖的太陽能綜合利用裝置及方法
【專利摘要】一種基于太陽能光纖的太陽能綜合利用裝置包括太陽能綜合采集器系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、熱能供給系統(tǒng)及控制系統(tǒng)；通過利用太陽能綜合采集器系統(tǒng)的耐熱石英耦合器和光纖對菲涅爾透鏡獲取的太陽光能進(jìn)行分流利用，分別接入照明系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)及熱能供給系統(tǒng)，并通過設(shè)定特定耐熱石英耦合器與菲涅爾透鏡的距離及耐熱石英耦合器的端部面積，實(shí)現(xiàn)最大化的光能利用；利用太陽能光纖導(dǎo)光照明系統(tǒng)將把清潔健康的陽光均勻?qū)胧覂?nèi)，給人提供舒適健康的照明環(huán)境，同時(shí)解決一些需要全天候照明的區(qū)域，代替白天的電力照明，大大節(jié)省電費(fèi)開支。而且綜合考慮太陽能的發(fā)電、熱能利用，提高太陽能的綜合利用效率，減小傳統(tǒng)能源的消耗。
【專利說明】
一種基于太陽能光纖的太陽能綜合利用裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及太陽能綜合利用領(lǐng)域，具體說是一種基于太陽能光纖的太陽能綜合利 用裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和能源短缺、環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)重，節(jié)能減排、低碳 生活已成為各行各業(yè)的發(fā)展趨勢。我國具有豐富的太陽能資源，三分之二以上國土面積的 太陽能年總輻射量超過5.0 GJ/m2,年平均日照時(shí)數(shù)超過2200小時(shí)。尤其是廣大的華北、西 北地區(qū)，日照充足，為開發(fā)利用太陽能提供了良好的自然條件。
[0003] 隨著城市建筑趨向高層化和密集化，僅依靠傳統(tǒng)的釆光方式已經(jīng)不能滿足建筑物 內(nèi)部的釆光要求。尤其是那些建筑較低、暗室及地下倉庫，即使是晴天，室內(nèi)光線也很昏暗， 這在無形之中增加了人工照明的電能損耗，而且給長期在此環(huán)境中生活與工作的人身心健 康帶來不良影響。
[0004] 而利用太陽能光纖導(dǎo)光照明系統(tǒng)不僅能夠把清潔健康的陽光均勻?qū)胧覂?nèi)，隨意 改變室內(nèi)光線的整體和局部布局，代替白天的電力照明，大大節(jié)省電費(fèi)開支，而且節(jié)能環(huán) 保，足不出戶便能充分地沐浴陽光。
[0005] 在能源短缺、環(huán)境污染問題的雙重壓力下，綜合利用清潔能源，減少污染和不可再 生能源的消耗，是未來的研究重點(diǎn)。太陽能中不僅可以考慮可見光照明，也可以考慮近紅外 線發(fā)電、發(fā)熱，將太陽能中蘊(yùn)含的能量通過不同裝置利用，提高太陽能的綜合利用率。雖然 當(dāng)前的太陽光纖照明、太陽能發(fā)電、太陽能熱能利用的技術(shù)已比較完善，但同時(shí)將照明、發(fā) 電、熱能利用綜合考慮的裝置，卻少有研究。
[0006] 在已有的太陽能光纖導(dǎo)光照明的相關(guān)專利中，有著各種各樣的弊端，如專利 201020621250.4,在太陽光不能直射的情況下，照明效果將會(huì)很差，同時(shí)也沒考慮太陽熱能 的利用；專利200920277492.3、201220708663.5未考慮太陽能的綜合利用，而且不能擺脫對 傳統(tǒng)能源的消耗;專利201120178341.X未考慮發(fā)電，同時(shí)在聚光裝置僅考慮視日運(yùn)動(dòng)軌跡 跟蹤法，有很多局限性，出現(xiàn)誤差后不能自動(dòng)調(diào)整等，且需要定期的人為調(diào)整跟蹤裝置的方 向。專利201320638567.2是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，然后再進(jìn)行照明，這樣在光能利用上，損 失較大，且太陽能電池板并未與太陽光完全垂直，光能發(fā)電上效率較低。專利 201510187982.4并未考慮太陽能的熱能利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于太陽能光纖的太陽能綜合利用裝 置，該裝置的利用可以同步實(shí)現(xiàn)照明、發(fā)電及供熱，有效的提高了太陽能的綜合利用效率， 減少了傳統(tǒng)能源的消耗。
[0008] 本發(fā)明所述的一種基于太陽能光纖的太陽能綜合利用裝置具體如下： 所述太陽能綜合利用裝置安裝在能充分利用太陽能的屋頂或其他開闊區(qū)域； 所述太陽能綜合利用裝置包括太陽能綜合采集器系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、熱能供給 系統(tǒng)及控制系統(tǒng)； 所述的太陽能綜合采集器系統(tǒng)包括透明濾紫外線防護(hù)罩1，由多個(gè)菲涅爾透鏡2形成的 菲涅爾透鏡組，綜合采集器7、隔熱石英和紅外線濾光組件8，耐熱石英耦合器10及光纖11; 所述透明濾紫外線防護(hù)罩1安裝在綜合采集器7的上部，主要隔絕雨、雪及灰塵，同時(shí)在 透明濾紫外線防護(hù)罩1上的濾紫外線膜可以保證大部分的紫外線不進(jìn)入綜合采集器7內(nèi)； 所述菲涅爾透鏡組安裝在綜合采集器7的口部，所述菲涅爾透鏡組中部分菲涅爾透鏡2 用于照明、部分菲涅爾透鏡2用于發(fā)電、部分菲涅爾透鏡2用于供給熱能;所述耐熱石英耦合 器10中部分耐熱石英耦合器10用于照明、部分耐熱石英耦合器10用于發(fā)電、部分耐熱石英 耦合器10用于供給熱能;所述光纖11中的部分光纖11用于照明、部分光纖11用于發(fā)電、部分 光纖11用于供給熱能； 在用于照明的菲涅爾透鏡2的0.7倍焦距上設(shè)置隔熱石英和紅外線濾光組件8,且所述 隔熱石英和紅外線濾光組件8與用來照明的菲涅爾透鏡2-一對應(yīng)，且安裝在綜合采集器7 的中部;在所述綜合采集器7的底部安裝有用于照明的耐熱石英耦合器10,所述用于照明的 耐熱石英耦合器10與所述菲涅爾透鏡2-一對應(yīng)，且所述用于照明的耐熱石英耦合器10的 端部距菲涅爾透鏡2的距離正好等于所述相應(yīng)的菲涅爾透鏡2可見光的焦距，且用于照明的 耐熱石英耦合器10的端部面積是所述相應(yīng)菲涅爾透鏡2的焦斑的2倍； 用于照明的光纖11 一端與用于照明的耐熱石英耦合器10相連，另一端連接至照明系統(tǒng) 的采光區(qū)域13; 所述照明系統(tǒng)包括漫射器12、采光區(qū)域13、LED燈14、LED燈電線15及蓄電池組18,所述 采光區(qū)域13內(nèi)安裝有漫射器12,漫射器12安裝在進(jìn)入采光區(qū)域13的光纖11的末端;所述采 光區(qū)域13內(nèi)安裝有LED燈14，LED燈14通過LED燈電線15與蓄電池組18連接，在晚上或無法利 用太陽光的情況下，保證采光區(qū)域13的照明； 用于發(fā)電的光纖11通過耐熱石英耦合器10直接獲取透過菲涅爾透鏡2的太陽能，并將 太陽能聚集至發(fā)電裝置22中， 用于發(fā)電的耐熱石英耦合器10直接獲取透過菲涅爾透鏡2的太陽能，用于發(fā)電的耐熱 石英耦合器10安裝在所述綜合采集器7的底部，且與用于發(fā)電的菲涅爾透鏡2-一對應(yīng)，且 用于發(fā)電的耐熱石英耦合器10的端部距用于發(fā)電的菲涅爾透鏡2的距離正好等于通過所述 相應(yīng)的菲涅爾透鏡2的紅外線的焦距的0.95,用于發(fā)電的耐熱石英耦合器10的端部面積是 所述相應(yīng)的菲涅爾透鏡2的焦斑的2倍； 用于發(fā)電的光纖11 一端與用于發(fā)電的耐熱石英耦合器10相連，另一端連接至發(fā)電系統(tǒng) 的凸透鏡21; 所述的太陽能光纖發(fā)電系統(tǒng)包括凸透鏡21、發(fā)電裝置22、光感發(fā)電元器件23、發(fā)電系統(tǒng) 電線24;在用于發(fā)電的光纖11的末端安裝有與其一一對應(yīng)的凸透鏡21，同時(shí)在凸透鏡21的 焦點(diǎn)處放置光感發(fā)電元器件23,光感發(fā)電元器件23的面積與凸透鏡21的投影面積一致，凸 透鏡21和光感發(fā)電元器件23均固定在發(fā)電裝置22里，發(fā)電裝置22通過發(fā)電系統(tǒng)電線24與蓄 電池組18連接； 太陽能電池板發(fā)電系統(tǒng)包括太陽能電池板6和太陽能電池板電流傳輸線26，太陽能電 池板6通過與蓄電池組18連接，在有可利用的太陽光時(shí)，進(jìn)行發(fā)電，并對蓄電池進(jìn)行充電。
[0009] 用于供給熱能的耐熱石英耦合器10直接獲取透過菲涅爾透鏡2太陽能，所述用于 供給熱能的耐熱石英耦合器10安裝在綜合采集器7的底部，且與用于供給熱能的菲涅爾透 鏡2-一對應(yīng)，且用于供給熱能的耐熱石英耦合器10的端部距菲涅爾透鏡2的距離正好等于 通過所述相應(yīng)的菲涅爾透鏡2的紅外線的焦距的0.75,耐熱石英耦合器10的端部面積應(yīng)是 所述相應(yīng)的菲涅爾透鏡2的焦斑的2倍； 用于供給熱能的光纖11的一端與用于供給熱能的耐熱石英耦合器10相連，另一端連接 至熱能供給系統(tǒng)的凸透鏡21; 所述熱能供給系統(tǒng)包括凸透鏡21、水箱34、水箱溫度感應(yīng)器35、溫度感應(yīng)器傳輸線36、 水箱攪拌器31、電加熱器32、水箱攪拌器電線3及水箱攪拌器控制信號線29;所述熱能供給 系統(tǒng)的水箱34內(nèi)壁上嵌固有與用于供給熱能的光纖11一一對應(yīng)的凸透鏡21，所述水箱34上 部安裝自來水進(jìn)水管41，下部安裝出水管，并通過閥門控制;在水箱34內(nèi)安裝有水箱溫度感 應(yīng)器35,同時(shí)水箱溫度感應(yīng)器35通過溫度感應(yīng)器傳輸線36與控制系統(tǒng)的綜合控制器37連 接； 所述控制系統(tǒng)包括采集支撐架9、連接器20、方位角系統(tǒng)19、方位角系統(tǒng)控制信號線28、 高度角系統(tǒng)33、光電感應(yīng)元件5、高度角系統(tǒng)控制信號線38、綜合控制器37、全球定位系統(tǒng)和 當(dāng)?shù)貢r(shí)鐘； 所述綜合采集器7通過連接裝置安裝在采集器支撐架9上，在采集器支撐架9的一側(cè)安 裝高度角系統(tǒng)33,采集器支撐架9通過連接器20放置在方位角系統(tǒng)19上，高度角系統(tǒng)33通過 高度角系統(tǒng)控制信號線38與綜合控制器37連接，方位角系統(tǒng)19通過方位角系統(tǒng)控制信號線 28與綜合控制器37連接，在綜合控制器37內(nèi)集成全球定位系統(tǒng)和當(dāng)?shù)貢r(shí)鐘，由此組成太陽 光綜合采集器的控制系統(tǒng)，保證綜合采集器7能與太陽光垂直，充分利用太陽能。
[0010] 進(jìn)一步的，所述水箱34中安裝有電加熱器32,所述電加熱器32與綜合控制器37和 市政電40連接，在無法利用太陽能或溫度不能保證時(shí)，優(yōu)先利用蓄電池加熱，在蓄電池電量 不足時(shí)，利用市政電加熱。
[0011] 進(jìn)一步的，所述水箱34底部安裝水箱攪拌器31，以保證水箱里的水受熱均勻，水箱 攪拌器31通過水箱攪拌器電線3與蓄電池組18連接，水箱攪拌器31通過水箱攪拌器控制信 號線29與控制系統(tǒng)的綜合控制器37連接。
[0012] 進(jìn)一步的，綜合采集器7頂部周邊設(shè)置有太陽能電池板6,在綜合采集器7與太陽能 電池板6連接處設(shè)置光電感應(yīng)元件5,光電感應(yīng)元件5通過光電感應(yīng)元件信號線39與控制系 統(tǒng)的綜合控制器37連接，所述太陽能電池板6通過太陽能電池板電流傳輸線26與蓄電池組 18連接。
[0013] 進(jìn)一步的，所述照明系統(tǒng)的蓄電池組與市政電電線連接;所述照明系統(tǒng)的蓄電池 組與控制系統(tǒng)的綜合控制器37連接;所述照明系統(tǒng)的蓄電池組通過方位角系統(tǒng)電線17與方 位角系統(tǒng)19連接;所述照明系統(tǒng)的蓄電池組通過高度角系統(tǒng)電線4與高度角系統(tǒng)33連接。
[0014] 本發(fā)明所述技術(shù)方案的有益效果在于利用耐熱石英耦合器和光纖對菲涅爾透 鏡獲取的太陽光能進(jìn)行分流，分別接入照明系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)及熱能供給系統(tǒng)，并通過設(shè)定特 定耐熱石英耦合器與菲涅爾透鏡的距離及耐熱石英耦合器的端部面積，實(shí)現(xiàn)最大化的光能 利用;?本發(fā)明所述的裝置采用自動(dòng)追蹤裝置與全球定位系統(tǒng)和當(dāng)?shù)貢r(shí)間相結(jié)合的控制系 統(tǒng)，保證太陽光與綜合采集裝置時(shí)刻保持垂直，最大效率的利用太陽能;〇j本發(fā)明所述的裝 置將太陽能中對人有害的紫外光濾除，給人提供舒適的光照環(huán)境，減少傳統(tǒng)電能的消耗;? 本發(fā)明所述的采用自動(dòng)控制技術(shù)，可以降低人工成本，同時(shí)，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的準(zhǔn)確性，穩(wěn) 定性;(I本發(fā)明所述的裝置綜合利用太陽能，大部分時(shí)間實(shí)現(xiàn)自給自足，不消耗其他能源， 而且利用的是清潔能源，環(huán)保可靠。
【附圖說明】
[0015]圖1 一種基于太陽能光纖的太陽能綜合利用裝置結(jié)構(gòu)組成示意圖； 附圖2-種基于太陽能光纖的太陽能綜合利用裝置的綜合采集器控制流程示意圖； 附圖3-種基于太陽能光纖的太陽能綜合利用裝置的照明系統(tǒng)工作流程示意圖。 附圖4 一種基于太陽能光纖的太陽能綜合利用裝置的發(fā)電系統(tǒng)工作流程示意圖； 附圖5-種基于太陽能光纖的太陽能綜合利用裝置的熱能系統(tǒng)工作流程示意圖； 圖中：1透明濾紫外線防護(hù)罩、2菲涅爾透鏡、3水箱攪拌器電線、4高度角系統(tǒng)電線、5光 電感應(yīng)元件、6太陽能電池板、7綜合采集器、8隔熱石英和紅外線濾光組件、9采集器支撐架、 10耐熱石英耦合器、11光纖、12漫射器、13采光區(qū)域、14LED燈、15LED燈電線、16基礎(chǔ)、17方位 角系統(tǒng)電線、18蓄電池組、19方位角系統(tǒng)、20連接器、21凸透鏡、22發(fā)電裝置、23光感發(fā)電元 器件、24發(fā)電系統(tǒng)電線、25市政電電線、26太陽能電池板電流傳輸線、27蓄電池組控制信號 線、28方位角系統(tǒng)控制信號線、29水箱攪拌器控制信號線、30電加熱器控制線、31水箱攪拌 器、32電加熱器、33高度角系統(tǒng)34水箱、35水箱溫度感應(yīng)器、36溫度感應(yīng)器傳輸線、37綜合控 制器、38高度角系統(tǒng)控制信號線、39光電感應(yīng)元件信號線、40市政電、41自來水進(jìn)水管。
【具體實(shí)施方式】
[0016]為更加詳細(xì)的描述本發(fā)明所述的技術(shù)方案，現(xiàn)結(jié)合附圖對本發(fā)明所述技術(shù)方案進(jìn) 行詳細(xì)說明，具體如下： 一種基于太陽能光纖的太陽能綜合利用裝置包括太陽能綜合采集器系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)、 照明系統(tǒng)、熱能供給系統(tǒng)及控制系統(tǒng)； 所述的太陽能綜合利用裝置安裝在屋頂或其他開闊區(qū)域，能充分利用太陽光能。綜合 采集器7是利用太陽光的重要裝置，由透明濾紫外線防護(hù)罩1，菲涅爾透鏡2,隔熱石英和紅 外線濾光組件8,耐熱石英耦合器10,光纖11等組成。所述的透明濾紫外線防護(hù)罩1安裝在綜 合采集器7的上部，主要隔絕雨、雪、灰塵等，同時(shí)在透明濾紫外線防護(hù)罩1上的濾紫外線膜 可以保證大部分的紫外線不進(jìn)入綜合采集器7內(nèi)。所述的多組菲涅爾透鏡2安裝在綜合采集 器7的口部，在用來照明的部分菲涅爾透鏡2的0.7倍焦距上設(shè)置隔熱石英和紅外線濾光組 件8,隔熱石英和紅外線濾光組件8與用來照明的部分菲涅爾透鏡2-一對應(yīng)，且安裝在綜合 采集器7的中部;耐熱石英耦合器10安裝在所述的綜合采集器7的底部，且與菲涅爾透鏡2- 一對應(yīng)，且耐熱石英耦合器10的端部距菲涅爾透鏡2的距離正好等于所述相應(yīng)的菲涅爾透 鏡2可見光的焦距，耐熱石英耦合器10的端部面積應(yīng)是所述相應(yīng)的菲涅爾透鏡2的焦斑的2 倍。光纖11的一端與耐熱石英耦合器10相連，另一端分別連接至采光區(qū)域13,發(fā)電裝置22和 水箱34。
[0017] (2)所述的綜合采集器7通過連接裝置安裝在采集器支撐架9上，在采集器支撐架9 的一側(cè)安裝高度角系統(tǒng)33,采集器支撐架9通過連接器20放置在方位角系統(tǒng)19上，在綜合采 集器7與太陽能電池板6連接處設(shè)置光電感應(yīng)元件5,光電感應(yīng)元件5通過光電感應(yīng)元件信號 線39與綜合控制器37連接，高度角系統(tǒng)33通過高度角系統(tǒng)控制信號線38與綜合控制器37連 接，方位角系統(tǒng)19通過方位角系統(tǒng)控制信號線28與綜合控制器37連接，在綜合控制器37內(nèi) 集成全球定位系統(tǒng)和當(dāng)?shù)貢r(shí)鐘，由此組成太陽光綜合采集器的控制裝置，保證綜合采集器7 能與太陽光垂直，充分利用太陽能，具體控制流程詳見附圖2。
[0018] (3)在所述的采光區(qū)域13內(nèi)安裝漫射器12,漫射器12安裝在進(jìn)入采光區(qū)域13的光 纖11的末端，保證光線的柔和和散射，擴(kuò)大照明范圍。同時(shí)在采光區(qū)域13內(nèi)安裝LED燈14， LED燈14通過LED燈電線15與蓄電池組18連接，在晚上或無法利用太陽光的情況下，保證采 光區(qū)域13的照明，具體控制流程詳見附圖3。
[0019] (4)在所述的綜合采集器7內(nèi)的部分光纖11，無需通過隔熱石英和紅外線濾光組件 8,直接將太陽光通過上述的耐熱石英耦合器10,將太陽能聚集至發(fā)電裝置22里，耐熱石英 耦合器10安裝在所述的綜合采集器7的底部，且與菲涅爾透鏡2-一對應(yīng)，且耐熱石英耦合 器10的端部距菲涅爾透鏡2的距離正好等于通過所述相應(yīng)的菲涅爾透鏡2的紅外線的焦距 的0.95,耐熱石英耦合器10的端部面積應(yīng)是所述相應(yīng)的菲涅爾透鏡2的焦斑的2倍。在光纖 11的末端，安裝與光纖11 對應(yīng)的凸透鏡21，同時(shí)在凸透鏡21的焦點(diǎn)處放置光感發(fā)電兀 器件23,光感發(fā)電元器件23的面積與凸透鏡21的投影面積一致，凸透鏡21和光感發(fā)電元器 件23均固定在發(fā)電裝置22里。發(fā)電裝置22通過發(fā)電系統(tǒng)電線24與蓄電池組18連接。與綜合 采集器7連接的太陽能電池板6,通過太陽能電池板電流傳輸線26與蓄電池組18連接，具體 控制流程詳見附圖4。
[0020] (5)在所述的綜合采集器7內(nèi)的部分光纖11，無需通過隔熱石英和紅外線濾光組件 8,直接將太陽光通過上述的耐熱石英耦合器10,將太陽能聚集至水箱34里，耐熱石英耦合 器10安裝在所述的綜合采集器7的底部，且與菲涅爾透鏡2-一對應(yīng)，且耐熱石英耦合器10 的端部距菲涅爾透鏡2的距離正好等于通過所述相應(yīng)的菲涅爾透鏡2的紅外線的焦距的 0.75,耐熱石英耦合器10的端部面積應(yīng)是所述相應(yīng)的菲涅爾透鏡2的焦斑的2倍。在光纖11 的末端，安裝與光纖11一一對應(yīng)的凸透鏡21，凸透鏡21嵌固在帶保溫的水箱34里。水箱34上 部安裝自來水進(jìn)水管41，下部安裝出水管，并通過閥門控制。在水箱34里安裝水箱溫度感應(yīng) 器35,同時(shí)水箱溫度感應(yīng)器35通過溫度感應(yīng)器傳輸線36與綜合控制器37連接。在水箱34里 安裝電加熱器32,同時(shí)電加熱器32同時(shí)與綜合控制器37和市政電40連接，在無法利用太陽 能或溫度不能保證時(shí)，利用市政電40加熱。在水箱34底部安裝水箱攪拌器31，保證水箱里的 水受熱均勻，水箱攪拌器31通過水箱攪拌器電線3與蓄電池組18連接，水箱攪拌器31通過水 箱攪拌器控制信號線29與綜合控制器37連接。具體控制流程詳見附圖5。
[0021] (6)所述的蓄電池組18放置在基礎(chǔ)16上，在蓄電池組18上部放置方位角系統(tǒng)19和 綜合采集器7系統(tǒng)。蓄電池組18通過太陽能電池板電流傳輸線26與太陽能電池板6連接。蓄 電池組18通過發(fā)電系統(tǒng)電線24與發(fā)電裝置22連接。蓄電池組18通過市政電電線25連接。蓄 電池組18通過蓄電池組控制信號線27與綜合控制器37連接。蓄電池組18通過方位角系統(tǒng)電 線17與方位角系統(tǒng)19連接。蓄電池組18通過高度角系統(tǒng)電線4與高度角系統(tǒng)33連接。蓄電池 組18通過LED燈電線15與LED燈14連接。蓄電池組18通過水箱攪拌器電線3與水箱攪拌器31 連接。
[0022]本發(fā)明所述的一種基于太陽能光纖的太陽能綜合利用裝置的工作過程為： (1)初始運(yùn)行時(shí)，市政電通過市政電電線25向蓄電池組18進(jìn)行充電，同時(shí)打開水箱34的 自來水開關(guān)，灌80%的水，然后運(yùn)行其他各個(gè)部件，保證系統(tǒng)都能正常運(yùn)行。
[0023] (2)本套發(fā)明裝置放置在屋頂或開闊區(qū)域。綜合控制器37內(nèi)放置全球定位系統(tǒng)和 當(dāng)?shù)貢r(shí)間軟件，在兩者的作用下，確定裝置放置區(qū)太陽升起和落下的時(shí)間。在該段時(shí)間內(nèi)， 裝置進(jìn)行照明、發(fā)電、發(fā)熱工作。其余時(shí)間，僅綜合控制器37進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，保證LED燈14以 及水箱34的正常監(jiān)測。
[0024] (3)在正常工作時(shí)段，綜合控制器37內(nèi)的全球定位系統(tǒng)和當(dāng)?shù)貢r(shí)間共同作用，驅(qū)動(dòng) 方位角系統(tǒng)19和高度角系統(tǒng)33運(yùn)行，保證綜合采集器7和太陽能電池板6均能與太陽光垂 直，并通過光電感應(yīng)元件5進(jìn)行校正，保證整個(gè)綜合采集器7和太陽能電池板6時(shí)刻與太陽保 持垂直。驅(qū)動(dòng)方位角系統(tǒng)19和高度角系統(tǒng)33運(yùn)行時(shí)，均利用相關(guān)線路從蓄電池組18上獲取 電能。而太陽能電池板6因時(shí)刻保持與太陽的垂直狀態(tài)，保證最大效率的進(jìn)行發(fā)電，并通過 太陽能電池板電流傳輸線26對蓄電池組18進(jìn)行充電。
[0025] (4)綜合采集器7時(shí)刻與太陽保持垂直，太陽光線通過透明濾紫外線防護(hù)罩1時(shí)，濾 除大部分的紫外線，然后進(jìn)入到菲涅爾透鏡2上。在進(jìn)行照明的系統(tǒng)上，通過菲涅爾透鏡2的 太陽光線在隔熱石英和紅外線濾光組件8的作用下，將紅外線進(jìn)行過濾，僅可見光通過，然 后在耐熱石英耦合器10上進(jìn)行匯聚耦合。耦合后的可見光通過光纖11，傳輸至采光區(qū)域13 內(nèi)，光線進(jìn)入房間后，在漫射器12的作用下，進(jìn)行漫散射，將光線變得柔和，擴(kuò)大照明區(qū)域。
[0026] (5)在進(jìn)行發(fā)電的系統(tǒng)上，光線無需通過隔熱石英和紅外線濾光組件8,直接與相 應(yīng)位置的耐熱石英耦合器10進(jìn)行匯聚耦合，耦合后主要的近紅外線通過光纖11進(jìn)入發(fā)電裝 置22里，并在發(fā)電裝置22里的凸透鏡21的作用下，再次進(jìn)行匯聚至相應(yīng)位置的光感發(fā)電元 器件23上，進(jìn)而產(chǎn)生電能，并通過發(fā)電系統(tǒng)電線24進(jìn)入蓄電池組18進(jìn)行充電。
[0027] (6)在進(jìn)行熱能利用的系統(tǒng)上，光線無需通過隔熱石英和紅外線濾光組件8,直接 與相應(yīng)位置的耐熱石英耦合器10進(jìn)行匯聚耦合，耦合后的可見光。紅外線等通過光纖11進(jìn) 入水箱34里，并在內(nèi)嵌在水箱34里的凸透鏡21作用下，進(jìn)行匯聚，并作用于水箱的水中，對 水進(jìn)行加熱，同時(shí)水箱34底部的水箱攪拌器31通過蓄電池組18提供的電能進(jìn)行工作，攪動(dòng) 水箱的水，保證均勻受熱。而水箱34上的水箱溫度感應(yīng)器35時(shí)時(shí)將溫度傳輸給綜合控制器 37,并直觀顯示給用戶。此時(shí)的電加熱器32不運(yùn)行。
[0028] (7)蓄電池組18內(nèi)部安裝有蓄電池及其他控制元件，保證蓄電池組18的正常工作。 蓄電池組18由發(fā)電裝置22和太陽能電池板6以及市政電進(jìn)行充電。在正常工作情況下，無需 市政電工作。而需要從蓄電池組18上用電的系統(tǒng)有LED燈14,方位角系統(tǒng)19,高度角系統(tǒng)33， 以及水箱攪拌器31和電加熱器32。正常情況下，電加熱器32不運(yùn)行。
[0029] (8)裝置上的相關(guān)控制和傳輸信號，如高度角系統(tǒng)工作信號、方位角系統(tǒng)工作信 號、蓄電池系統(tǒng)、熱能利用系統(tǒng)、光電感應(yīng)元件等均與綜合控制器連接，進(jìn)行監(jiān)測控制，保證 系統(tǒng)正常運(yùn)行。
[0030] (9)在無太陽能利用的情況下，如夜晚、陰天等，高度角系統(tǒng)和方位角系統(tǒng)不工作， 采光區(qū)域13由LED燈14進(jìn)行保證照明。發(fā)電裝置22不工作。蓄電池組18在綜合控制器37的監(jiān) 測下，及時(shí)確定所存電量，在電量不足的情況下，打開市政電源，進(jìn)行充電。而水箱34中的水 箱溫度感應(yīng)器35及時(shí)將溫度反饋給綜合控制器37，時(shí)時(shí)監(jiān)測水溫，當(dāng)水溫低于用戶要求時(shí)， 由電加熱器32進(jìn)行加熱，水箱攪拌器31正常運(yùn)行;在蓄電池組18電量不足下，直接由市政電 進(jìn)行加熱。在晚上時(shí)段，每周的其中一天，在蓄電池組18電量充足的情況下，單獨(dú)運(yùn)行水箱 攪拌器31和電加熱器32半小時(shí)左右，將水溫升高至80°C，進(jìn)行消毒殺菌。
[0031]以上對本發(fā)明所提出的一種基于太陽能光纖的太陽能綜合利用裝置進(jìn)行了詳細(xì) 介紹，本文中應(yīng)用了實(shí)施例對本申請的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只 是用于幫助理解本申請的方法及其核心思想；同時(shí)，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本申 請的思想，在【具體實(shí)施方式】及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理 解為對本申請的限制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于太陽能光纖的太陽能綜合利用裝置，其特征在于： 所述太陽能綜合利用裝置安裝在能充分利用太陽能的屋頂或其他開闊區(qū)域； 所述太陽能綜合利用裝置包括太陽能綜合采集器系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、熱能供給 系統(tǒng)及控制系統(tǒng)； 所述的太陽能綜合采集器系統(tǒng)包括透明濾紫外線防護(hù)罩，由多個(gè)菲涅爾透鏡形成的菲 涅爾透鏡組，綜合采集器、隔熱石英和紅外線濾光組件，耐熱石英耦合器及光纖； 所述透明濾紫外線防護(hù)罩安裝在綜合采集器的上部，主要隔絕雨、雪及灰塵，同時(shí)在透 明濾紫外線防護(hù)罩上的濾紫外線膜可以保證大部分的紫外線不進(jìn)入綜合采集器內(nèi)； 所述菲涅爾透鏡組安裝在綜合采集器的口部，所述菲涅爾透鏡組中部分菲涅爾透鏡用 于照明、部分菲涅爾透鏡用于發(fā)電、部分菲涅爾透鏡用于供給熱能;所述耐熱石英耦合器中 部分耐熱石英耦合器用于照明、部分耐熱石英耦合器用于發(fā)電、部分耐熱石英耦合器用于 供給熱能;所述光纖中的部分光纖用于照明、部分光纖用于發(fā)電、部分光纖用于供給熱能； 在用于照明的菲涅爾透鏡的0.7倍焦距上設(shè)置隔熱石英和紅外線濾光組件，且所述隔 熱石英和紅外線濾光組件與用來照明的菲涅爾透鏡一一對應(yīng)，且安裝在綜合采集器的中 部;在所述綜合采集器的底部安裝有用于照明的耐熱石英耦合器，所述用于照明的耐熱石 英耦合器與所述菲涅爾透鏡一一對應(yīng)，且所述用于照明的耐熱石英耦合器的端部距菲涅爾 透鏡的距離正好等于所述相應(yīng)的菲涅爾透鏡可見光的焦距，且用于照明的耐熱石英耦合器 的端部面積是所述相應(yīng)菲涅爾透鏡的焦斑的2倍； 用于照明的光纖一端與用于照明的耐熱石英耦合器相連，另一端連接至照明系統(tǒng)的采 光區(qū)域； 所述照明系統(tǒng)包括漫射器、采光區(qū)域、LED燈、LED燈電線及蓄電池組，所述采光區(qū)域內(nèi) 安裝有漫射器，漫射器安裝在進(jìn)入采光區(qū)域的光纖的末端;所述采光區(qū)域內(nèi)安裝有LED燈， LED燈通過LED燈電線與蓄電池組連接，在晚上或無法利用太陽光的情況下，保證采光區(qū)域 的照明； 發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池板發(fā)電系統(tǒng)和光纖發(fā)電系統(tǒng)。在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，太陽能電池 板因時(shí)刻保持與太陽的垂直狀態(tài)，保證最大效率的進(jìn)行發(fā)電，并通過太陽能電池板電流傳 輸線對蓄電池組進(jìn)行充電;光纖發(fā)電系統(tǒng)中用于發(fā)電的光纖通過耐熱石英耦合器直接獲取 透過菲涅爾透鏡的太陽能，并將太陽能聚集至發(fā)電裝置中； 用于發(fā)電的耐熱石英耦合器直接獲取透過菲涅爾透鏡的太陽能，用于發(fā)電的耐熱石英 耦合器安裝在所述綜合采集器的底部，且與用于發(fā)電的菲涅爾透鏡一一對應(yīng)，且用于發(fā)電 的耐熱石英耦合器的端部距用于發(fā)電的菲涅爾透鏡的距離正好等于通過所述相應(yīng)的菲涅 爾透鏡的紅外線的焦距的0.95,用于發(fā)電的耐熱石英耦合器的端部面積是所述相應(yīng)的菲涅 爾透鏡的焦斑的2倍； 用于發(fā)電的光纖一端與用于發(fā)電的耐熱石英耦合器相連，另一端連接至發(fā)電系統(tǒng)的凸 透鏡； 所述的太陽能光纖發(fā)電系統(tǒng)包括凸透鏡、發(fā)電裝置、光感發(fā)電元器件、發(fā)電系統(tǒng)電線； 在用于發(fā)電的光纖的末端安裝有與其一一對應(yīng)的凸透鏡，同時(shí)在凸透鏡的焦點(diǎn)處放置光感 發(fā)電元器件，光感發(fā)電元器件的面積與凸透鏡的投影面積一致，凸透鏡和光感發(fā)電元器件 均固定在發(fā)電裝置里，發(fā)電裝置通過發(fā)電系統(tǒng)電線與蓄電池組連接； 用于供給熱能的耐熱石英耦合器直接獲取透過菲涅爾透鏡的太陽能，所述用于供給熱 能的耐熱石英耦合器安裝在綜合采集器的底部，且與用于供給熱能的菲涅爾透鏡一一對 應(yīng)，且用于供給熱能的耐熱石英耦合器的端部距菲涅爾透鏡的距離正好等于通過所述相應(yīng) 的菲涅爾透鏡的紅外線的焦距的0.75,耐熱石英耦合器的端部面積應(yīng)是所述相應(yīng)的菲涅爾 透鏡的焦斑的2倍； 用于供給熱能的光纖的一端與用于供給熱能的耐熱石英耦合器相連，另一端連接至熱 能供給系統(tǒng)的凸透鏡； 所述熱能供給系統(tǒng)包括凸透鏡、水箱、水箱溫度感應(yīng)器、溫度感應(yīng)器傳輸線、水箱攪拌 器、電加熱器、水箱攪拌器電線及水箱攪拌器控制信號線所述熱能供給系統(tǒng)的水箱內(nèi)壁上 嵌固有與用于供給熱能的光纖一一對應(yīng)的凸透鏡，所述水箱上部安裝自來水進(jìn)水管，下部 安裝出水管，并通過閥門控制;在水箱內(nèi)安裝有水箱溫度感應(yīng)器，同時(shí)水箱溫度感應(yīng)器通過 溫度感應(yīng)器傳輸線與控制系統(tǒng)的綜合控制器連接； 所述控制系統(tǒng)包括采集支撐架、連接器、方位角系統(tǒng)、方位角系統(tǒng)控制信號線、高度角 系統(tǒng)、高度角系統(tǒng)控制信號線、光電感應(yīng)元件、綜合控制器、全球定位系統(tǒng)和當(dāng)?shù)貢r(shí)鐘； 所述綜合采集器通過連接裝置安裝在采集器支撐架上，在采集器支撐架的一側(cè)安裝高 度角系統(tǒng)，采集器支撐架通過連接器放置在方位角系統(tǒng)上，高度角系統(tǒng)通過高度角系統(tǒng)控 制信號線與綜合控制器連接，方位角系統(tǒng)通過方位角系統(tǒng)控制信號線與綜合控制器連接， 在綜合控制器內(nèi)集成全球定位系統(tǒng)和當(dāng)?shù)貢r(shí)鐘，由此組成太陽光綜合采集器的控制系統(tǒng)， 保證綜合采集器能與太陽光垂直，充分利用太陽能； 所述水箱中安裝有電加熱器，所述電加熱器與綜合控制器和市政電連接，在無法利用 太陽能或溫度不能保證時(shí)，優(yōu)先利用蓄電池加熱，在蓄電池電量不足時(shí)利用市政電加熱； 所述水箱底部安裝水箱攪拌器，以保證水箱里的水受熱均勻，水箱攪拌器通過水箱攪 拌器電線與蓄電池組連接，水箱攪拌器通過水箱攪拌器控制信號線與控制系統(tǒng)的綜合控制 器連接。2. 如權(quán)利要求1所述的一種基于太陽能光纖的太陽能綜合利用裝置，其特征在于:綜合 采集器頂部周邊設(shè)置有太陽能電池板，在綜合采集器與太陽能電池板連接處設(shè)置光電感應(yīng) 元件，光電感應(yīng)元件通過光電感應(yīng)元件信號線與控制系統(tǒng)的綜合控制器連接，所述太陽能 電池板通過太陽能電池板電流傳輸線與蓄電池組連接。3. 如權(quán)利要求1所述的一種基于太陽能光纖的太陽能綜合利用裝置，其特征在于:所述 照明系統(tǒng)的蓄電池組與市政電電線連接;所述照明系統(tǒng)的蓄電池組與控制系統(tǒng)的綜合控制 器連接;所述照明系統(tǒng)的蓄電池組通過方位角系統(tǒng)電線與連接方位角系統(tǒng)連接;所述照明 系統(tǒng)的蓄電池組通過高度角系統(tǒng)電線與高度角系統(tǒng)連接。4. 利用如權(quán)利要求1所述的一種基于太陽能光纖的太陽能綜合利用裝置實(shí)現(xiàn)太陽能綜 合利用的方法為： 步驟一:初始運(yùn)行時(shí)，市政電通過市政電電線向蓄電池組進(jìn)行充電，同時(shí)打開水箱的自 來水開關(guān)，灌80%的水，然后運(yùn)行其他各個(gè)部件，保證系統(tǒng)都能正常運(yùn)行； 步驟二:綜合控制器內(nèi)放置全球定位系統(tǒng)和當(dāng)?shù)貢r(shí)間軟件，在兩者的作用下，確定裝置 放置區(qū)太陽升起和落下的時(shí)間;在該段時(shí)間內(nèi)，裝置進(jìn)行照明、發(fā)電及發(fā)熱工作;其余時(shí)間， 僅綜合控制器進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，保證LED燈以及水箱的正常監(jiān)測； 步驟三:在正常工作時(shí)段，綜合控制器內(nèi)的全球定位系統(tǒng)和當(dāng)?shù)貢r(shí)間共同作用，驅(qū)動(dòng)方 位角系統(tǒng)和高度角系統(tǒng)運(yùn)行，保證綜合采集器和太陽能電池板均能與太陽光垂直，并通過 光電感應(yīng)元件進(jìn)行校正，保證整個(gè)綜合采集器和太陽能電池板時(shí)刻與太陽保持垂直;驅(qū)動(dòng) 方位角系統(tǒng)和高度角系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，均利用相關(guān)線路從蓄電池組上獲取電能；而太陽能電池 板因時(shí)刻保持與太陽的垂直狀態(tài)，保證最大效率的進(jìn)行發(fā)電，并通過太陽能電池板電流傳 輸線對蓄電池組進(jìn)行充電； 步驟四：綜合采集器時(shí)刻與太陽保持垂直，太陽光線通過透明濾紫外線防護(hù)罩時(shí)，濾除 大部分的紫外線，然后進(jìn)入到菲涅爾透鏡上;在照明系統(tǒng)上，通過菲涅爾透鏡的太陽光線在 隔熱石英和紅外線濾光組件的作用下，將紅外線進(jìn)行過濾，僅可見光通過，然后在耐熱石英 耦合器上進(jìn)行匯聚耦合;耦合后的可見光通過光纖，傳輸至采光區(qū)域內(nèi)，光線進(jìn)入房間后， 在漫射器的作用下，進(jìn)行漫散射，將光線變得柔和，擴(kuò)大照明區(qū)域； 步驟五:在發(fā)電系統(tǒng)上，光線無需通過隔熱石英和紅外線濾光組件，直接與相應(yīng)位置的 耐熱石英耦合器進(jìn)行匯聚耦合，耦合后主要的近紅外線通過光纖進(jìn)入發(fā)電裝置里，并在發(fā) 電裝置里的凸透鏡的作用下，再次進(jìn)行匯聚至相應(yīng)位置的光感發(fā)電元器件上，進(jìn)而產(chǎn)生電 能，并通過發(fā)電系統(tǒng)電線進(jìn)入蓄電池進(jìn)行充電； 步驟六:在進(jìn)行熱能利用的系統(tǒng)上，光線無需通過隔熱石英和紅外線濾光組件，直接與 相應(yīng)位置的耐熱石英耦合器進(jìn)行匯聚耦合，耦合后的可見光、紅外線等通過光纖進(jìn)入水箱 里，并在內(nèi)嵌在水箱里的凸透鏡作用下，進(jìn)行匯聚，并作用于水箱的水中，對水進(jìn)行加熱，同 時(shí)水箱底部的水箱攪拌器通過蓄電池組提供的電能進(jìn)行工作，攪動(dòng)水箱的水，保證均勻受 熱;而水箱上的水箱溫度感應(yīng)器時(shí)時(shí)將溫度傳輸給綜合控制器，并直觀顯示給用戶;此時(shí)的 電加熱器不運(yùn)行； 步驟七:蓄電池組內(nèi)部安裝有蓄電池及其他控制元件，保證蓄電池組的正常工作；蓄電 池組由發(fā)電裝置和太陽能電池板以及市政電進(jìn)行充電；在正常工作情況下，無需市政電工 作;而需要從蓄電池組上用電的系統(tǒng)有LED燈，方位角系統(tǒng)，高度角系統(tǒng)，以及水箱攪拌器和 電加熱器;正常情況下，電加熱器不運(yùn)行； 步驟八：裝置上的相關(guān)控制和傳輸信號，如高度角系統(tǒng)工作信號、方位角系統(tǒng)工作信 號、蓄電池系統(tǒng)、熱能利用系統(tǒng)、光電感應(yīng)元件等均與綜合控制器連接，進(jìn)行監(jiān)測控制，保證 系統(tǒng)正常運(yùn)行； 步驟九:在無太陽能利用的情況下，如夜晚、陰天等，高度角系統(tǒng)和方位角系統(tǒng)不工作， 采光區(qū)域由LED燈進(jìn)行保證照明；發(fā)電裝置不工作；蓄電池組在綜合控制器的監(jiān)測下，及時(shí) 確定所存電量，在電量不足的情況下，打開市政電源，進(jìn)行充電；而水箱中的水箱溫度感應(yīng) 器及時(shí)將溫度反饋給綜合控制器，時(shí)時(shí)監(jiān)測水溫，當(dāng)水溫低于用戶要求時(shí)，由電加熱器進(jìn)行 加熱，水箱攪拌器正常運(yùn)行;在蓄電池組電量不足下，直接由市政電進(jìn)行加熱;在晚上時(shí)段， 每周的其中一天，在蓄電池組電量充足的情況下，單獨(dú)運(yùn)行水箱攪拌器和電加熱器半小時(shí)， 將水溫升高至80°C，進(jìn)行消毒殺菌。
【文檔編號】F21V5/08GK105841092SQ201610333005
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月19日
【發(fā)明人】梁普, 吳燕, 李淑玉
【申請人】中國航天建設(shè)集團(tuán)有限公司