2017 年 20 期 创新前沿科技创新与应用Technology Innovation and Application基于锥形光纤传导的太阳光照明系统*吕雅晶，杨冠鲁（华侨大学 信息科学与工程学院，福建 厦门 361021）1 概述目前，能源的消耗随着经济的发展与日俱增。为了实现节能减排、保护环境和社会的可持续发展，世界各国都在寻找新能源来替代传统的化石燃料，而太阳能作为一种新型的绿色能源，越来越受到各国的关注和重视。传统的太阳能利用技术都存在着能量转换过程中的损耗问题，而太阳光室内照明技术在不进行热、电和机械等能量转换的前提下 [1] ，直接把对人体有益的太阳光传导进室内并替代传统的...
2017 年 乐鱼官方网站20 期 创新前沿科技创新与应用Technology Innovation and Application基于锥形光纤传导的太阳光照明系统*吕雅晶，杨冠鲁（华侨大学 信息科学与工程学院，福建 厦门 361021）1 概述目前，能源的消耗随着经济的发展与日俱增。为了实现节能减排、保护环境和社会的可持续发展，世界各国都在寻找新能源来替代传统的化石燃料，而太阳能作为一种新型的绿色能源，越来越受到各国的关注和重视。传统的太阳能利用技术都存在着能量转换过程中的损耗问题，而太阳光室内照明技术在不进行热、电和机械等能量转换的前提下 [1] ，直接把对人体有益的太阳光传导进室内并替代传统的用电照明，从而降低了照明能耗。近年来，太阳光室内照明技术快速发展，许多国家的研究重点主要集中在降低技术成本与提高太阳光的利用效率上。目前，提高太阳光室内照明系统的追光精度主要有两种方法：一是提高追光装置的控制精度，使聚光光斑对准光纤输入端面。但这种方法需要精确的控制，难度大，成本高。二是扩大光纤的口径，使聚光光斑始终在光纤输入端面内。但大口径光纤存在成本高、占用面积大、弯曲性能差等缺点。因此，本文提出一种简易且成本较低的提高太阳光室内照明系统追光精度的方法，目的是对传统的太阳光室内照明系统进行改进。通过利用锥形光纤的几何形状的优势，将锥形光纤与圆柱形光纤相结合，进一步提高太阳光室内照明系统的追光精度，从而提高了太阳光的利用率。2 技术方案2.1 系统结构图 1 太阳光室内照明系统的结构框图图 1 为太阳光室内照明系统的结构框图。太阳光室内照明系统主要由太阳光收集装置、太阳光自动跟踪装置和太阳光传输装置组成。其中，太阳光收集装置把平行入射到菲涅耳透镜上的太阳光聚焦成一个很小的光斑；由于太阳的位置随时都在变化，为了收集到更多的太阳光，太阳光自动跟踪装置控制菲涅耳透镜的位置，使它始终垂直于太阳光；太阳光传输装置的作用是把经滤光片后的可见光导入任何有照明需求的地方。2.2 追光装置国内外的追光方式主要分为三种：（1）视日运动轨迹跟踪； （2）光电跟踪； （3）前两者结合的混合跟踪。本系统采用的是文献[2]中一种追光精度较高、控制简易且成本低的光电跟踪方式，以 LM324 为核心，采用四个光敏电阻，并将它们分为两组，一组光敏电阻检测太阳的方位角（即东西方向），另一组光敏电阻检测太阳的高度角（即南北方向）。该控制电路由两部分组成：信号采集和信号比较，控制电路如图 2 所示。由于四个光敏电阻在光照强度不同的情况下阻值不同，因此利用桥式比较电路，分别在不同的 LM324 的输出端输出不同的信号，进而控制两台直流减速电机来驱动追光装置，实现菲涅耳透镜平面始终垂直太阳光线，从而有效地提高太阳光的利用效率。图 2 控制电路2.3 锥形光纤近年来，随着锥形光纤研究的深入，其独特的光学特性也引起了人们的重视 [3] 。由于锥形光纤的几何形状的特点，本系统引入锥形光纤来进一步减小追光系统的误差，使太阳光从大口径端向小口径端传播，将锥形光纤与圆柱形光纤相结合，可起到与采用大口径光纤相同的效果，既减少了成本又无需扩大占用面积。锥形光纤是一种应用广泛的不规则光纤，但不规则光纤的光波传输特性的理论研究还不成熟 [4] 。因此，本文仅对基于摘 要 ：文章提出了一种基于锥形光纤传导的太阳光室内照明系统，通过利用锥形光纤的几何形状的优势，将锥形光纤与圆柱形光纤相结合，进一步提高太阳光室内照明系统的追光精度，从而提高对太阳光的利用率。文章针对系统的追光误差以及光照强度进行测试，测试结果表明：该系统可以对一定的空间进行基本的照明，且采用锥形光纤能够有效提高系统的追光精度。关键词 ：锥形光纤；太阳光；照明；追光精度中图分类号： TM923 文献标志码： A 文章编号： 2095-2945 （ 2017 ） 20-0014-02* 基金项目：华侨大学研究生科研创新能力培育计划资助项目作者简介 ：吕雅晶（1992-），女，福建厦门人，学士学位，华侨大学在读硕士研究生，研究方向：智能电网技术；杨冠鲁（1960-），男，教授，硕士生导师，研究方向：智能电网技术。14 - -