太阳光室内照明系统的设计

摘要

随着煤炭、天然气、石油等化石能源的日益枯竭,人类社会面临着越来越严重的能源危机。于是人们渐渐将目光转向了清洁、可循环使用的太阳能资源。
　　 照明能耗是建筑能耗较多的一项。据测算,照明能耗占建筑总能耗的30％左右。因此如果我们能够将外界清洁、健康的太阳光线引入到室内阴暗的地方来,这不仅大大减少照明能耗,而且让人足不出户就能沐浴在纯净天然的阳光之下,无疑对人们身心健康都有好处。本文设计的太阳光室内照明系统由聚光系统、太阳跟踪系统和光的传输系统三部分组成。本文对这三部分进行了详细的介绍和分析。
　　 在聚光系统部分中,本文列举了三个常用的聚光器种类,比较了它们的性能特点和优缺点,选出了符合我们太阳光照明系统要求的大直径的菲涅尔透镜作为系统的聚光器。
　　 太阳光室内照明的太阳跟踪方式主要分为视日运动轨迹跟踪方式和光电跟踪方式。视日运动轨迹跟踪方式有不受外界环境影响的优点,但存在误差累积和开环控制的缺点。光电跟踪方式具有控制电路简单、精度高和闭环控制的优点,但存在受外界天气环境影响较大。本文提出了一种基于GPS视日运动轨迹粗跟踪和四象限硅光电池光电跟踪校准的闭环跟踪太阳方式。这种方式既弥补视日运动轨迹跟踪开环控制的缺点,又克服光电跟踪方式受环境影响较大的缺点,最终形成了一个精度高、受环境影响较小的闭环控制系统。
　　 在传光系统部分中先介绍了各种传光介质,并比较它们的优缺点,决定采用传光损耗小,传光距离远和成本低廉的塑料光缆。并且在传光的过程中,采用滤光片和准直镜的办法,在滤除红外线、紫外线、γ射线和β射线后,将清洁健康阳光引入到室内。
　　 本文还介绍了系统的上位机程序。上位机程序记录了多个太阳光室内照明系统的运行数据情况,并可以从系统单片机发送给上位机的字符串信息中判断当前照明系统是否运行正常。