太阳光光纤导入系统说明及应用

太阳能光纤采光系统介绍太阳能光纤采光系统是一种利用太阳能光能传输光线的高效照明系统。

该系统通过太阳能电池板将太阳能转换为电能，然后将电能转化为光能，通过光纤传输到需要采光的室内空间，通过天花板或墙壁的光输出单元将光线均匀地照射到室内，实现室内采光。

太阳能光纤采光系统由太阳能电池板、光纤光束传输装置及光输出单元组成。

太阳能电池板是系统的核心部件，它能够将太阳能转换为电能。

光纤光束传输装置是将电能转换为光能，并通过光纤进行传输的装置。

光输出单元则是将光线通过天花板或墙壁进行分散均匀的装置。

太阳能光纤采光系统具有多项优点。

首先，它能够实现室内自然采光，让室内空间更加明亮，减少了对传统人工照明的依赖。

其次，该系统具有较高的能源利用效率，太阳能转化效率较高，光纤光束传输的损耗较小。

再次，这种系统组件相对简单，安装和维护成本较低。

最后，太阳能光纤采光系统能够有效降低室内空间的热量积聚，提高室内空间的舒适度。

太阳能光纤采光系统适用于各种建筑类型，包括住宅、办公楼、学校、商场等。

它可以应用于无法直接获得自然采光的空间，解决传统照明方式无法满足的问题。

此外，在偏远地区或缺乏电网的地方，太阳能光纤采光系统也是一种理想的照明解决方案。

尽管太阳能光纤采光系统具有多项优点，但也存在一些需要注意的问题。

首先，由于光纤传输的时间延迟，可能会造成室内光线与自然光线不完全同步的情况，可能对一些特殊任务的工作产生影响。

其次，系统的成本较高，需要考虑投资回报周期。

最后，系统的性能受到自然光条件的影响，如阴天或夜晚，系统的采光效果相对较差。

综上所述，太阳能光纤采光系统是一种利用太阳能光能传输光线的高效照明系统。

它具有多项优点，在各类建筑中都有很好的应用前景。

然而，也需要考虑一些系统的局限性。

随着科技的不断发展，太阳能光纤采光系统在未来有望得到更广泛的应用和改进，为室内采光提供更可持续、高效的解决方案。

DOI：10.16660/ki.1674-098X.2020.10.014太阳能光纤导光技术在照明中的应用①田海涛 杨文婷(广西建设职业技术学院 广西南宁 530007)摘 要：本文介绍了基于光纤导光技术实现在照明中太阳能直接利用的两种方式，即主动采光技术和被动采光技术。

同时介绍了两种技术的特点以及应用价值。

最后对上述技术未来的发展进行了展望。

关键词：太阳能 光纤导光 主动采光技术 被动采光技术 中图分类号：TU964 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2020)04(a)-0014-02①基金项目：2019年度广西高校中青年教师科研基础能力提升项目（项目编号：2019KY1379）。

作者简介：田海涛（1984，11—），男，汉族，河北承德人，硕士，工程师，研究方向：绿色建筑。

太阳能作为可再生的绿色能源已被广泛利用，目前太阳能利用技术主要分为太阳能光热技术和光伏发电技术。

前者靠太阳能产生热量并加以利用，如太阳能热水器；后者利用太阳能发电，然后将电能直接使用或由蓄电池储存起来。

这两种技术都需要将太阳能进行转化，存在转化效率低下问题。

如果将太阳能的照明价值直接利用，必将发挥它的最高效率，而光纤导光技术的出现为太阳能直接用于照明提供了新的途径。

光纤导光是利用全反射原理将太阳光传送至某指定位置，使用灵活多变、局限性小。

1 技术介绍1.1 基于光纤导光的主动采光技术太阳能光纤导光装置属于主动采光技术，它是将太阳光收集后导入光纤中，再通过光纤传导至末端的出光装置，为人们提供光源。

该系统由太阳光聚光装置、导光光纤、出光装置组成，太阳光聚光组件主要有菲涅尔透镜和异形凹面镜两种，自动跟踪收集太阳光的方式主要有根据不同地域太阳轨迹预先设定控制程序和实时探测太阳位置进行控制两种，出光装置可以将光线散开，提高照射范围和改变照射方式[1]。

如果在系统中增加光伏发电、蓄电功能，可以利用光转换的电能为系统运行提供动力，也可以在夜晚、阴雨太阳光缺乏时为系统提供光源。

太阳光照明导入系统太阳光照明导入系统基本工作原理：这一独特的系统带入密闭室内的是健康自然的阳光，而非将太阳能转换为电能再以电灯照明。

阳光是通过在户外的太阳能面板聚集，经光纤线传入室内，紫外线和红外线等射线在传递过程中都已被过滤。

特殊设计的泛光灯将源自光纤线的阳光照明室内。

太阳能面板太阳能面板采用了定位追踪阳光的技术，引导涅耳透镜全方位跟踪着阳光的位置。

安装面板时，它已扫描空中最佳光线位置，并能记忆太阳走过的最佳光线路径，以最大程度聚焦光线。

正常日照下一套帕兰能有效照明60平米。

太阳能面板是一块面积为1 平方米，宽度为0.18米的正方形板块，固定在屋顶和建筑物正面。

在太阳能面板中，64个涅耳透镜随着中心轴移动，追踪并聚焦阳光。

通过这个过程，可将阳光直接带入室内。

追踪阳光太阳能面板采用了定位追踪阳光的技术，引导涅耳透镜全方位跟踪着阳光的位置。

这一移动是通过3个耗电在2瓦以下的马达实现。

太阳能面板在安装后无需预设程序就可直接使用。

追踪装置是由光传感器向内部微型电脑传递最佳光线数据来实现。

安装面板时，就已扫描空中最佳光线位置，并且能记忆太阳走过的最佳光线路径，以最大程度聚焦光线。

聚焦阳光阳光追踪技术使太阳能面板全天候收集到最佳的光线，让阳光能有效的聚集到0.75毫米直径的光纤线中。

阳光的应用太阳能面板具有广角度收集阳光的功能，并提高了室内的光通量（流明）。

它能在阳光垂直进入面板方向正负60 度，即120 度平面内集聚最佳光线。

通常情况下，外界日照为10万流明光通量，提供给室内的光通量可达到1.2万流明。

（普通40 瓦的白织灯的光通量为150流明）安装方式一般为屋顶安装或侧体安装：光纤线光纤线是超细微光学纤维组成，极具柔韧性。

它所具有的高强度光传输性，使自然光能畅通无阻的到达建筑物的每个角落。

每个太硬能面板可引出一组光纤线，长度可以到20米，弯曲直径50毫米泛光灯在密闭的室内，日光通过泛光灯照明室内，让您回归到自然中。

为从日出到日落都能准确捕捉太阳光，“向日葵”系统搭载了太阳自转与地球自、公转模型自动追踪程序系统。

该系统包括GPS卫星精确定位编码转换程序、微电脑控制中心、探测太阳方位的传感器和计时功能、以及横竖(XY)双轴全方位转动机械装置。

并配套位于集光机中心的微调传感器能探测出太阳的方位，该数据被传入微电脑，与自公转模型对比混合，微机根据处理后的数据来控制跟踪驱动（XY）马达，使集光机的聚光透镜始终正对太阳运行。

在太阳被云层遮住时也能计算太阳轨道，进行追踪，以达到气候云层变化作出快速反应，从而保证一旦有太阳即刻自动跟踪太阳，导入阳光。

只要室外有阳光，室内就可以有自然阳光直射。

夜间本系统会自动的停止运行，并自动转回到第二天早上的位置，第二天太阳升起又开始进行自动跟踪运行。

面朝阳光，春暖花开！用来传送采集到太阳光的光导纤维，是由特殊专利配方制造的高纯度大直径石英玻璃光导纤维。

该产品的制造企业目前在世界采用最先进的特种专利配方生产光通量大、柔软性强的石英纯色光纤，外层涂有耐老化、高反射的合成膜，引导阳光最大量地通过光纤达到输出端。

它是世界上独一无二的特殊光缆，是本产品高品质、高科技含量的又一体现。

是光导纤维的革命性成果之一，也是光学应用史上的一个新的里程碑。

特种专利配方的六芯光缆不到10CM直径，可以自由地大角度弯曲，其柔韧性让普通光缆望尘莫及。

它与其他的用镜子反射、管道传送阳光等产品的形式相比，在设计和安装施工上有明显和较高的自由度优势，能方便地把阳光送达室内的任何地方。

在已建和新建建筑物中都能方便安装，可使阳光可以随心所欲到达任何位置。

这一专利成果使阳光只能直射的物理定理推翻，实现了阳光导入的革命。

该特殊光缆透光性能较好，能将阳光在传送过程中的损耗降至最小。

几乎能够将自然阳光原封不动送进您的房间。

目前用户最远实际使用达167米远，最远理论传输距离为三公里，这是史无前例的。

最具魅力的阳光传导载体，随心所欲，自由传送！科技亮点与创新之四：利用光学原理分离、可控制紫、红外线输出因太阳光中含有强烈的紫外线和其他对人体有害的射线，长时间直接照射阳光对人的健康不利；而红外线带来的大量热量让人们在夏天感到太阳的炎热。

1、阳光自动导入系统阳光自动导入系统用于将太阳光导入到无法受阳光直接照射的阴面、地下室和建筑物内的任意部位。

该系统的应用将改善人们的办公和居住环境，有益于身心健康和节约能源。

该系统的最小基本单元所提供的阳光与一扇阳面窗户相当，对太阳的跟踪精度高于0.03弧度。

本系统的创新之处在于将地球和太阳的运动规律和自动跟踪技术相结合实现了对太阳的高精度跟踪；利用锥体石英棒耦合光纤和光导管系统实现了太阳光的高效传输。

本系统的研究已完成样品，正准备进行小批量生产。

本系统的使用将为建筑设计师具有有效的新手段将住宅的布局设计的更为合理，其应用可提升新开发楼盘的性能，也可用于旧楼的改造，使楼房阴面居住者摆脱阴冷潮湿的烦恼，具有广阔的应用前景。

本系统每台的成本预计低于1.5万元，投资规模约为一千万元左右。

2、大豆蛋白纤维纺织染整技术及针织产品开发专利：ZL 200510030992.3等2007年国家科技进步二等奖应用领域：本项目研究成果可应用于印染、棉纺、毛纺、丝绸、绢纺、针织等纺织印染行业。

技术创新：着重解决大豆纤维纺织印染加工和服用过程存在的主要问题。

设计采用专用梳理元件和梳理技术显著提高了纱线条干，采用集聚纺、喷气纺等新型纺纱技术、多组分纤维混纺技术、织物剪毛、抗起毛起球化学整理等使织物的抗起毛起球等级达到3.5级；采用氧漂/还原漂双漂法、双氧水/四乙酰乙二胺漂白法、在精漂液中添加甲醛捕捉剂进行练漂，使漂白产品白度超过了80，使残留游离甲醛含量达到了国际生态纺织品标准中婴幼儿纺织品限定的要求；采用中性染料和低盐高固色率活性染料染色等技术达到了理想的染色深度、大于 3.5级的湿牢度，并解决了因大豆蛋白和聚乙烯醇组分着色力差异而引起的外观质量问题。

同时，研发了大豆纤维与绢丝、羊毛/羊绒、天丝、棉、锦纶等混纺交织物的同色短流程染色技术以及大豆纤维、大豆纤维混纺品定量定性鉴别技术。

主要技术指标：游离甲醛含量：≤20mg/kg；亨特白度：≥80；染色牢度：耐洗、耐汗渍、耐摩擦≥3-4级；尺寸变化率：经向小于7%，纬向小于5%；抗起毛起球性≥3-4级。

∙产品名称:绿色照明—太阳光光纤导入系统∙传导介质:光导纤维∙控制方式:内置自动控制系统∙单机质量:150kg∙工作温度:-20℃-80℃∙安装方式:固定型支架安装(可定制)∙照明标准:GB50034—2004《建筑照明设计标准》GB/T50033—2001《建筑采光设计标准》产品概述太阳光纤导入照明系统由室外主机、光缆、室内光纤灯具组成，主机需安装在阳光充足的室外，用于跟踪采集太阳光。

光缆用于高效传输主机采集的阳光导入室内，并通过室内灯具进行照明。

室外主机是该系统的主体部分，主要由光学采集镜片组、太阳跟踪传感器、高精度机械平台、自动跟踪系统等组成。

自动跟踪系统自太阳升起后开始工作，太阳落山后系统复位并进入休眠状态，在阴雨、多云、雾霾以及外部断电重启后，系统均会保持自动跟踪状态，并可根据四季昼夜时间以及地理位置的不同自动调整太阳跟踪轨迹。

性能参数产品型号SUNLIGHT-Ⅲ-36S/SUNLIGHT-Ⅲ-36P单机底座700mm×700mm单机高度1500mm单机质量150kg单机聚光透镜数量36单聚光透镜采光面积Φ100mm传输光纤材料纯石英/聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）传输光纤单芯尺寸纯石英Φ1mm/PMMAΦ3mm光缆挤压拉伸阈值1000N光缆弯曲半径≥250mm单缆(六芯)典型照明参数室外太阳照度8万勒克斯≥1500流明传输距离40m太阳跟踪自动刷新频率≥60次/秒跟踪平台最小步进角度≤0.8″单机供电要求220V50Hz控制方式内置自动控制系统单机功率≤5W安装方式固定型支架安装(可定制)工作温度-20℃-80℃照明标准GB 50034—2004《建筑照明设计标准》GB/T50033—2001《建筑采光设计标准》优点兼具健康、节能、环保特性产品应用医院、育婴房、疗养院、康复中心、学校、别墅、高档宾馆、大型商场、火车站、地铁站、航空港、地下通道、运动场馆、大型停车场、室内绿化、小区住户采光权分配、地下矿井、施工隧道、战备仓库、电磁屏蔽室、海洋馆、水族馆、博物馆等。

科技亮点与创新之五:GPS卫星定位本产品安装必须进行GPS卫星定位。

高科技在人类进步史上推波助澜，功不可没！高精度GPS卫星定位使自动跟踪太阳的人造向日葵成为可能。

1、主要工作原理（1）由于太阳自转及地球围绕太阳自公转的运行轨迹，两者的相对位置在一年四季中每天都不同，所形成地球面对太阳光直射的角度每天都在变化。

（2）在地球的不同城市、不同地点，建筑物每一时刻面对太阳的角度及照射投影都不一样。

（3）本“向日葵”产品要对太阳进行自动跟踪，像向日葵紧紧面对太阳一样，才能采集到当时当地最强烈的太阳光，保证本产品聚焦和高度压缩提升太阳光，使光源充足而有力。

因此，本产品内编制了阳光太空行走运行轨道图，并进行计算机程序运算和控制。

（4）产品因安装放置在不同地点，为保证搜索、跟踪太阳运行轨道的计算机系统程序与不同地点“向日葵”产品对太阳运行照射角度的准确对应，必须对所有安装地点的产品进行GPS卫星定位，只有精确确定安装地点的GPS卫星定位码，经过产品编译系统将编码输入产品后，计算机系统才能精确计算出“向日葵”产品每天跟踪太阳的运行数据，控制“向日葵”每天精确跟踪太阳。

2、定位的形式（1）采用GPS卫星专用定位仪定位；（2）采用手机GPS卫星定位系统。

即在安装地用手机向我司技术部打一个电话，由我司技术部通过租用的大型GPS手机卫星定位电脑设备，查出手机发射地点的GPS卫星定位码。

以上两种方式均符合安装定位要求。

3、根据精确的GPS卫星定位码，我司输入产品编译系统，生成安装产品运行密码，密码一经输入产品后，即可在实地安装，方可进行太阳光自动快速跟踪。

4、如果用户因搬迁地点，需要移动本产品，我司或当地经销商可再进行GPS卫星定位，并重新编制密码，由专业人员输入设备后，在新的地点就能继续进行太阳光自动快速跟踪。

5、本产品GPS定位及运行密码输入的控制，为各地的区域特许经销商进行区域销售和管理、防止和限制跨地区串货销售创造了条件。

亮点二：阳光革命，照射效果出众万物生长靠太阳。

太阳孕育了绚丽的自然,带来了四季的变化，哺育了人类文明。

有一种光可以与太阳光相媲美。

它的亮度，它的纯度，它的品格、气质和身份。

它是大地之母，是一切生命的源泉，是最完美最富生命力和创造力的光。

一、又亮又纯，清澈如水阳光的亮度让人惊讶，是任何人造光远远达不到的，其品质独一无二。

本系统采集导入的阳光把纯自然阳光再经过高科技透镜聚焦，压缩提升后通过低损耗光缆任意传输，在出光端亮度最高，可以达到3000—5000勒克斯（亮度单位），而普通家庭灯光只能达到几十勒克斯，设计室、绘图室这样对灯光要求较高得场所也只能达到300勒克斯左右。

您一定能体会昔日煤油灯和蜡烛下的生活和现代豪华灯光下的生活的巨大差别。

可是如今在阳光下的生活跟灯光下的生活相比，差别何止千万倍。

一切来自顶级的“向日葵”牌太阳光。

“向日葵”太阳光采光导入系统导入的阳光显得倍加纯正和透明。

自然界的太阳光清新而淳朴。

太阳光通过透镜集光、筛选和光缆传输，把多余的紫、红外线和有害射线排除，在室内得到的光不但亮度上丝毫没有减弱之感，而且纯度上更进一层。

充满居室犹如水一般宁静清澈，“波光”潋滟挥洒在现代居室的空气里，充满了幸福温馨的难得氛围。

只要室外的太阳正常照射，装有我们的“向日葵”的房子的室内就一片明亮，整个房间里没有一点瑕眦，通透着温馨、迷人、令人欢快和喜爱的节奏。

二、至刚至柔，自然玄妙我们在电灯下看书总觉得灯会闪烁，时间一长就会感到眼睛酸痛，这主要是因为普通灯光都以50－60赫兹的频率闪烁，虽然人眼只能略为感知，但还是会影响视觉。

这些反应通过视觉神经传送到大脑，不断刺激，妨碍视觉的连贯性，会使人感到很不舒服。

一方面无法集中注意力，另一方面情绪也会受到很大影响，变得焦躁不安和心情低落。

同时，视力也会在不知不觉下慢慢下降。

而自然阳光是没有频率的，不闪烁，所以在“向日葵”采集导入的太阳光下看书写字工作和休闲，人的视觉非常舒服，神经可以得到充分放松，接受能力和思考能力也会相应增强，能够事半功倍，达到既减少疲劳又提高工作效率的效果，这是高纯度自然光的突出效应。