日光室内导入系统的关键技术研究

论文摘要

近年来,光伏技术的不断成熟,给太阳能在照明中的应用带来了更加广阔的前景。随着社会经济的发展,日光导入室内进行直接照明也日益受到越来越多的关注,使得照明更科学、更方便、更节省能源。国外对该技术已经有一定的基础,但其设备价格昂贵,应用效率较低,成为进一步市场推广的瓶颈。因此开发具有自主产权的、适合我国国情的日光室内导入系统具有重要的意义。本课题对日光室内导入系统的国内外现有技术进行了较为深入的调研,尤其对欧美、日本等国的技术发展现状,以及目前国内太阳光采集照明的现有技术进行了深入分析,研制了一套日光室内导入系统。该系统实现日光导入室内进行直接照明;同时为了提高日光利用率,稳定日光的波动,还研究设计了一套附加装置,即自动跟踪控制系统。该控制系统沿着太阳转动的方向有规律的转动,寻找光强最大位置,当找到该位置时,控制日光室内导入系统转动到日光直入射方向。日光室内导入系统由聚光装置、滤热装置、导光装置、光的还原装置以及驱动电机五部分构成。采用菲涅耳透镜作为聚光装置,利用驱动电机控制其转动方向及角度;采用滤热片作为滤热装置实现滤热;采用塑料光缆作为导光装置传输光线;光的还原由散光片实现。聚焦光线经过滤热片进行滤热以后,耦合入射到塑料光缆,通过耦合光纤将聚焦的日光传输到室内,在室内,耦合光纤的出射端由散光片散射聚焦光线,还原为自然光,从而实现日光入室直接照明的功能。自动跟踪控制系统的主体是光电信号采集单元,光电信号采集单元置于带有电机的云台顶端,随着云台的转动精确跟踪日光信号,其中由凌阳单片机进行实时数据处理,并分别输出控制信号控制云台电机以及日光室内导入系统的驱动电机,转动到日光直入射方向,提高日光采集效率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 太阳能照明技术介绍
• 1.1.1 太阳能资源
• 1.1.2 太阳能技术的广泛应用
• 1.1.3 太阳能照明的意义
• 1.2 日光入室照明的发展
• 1.2.1 国内外发展概况
• 1.2.2 日光入室照明的研究前景
• 1.3 本课题的主要研究内容
• 第2章 日光室内导入系统的设计及特性分析
• 2.1 日光室内导入系统设计
• 2.1.1 国际技术指标
• 2.1.2 本课题设计的系统的技术指标
• 2.2 日光室内导入系统的特性分析
• 2.2.1 聚光原理
• 2.2.2 滤热片特性
• 2.2.3 塑料光纤
• 2.3 光信号检测
• 2.3.1 光电二极管的工作原理
• 2.3.2 光电二极管的伏安特性
• 2.3.3 光电二极管的光谱特性
• 第3章 日光室内导入系统
• 3.1 系统总体设计
• 3.2 聚光装置的研究应用
• 3.2.1 透镜选择标准
• 3.2.2 菲涅耳透镜设计
• 3.3 滤热装置
• 3.3.1 滤热原理
• 3.3.2 滤热片设计
• 3.4 耦合光纤
• 3.5 光的还原
• 3.6 系统实物图
• 第4章 自动跟踪控制系统
• 4.1 系统硬件设计
• 4.1.1 光电信号采集单元
• 4.1.2 光电耦合隔离系统
• 4.1.3 云台与电机驱动
• 4.2 单片机信号处理模块
• 4.2.1 单片机系统
• 4.2.2 SPCE061A的模数转换器（ADC）
• 4.3 系统软件设计
• 4.3.1 跟踪原理
• 4.3.2 主程序设计
• 4.3.3 光强检测子程序
• 第5章 研究结果及展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究生履历