阳光梦想——太阳光导入器技术揭密

太阳光室内照射技术突破，几十种各用途的照射器配套， 实现了多方位、多功能、多用途，满足用户的不同需求。
从出光效果看，有直接出光型、保护罩型、半散射光型、全 散射光型、聚光型、彩虹艺术效果型等等。直接出光型的阳光 从光缆出来未经任何遮挡和调节，保持纯自然的光谱和色差。 散射光利用高材质扩散片和扩散镜头．把光纤变得更加柔和 和清淡。而聚光型照具则可将一般强度的阳光聚集提升，增加 数倍的强度和亮度。艺术效果型用于教学、装饰等，可以模拟 阳光的雨后彩虹形成。
图１ ＧＰＳ定位追踪
万方数据
图２向日葵式全天候追踪模式 １１
４产品技术原理解剖
图３ 照具安装在天花板上，直接有效进行大面积照射。转动式、落 地移动式等则可根据需要随时调整室内光照的角度、方位、形 式，扩大了有限主机的应用范围，也满足了不同地点、不同受 众的需求。
３国外太阳光导入器市场销售成品机的技 术指标
一魏骥蛾娟鬻ＩｆｌＪ｛ｆｉＩ｜Ｌ挖 图４
图５
万方数据
图６ 提升太阳光，使光源充足而有力。该产Ｉｉ｝；ｆ编制了太阳与地球在 太空行走运行轨道程序．并进行集成模块程序运算。以确保产 品对太阳运行照射角度的准确对应．控制产品每天精确跟踪 太阳（见图１）。
４．２凸透镜聚焦高度压缩提升太阳光 阳光通过凸透镜聚焦可将纸张等燃烧。六镜片聚焦透镜 组：使光量符合人体的医学生理要求，没有任何光伤害。将大 面积的阳光聚焦压缩约１５０００倍，使阳光利用率达到最高值。 聚焦点阳光提升后产生高光照及热量ｊ精确送入定位于透镜 焦点上的光纤入射口，为光纤出１：３端高光输出奠定基础。
光、移动、固定、超长距离照射等功能，满足不同用户需要； 设备体积小重量轻。高在８０ＣＭ之内，直径在６０ＣＭ之内，
重量在１５公斤之内： 方便安装使用，可在商业、家庭、医疗、科学研究、教学、水
产养殖、军事等领域广泛应用。
２太阳光导入技术目前已达到的技术水平 和关键技术突破
光导纤维技术突破．实现了阳光传输３ｋｍ以］ｃＯ．００１％的
科技实现北面建筑阳光梦想
—Leabharlann Baidu太阳光导入器技术揭密
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅａｌｉｚｅｓ ｔｈｅ Ｄｒｅａｍｓ ｏｆＬｉｇｈｔｉｎｇ ｏｆｔｈｅ Ｎｏｒｔｈ－ｆａｃｅｄ Ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ
■戚淑纯１，薛冰洋２，蒋国舅３，施乾彬４，郑彬５
摘要：太阳光导入器正在国外广泛使用，是目前国际 上新推出的集节能、绿色、环保、健康为一体的产品， 它主要采用自动跟踪、透镜集光、光缆传榆自然太阳 光。实现朝北房间、地下室等的阳光直射，完全改变房 屋建设规划设计理念。我国在这一技术领域还是空 白。这一产品在中固生产制造，市场销售前景广阔，本 文为国外谊高科技太阳光能新应用产品的详细技术 解剖和光缆采光行业的现状和前景分析。 关麓词：太阳光；阳光导入；日光浴；自然采光；新能 源；节能
万方数据
表１
透镜数
透镜尺寸 ｍｍ击
接受光面积 ｃｍ２
圆罩直径 ｍｍ击
１２镜
１２
９５
８５１
５２０
注：采用太阳能电池驱动型系列产品，完全不用电，没有费用产生。
高度 ｍｍ
重量 ｋｇ
光缆 根数
８１０
１４
２
全光束 （Ｉｍ）
电源及功率
３８４０
ＡＣ２２０Ｖ／２Ｗ
性能革命和突破。 １．３在太阳光接受方面要达到的技术目标 太阳与地球运行轨道跟踪。保证时刻最大幅度地接受太
衰减，实现了高通光率的能力： 太阳自动跟踪定位系统突破，实现了不同经、纬度地点都
能接受太阳光。确保一天１０小时以上室内太阳光的直接照射： 太阳光光谱分离技术突破，将有害射线排除，实现了引入
清洁、安全、健康、舒适阳光功能： 太阳光聚焦提升技术突破，将阳光聚焦提升１５０００倍，实
现了最大限度地直接利用太阳光．最大限度地防止太阳光能 量衰减：
以国外１２镜型号ＸＤ一５０Ｓ／１２ＡＳ为例，示例如表１。
随着世界微电子集成控制、卫星定位、光学、光导、基础材 料等突破和发展．太阳光导入器历经发达国家５０多年综合研 发．投入了大量科研费用．它的研发成功是科技综合发展的结 果，具有划时代意义。其核心技术有：ＧＰＳ定位、阳光自动跟踪、 凸镜组聚焦提升阳光照度１．５万倍、有害阳光频谱分离器、光纤 导入将阳光传输转弯，可将阳光送达到任何位置。与利用天 窗、镜子反射阳光等采光系统不同，该产品不受房子、窗户的 位置、高度、方位及太阳的照射角度等条件限制，整１９都能够 进行稳定的采光。国外从样机发明到成品机商业使用已达二 十多年，无一故障，运用日趋普及，在各类太阳光采光导入技 术中一枝独秀，效率最好。现将其技术原理归纳如下：
从发达国家目前民用消费市场销售的太阳光导入器技术分析看．一束 太阳光导入相当于５００多瓦电灯的照明亮度，实现了一次性、低成本投入，方 便安装，免修理零成本使用，产品寿命超过７０年。人类梦寐以求阳光进入北 面房、地下室的幻想变成现实。我们近三年来对美、日、英、德联合研发的太 阳光导入技术进行跟踪与研究．现将其技术及其工作原理等综合情况介绍 如下，以期待我国企业在这一领域实现零的突破，跟上国际发展步伐。
１国际太阳光导入科学技术研发目标
１．１在光谱方面要达到的技术目标 国际科技界认为：太阳光为地球生物提供能量。但太阳光也存在对人体 极大的杀伤力，如：紫外线、×、Ｙ、中、ｐ、ｙ、ａ等各类具有放射性、杀伤性的 射线。太阳光导入产品技术目标要达到提取和利用阳光对人类健康有益的 元素．同时完全排除阳光对人类有害的成份： 排除太阳光中对人类有害的光谱成份．引入清洁阳光概念： 控制太阳光导入量，排除阳光高亮度对人产生的光污染，引入安全阳光 概念： 导入太阳光谱中对人类健康有效成份．引入健康阳光概念： 保证太阳光符合人类眼睛直视的要求．完整体现阳光光谱超频率舒适 感．弓Ｊ入舒适阳光概念： 色温、色差保持与阳光光谱一致，引入自然光谱导入概念。 １．２在太阳光能量方面要达到的技术目标 最大限度地直接利用太阳光．最大限度地防止太阳光能量在传输中的 衰减，远距离传送太阳光，确保三公里以上不衰减太阳光能量： 确保一天１０４，时以上室内太阳光的直接照射： 改变太阳光直射原理。人工控制太阳光按人的意志转向，实现光的物理
阳光能： 不同经、纬度的地点都能自动接收、跟踪到太阳光； 在南极、北极两极点都可接受阳光。 １．４在太阳光导入方面要达到的技术目标 设备制造成本低。宜于民用广泛使用，有利于市场推广和
消费： 设备本身不消耗人工能源： 设备能长期接受太阳照射不老化．使用期限要达到７０年
以上，与房产寿命一致，同时免维护，零成本使用： 照射效果与灯光形式接近，是点光源，有隔热、聚焦、散
４．１ ＧＰＳ卫星定位 在地球上不同地点、不同经纬度安装太阳光导入器，遇到 的第一个科技难题是如何解决太阳的精确跟踪定位问题。在 地球上不同经纬度．在同～时刻我们所面对太阳的仰角轨迹 位置是不同的。如都在上午１０：００点，在北半球与在南半球， 人们所见到的太阳方向完全相反。 该产品的安装使用高精度ＧＰＳ卫星定位。在控制系统中输 入经纬度参数编译码．使太阳光导入器像向日葵一样跟着太 阳走。采集到当时当地最强烈阳光．保证聚焦和高度聚能压缩
图７
４．３太阳自动追踪 经ＧＰＳ定位后．该产品通过长 效的太阳光接收传感器．接收阳光 缓慢移动的信号．微调和控制传动 件自动跟踪太阳中心点．采集最强 烈阳光．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（Ｘ、Ｙ轴）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（Ｘ、Ｙ轴）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时能作出快速反应，从而保证一旦有 太阳即刻自动跟踪太阳ｊ导入阳光。夜间本系统会自动停止运 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（见图２）。 ４．４高纯度大直径石英光导纤维 该产品的制造企业采用目前世界最先进的特种配方生 产、光通量大、柔软性强的石英鼬色光纤，外层涂有耐老化、高 反射的合成膜。能最大量的传输阳 光。它是世界上独一无二的特殊光 缆．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。六芯光缆直径不到１ｃｍ，可以自 由地大角度弯曲．其柔韧性让普通 光缆望尘莫及｛见图３）。 与其他用镜子反射、管道传送 阳光等产品的形式相比．该产品在 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 室镧的任何触方、。？这。成果使阳光 只能直射的谚理定理被推翻．实现 了阳光导入媳攀输。 该特殊光缆选光‘性能较好。能 将阳光在传送过程中的损耗降至最 小。目前最远实际使用达１６７ｍ，最
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｓｕｎｌｉｇｈｔ ｇａｔｈｅｒｅｒ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｕｓｉｎｇ ｗｉｄｄｙ ｏｖｅ巧ｅ勰．ｗｈｉｃｈ ｉｓ ａ ｎｅｗｌｙ—ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｐｒｏｄｕｃｔ ｔｈａｔ ｉｎｔｅ— ｇｒａｔｅｓ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ，ｇｒｅｅｎ ｕｓａｇｅ，ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｈｅａｌｔｈ，ｉｔ ｕｓｅｓ ｍａｉｎｌｙ ｔｈｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｔｒａｃｋ— ｉｎｇ，ｌｅｎｓ ｇａｔｈｅｒｉｎｇ ａｎｄ ｏｐｄｃａｌ ｃａｂｌｅ ｔｏ ｔｒａｎｓｍｉｔ ｔｈｅ ｎａｔｕ— ｒａｌ ｓｕｎｌｉｇｈｔ，ｒｅａｌｉｚｅｓ ｔｈｅ ｓｕｎｌｉｇｈｔ ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｎｏｒｔｈ—ｆａｃｅｄ ｒｏｏｍｓ ａｎｄ ｂａｓｅｍｅｎｔｓ，ａｎｄ ｃｈａｎｇｅｓ ｔｈｅ ｈｏｕｓｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｄｏｎ ｐｌａｎｎｉｎｇ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｉｄｅａｓ ｃｏｍ— ｐｌｅｔｅｌｙ．Ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ．ｉｎ ｔｈｉｓ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｕｒ ｃｏｕｎｔｒｙ ｉｓ ｓｔｉｌｌ ａ ｂｌａｎｋ，ｔｈｉｓ ｐｒｏｄｕｃｔ ｉｓ ｂｅｅｎ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ ｉｎ Ｃｈｉ— ｎａ，ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｒｋｅｔ ｓａｌｅ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｉｓ ｐｒｏｍｉｓｉｎｇ．Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｄｅｔａｉｌｅｄ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｉｓ ｎｅｗ ｌｌｉｇｈ—ｔｅｃｈ ｓｏｌａｒ ｅｎｅｒｇｙ ｐｒｏｄｕｃｔ ａｎｄ ｐｒｅｓｅｎｔ ｓｍｔｅ ａｎｄ ｐｒｏｓｐｅｃｔｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｃａｂｌｅ ｎａｔｕｒａｌ ｌｉｇｈｔｉｎｇ ｉｎｄｕｓｔｒｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｕｎｌｉｇｈｔ；ｓｕｎｌｉｇｈｔ ｇａｔｈｅｒｉｎｇ；ｓｕｎｂａｔｈｅ；ｎａｔ— ｕｒａｌ ｌｉｇｈｔｉｎｇ；ｎｅｗ ｅｎｅｒｇｙ；ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ
从照射距离看，有近距离照射、中距离照射、长距离照射 和超长距离照射等。利用多种透镜组合，实现了不同级别距离 照射的可能性并保证阳光品质不受损。无论是短距离还是长 距离照射，都保证导入的阳光达到最完好的效果。
从活动类型看。有固定吸顶式、转动式、牛眼式、花形吊灯 式、手术灯式、落地移动式等数十种类型。大固定直射吸顶型
收稿日期：２００６－８－３１ 中圈分类号：ＴＵｌｌ３．８＋９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１－９１０７（２００６）１０一００１０－０８
作者单位：浙江省五金矿产进出口公司新能源调研组
一魏熊蝤蚋弹ＪｌｆＩｊｌＪ｝ｉ上加
近年来，世界发达国家高度重视新能源、清洁能源、低成本能源的研发， 各国在开发新能源、清洁能源上尤其重视对太阳能的开发和利用。科技、工 商界继太阳能发电、太阳能收集转换等方面突破外．目前美日英德联合主攻 低成本的太阳光安全导入技术．即清洁低成本太阳光能导入运用技术．已成 功地将太阳光导入产品推向民用消费市场。直接将用之不竭的太阳光。去除 光谱中的有害成份，导入室内，已在商业企业（单位）、公共设施、家庭住宅、 医院、学校教学、动植物养殖、南北极科研等方面得到普遍运用。在民用方 面，它完全替代电灯照明，使北面的房子（地下室）也如同朝南的房子一样有 太阳光直接照射。