專利名稱：跟蹤太陽式采光裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及跟蹤太陽式采光裝置，更具體地說，涉及一種其上安裝了太陽能電池板用于給驅動反光裝置的電源充電的上述型式采光裝置。
背景技術：
采光裝置適合與天窗內孔一起用，上述天窗內孔具有一個在建筑物屋頂中的開口并延伸到天花板中，用于使太陽光進入不能利用太陽光的建筑物內部。裝置具有一個反光裝置，該反光裝置設置在天窗內孔上端處；用于穿過該內孔將太陽光反射到建筑物內部。
跟蹤太陽式采光裝置是已知的(例如，如在美國專利No.5,999,323中所公開的)，上述采光裝置包括直接朝向太陽的反光裝置，并制成可跟蹤太陽旋轉，以便達到提高采光效率，因為太陽在方向上隨時間而變化。
在跟蹤太陽式采光裝置情況下，用一個電動機作為驅動源使反光裝置旋轉。電動機如此控制，以便在從日出到日落白晝時數(shù)中反光裝置由此跟蹤太陽旋轉，并在日落之后還旋轉并朝向第二天日出位置，以完成一圈旋轉。
可用于電動機的電源裝置包括一種可由太陽能電池再充電的市售電源和蓄電池，因而市售電源要求內部布線并且安裝不方便。因此可用太陽能電池再充電的電源裝置是理想的。
然而，常規(guī)采光裝置缺點是太陽能電池板依賴于太陽位置，不總是完全暴露于太陽光之下，以致顯示發(fā)電效率下降，因為必需導電連接到電動機上的太陽能電池板固定到電動機固定于其上的安裝框架上。因此，必需采用增加尺寸的太陽能電池板以補充發(fā)電不足。
在日出或日落處或在冬季，太陽處在低地平緯度，因此太陽光以一個低角度入射在采光裝置上。這時，太陽光幾乎完全從更靠近太陽的反光裝置前邊反射，結果讓光只有一部分進入天窗內孔。
在反光裝置下設置許多構件，其中包括安裝桿，托架和電動機。因而，從反光裝置反射出的太陽光被這些構件擋住，不能有效地到達天窗內孔并帶來低采光效率的問題。
采光裝置具有一個角度檢測裝置如電位器用于檢測反光裝置的旋轉角度。角度檢測裝置必需根據(jù)角度精確地安裝在適當位置。然而，因為天窗內孔的方位與建筑物面臨的方向不同，所以慣常做法是首先使反光裝置和電位器朝與天窗內孔相同的方向定向和此后安裝裝置。結果，在安裝之后難以調節(jié)方位。
本發(fā)明的目的是提供一種跟蹤太陽式采光裝置，其中太陽能電池安裝在與跟蹤太陽的反光裝置相同的支承件上，以便由此在不將裝置制得尺寸更大和更復雜的情況下達到增加發(fā)電效率。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種跟蹤太陽式采光裝置，該采光裝置適合于當太陽處于低地平緯度下時在日出或日落或在冬季采集到足夠量的光。
本發(fā)明還有另一個目的是提供一種跟蹤太陽式采光裝置，其中在安裝時可以將用于檢測反光裝置角度的裝置調節(jié)到與天窗內孔的方位一致。
發(fā)明的公開本發(fā)明提供一種跟蹤太陽式采光裝置，該采光裝置包括一個用透光材料制成的穹頂20；反光裝置30，該反光裝置30旋轉式支承在穹頂20內部用于反射太陽光；驅動裝置60，該驅動裝置60耦合到反光裝置30上，用于通過旋轉使反光裝置30朝太陽方向定向；可充電的電源裝置43，該電源裝置43導電連接到驅動裝置60上用于向驅動裝置60供電；和一個太陽能電池板40，該太陽能電池板40導電式連接到電源裝置43上用于給電源裝置43充電，其中太陽能電池板40設置在穹頂20內，以便可與反光裝置30一起旋轉。因為太陽能電池板40與跟蹤太陽運動的反光裝置一起旋轉，所以太陽能電池板40能用一增加的效率暴露于太陽光下，以便達到較高的發(fā)電效率。太陽能電池板40不需要驅動裝置用于控制方位，并因此可以結構緊湊和制得重量輕。因為太陽能電池板40設置在穹頂20內，所以可以省去保證面板40防水的裝置。
優(yōu)選的是，驅動裝置60具有一空心旋轉軸66，和用于使太陽能電池板40和電源裝置43導電連接的導線46貫穿旋轉軸66，反光裝置30連接到旋轉軸66的一端上。太陽能電池板40通過貫穿旋轉軸66的導線46導電連接到電源裝置43上。因而導線46未必變得例如被反光裝置30卡住，這種情況使反光裝置30可在沒有任何干擾下旋轉。封閉在旋轉軸66中的導線46不會由于暴露于太陽光下而品質惡化。
優(yōu)選的是，驅動裝置60設置在穹頂20的頂部處，并且反光裝置30用驅動裝置60的旋轉軸66懸掛和支承。在反光裝置30懸掛支承情況下，用于旋轉反光裝置30所需的驅動轉矩可以減小。這減少了驅動裝置60的功耗，有助于使電源裝置43和太陽能電池板40變得緊湊和重量輕。
優(yōu)選的是，驅動裝置60旋轉反光裝置30，以便在晝光時數(shù)中使反光裝置30朝太陽方向定向，并在日落之后使反光裝置30反向旋轉以使反光裝置30移動到第二天日出的位置。
代替使反光裝置30一天旋轉一圈，反光裝置30在日落之后反向旋轉并移動到第二天日出位置，這避免了將太陽能電池板40導電連接到電源裝置43上的導線扭曲的可能性。
優(yōu)選的是，按照本發(fā)明所述跟蹤太陽式采光裝置10包括一個外殼50a，該外殼50a固定式設置在穹頂20內部，并在其中安裝了驅動裝置60和電源裝置43，驅動裝置60和電源裝置43制成可在外殼50a內一起旋轉，以便構成一控制單元51，反光裝置30和太陽能電池板40耦合到控制單元51上并可與控制單元51一起旋轉。驅動裝置60和電源裝置43制成可一起旋轉作為控制單元，并且控制單元51和太陽能電池板40制成可在一起旋轉。這省去了在可旋轉組件和固定組件之間提供導線。因此，即使反光裝置30在同一方向上旋轉一圈以上，電導線也未必變成被纏住。在反光裝置30已從日出旋轉到日落跟蹤太陽之后反光裝置30移動到第二天日出的位置情況下，測量從日落位置到第二天日出位置的旋轉角。然后可以將反光裝置30朝旋轉的角度更小的方向移動。這保證與晝光時數(shù)一致合理操作，以便實現(xiàn)功耗減少，還使裝置適用于在高地平緯度地區(qū)具有午夜太陽的夜晚。
反光裝置30包括多個以預定間距安裝的反光面板31，32，33，同時相鄰的面板彼此面對面地對置，并且朝向并更靠近太陽設置的反光面板31具有一個設置在比朝后的反光面板32，33下端更高標高處的下端。前面更靠近太陽的反光面板31的下端設置在比后面反光面板32，33更高的標高處。當太陽光以小角度進入時，這種配置不僅使太陽光在反射時從前面面板31進入天窗內孔90，而且還讓一部分太陽光直接進入天窗內孔90。這種配置消除了光將只在一個位置處不均勻地進入內孔90的可能，同時保證當太陽處于低地平緯度時在日出或日落或在冬季時一個令人滿意的采光效率。
優(yōu)選的是，前面的反光面板31具有一個位于比后面反光面板32，33的上端更低標高處的上端。更靠近太陽的前面反光面板31位于比后面反光面板32，33更低的標高處，以便當太陽以小角度進入時，太陽光不僅落在前面板31上，而且也落在后面板32，33上。結果，可以有足夠的太陽光量進入天窗內孔，以便當太陽處于一低地平緯度時，即使是在日出或日落時或是在冬季也得到令人滿意的采光效率。
優(yōu)選的是，反光面板31，32，33安裝成相對于一個水平面傾斜，并且前面反光面板31具有比后面反光面板32，33更小的斜角θ。因為更靠近太陽的前面反光面板31比后面反光面板32，33更斜，所以小角度進入的部分太陽光可以在一接近直角的角度下反射，以便將大量光引入天窗內孔。
本發(fā)明還提供一種跟蹤太陽式采光裝置，該采光裝置包括一個用透光材料制的穹頂20，設置在穹頂20頂部處的驅動裝置60，及用驅動裝置60懸掛并支承用于反射太陽光的反光裝置30，反光裝置30可用驅動裝置60旋轉，以便定向朝向太陽方向，其中驅動裝置60具有一個旋轉軸66，該旋轉軸66可用一電動機62旋轉，并且當反光裝置30懸掛于旋轉軸66下端時支承反光裝置30，旋轉軸66在其上部處裝備一個電路板70，該電路板70可調節(jié)角度并可固定在垂直于旋轉軸66軸線的一個平面內，電路板70在接近其中央部分處裝備可與旋轉軸66上端接合的角度檢測裝置72。角度檢測裝置72設置在電路板70上，該電路板70角度可調并可固定在一個水平面內(亦即在一垂直于反光裝置旋轉軸的平面內)，以便裝置10安裝好了之后，將安裝電路板70的角度調成與形成天窗內孔的角度一致，用于細調角度檢測裝置72。由于這個原因，在安裝采光裝置10之前，不必精確地進行角度調節(jié)。因為角度檢測裝置72可通過旋轉電路板70細調，所以檢測裝置72可以精確定向，因而可以得到提高的太陽光采光效率。
優(yōu)選的是，角度檢測裝置72通過一個聯(lián)軸節(jié)80連接到旋轉軸66上，上述聯(lián)軸節(jié)80可在垂直于旋轉軸66軸線的方向上滑動。當旋轉電路板70用于角度調節(jié)時，即使角度檢測裝置72的軸線和旋轉軸66的軸線稍微不成一直線，檢測裝置也可以因此耦合到旋轉軸66上，以保證角度檢測。
附圖簡介

圖1是本發(fā)明跟蹤太陽式采光裝置的透視圖。
圖2是沿著圖1中線段X-X所作的剖視圖并示出當太陽處于低地平緯度時采光的裝置。
圖3是本發(fā)明采光裝置的平面圖。
圖4是示出如何組裝穹頂和控制箱的示意圖。
圖5是反光裝置和控制箱的透視圖。
圖6是沿著圖1線段X-X所作的剖視圖并示出當太陽處于高地平緯度時采光的裝置。
圖7是被圖5中圓A包圍的部分放大透視圖。
圖8是設置在控制箱中的驅動裝置，電路板等的部件分解透視圖。
圖9是控制箱當安裝在穹頂上時的剖視圖。
圖10是一個聯(lián)軸節(jié)的透視圖。
圖11是控制箱另一個實施例的剖視圖。
實施本發(fā)明的最佳方式圖1-3示出一種跟蹤太陽式采光裝置10。盡管下面要說明的采光裝置屬于這種類型，即裝置具有由其懸掛下來的反光裝置30，但本發(fā)明不限于這種類型，因而當然可應用于具有支承在裝置下部的反光裝置的靜止型采光裝置。
為了更好地理解，把朝向太陽S的方向叫做“前”，而把相反的一邊叫做“后”，如圖2和3所示。
跟蹤太陽式采光裝置10安裝在天窗內孔90的上端處，上述天窗內孔90從建筑物屋頂穿過其天花板延伸，如在圖2中所見。
天窗內孔90在其上端處具有一個在建筑物屋頂部分形成的開口。內孔90一般取方形形狀，測得每邊長度約為120cm，并且朝一個方向定向，該方向隨建筑物或房間的尺寸，結構，建筑物或房間面臨的方向，所需的光量等條件而變。
限定天窗內孔90的內墻92具有一鏡式表面，以便把由裝置10所反射的光有效地引入內部空間。設置在內孔10下端處(在內部天花板側處)的是一個透明的內部漫射板(未示出)，用于將所采集的光漫射到內部空間中。
參見圖1-3，跟蹤太陽的采光裝置10包括一個穹頂20、一個反光裝置30和一個控制箱50，該穹頂20安裝在天窗內孔90上端上并用透明材料制成，反光裝置30設置在穹頂內并由穹頂懸掛支承，而上述控制箱50用于使反光裝置旋轉以使裝置跟蹤太陽。這些部件將在下面詳細說明。
<穹頂20>
如圖1-4所示，穹頂20是一種透明或半透明的蓋，用于保護反光裝置30免受風，雨，灰塵等的傷害并防止這些進入內部。穹頂20可以例如用具有厚度為約3-約5mm的一種丙烯酸樹脂板，聚碳酸酯樹脂板或類似物制造，或是通過加工硬質玻璃，硬質塑料或類似物制造。圖示的穹頂用丙烯酸樹脂制備，并具有一個一般是半球形的中央部分和一個周邊的邊緣部分，該周邊的邊緣部分是與天窗內孔90形狀一致的方形。穹頂20不限于半球形，而可以是各種形狀如方形或矩形形狀和錐形或尖塔形狀的其中任一種形狀，并且當需要時可以用框架增強。
在穹頂20頂部中央形成的是一個安裝孔22，用于將控制箱50固定到穹頂上，如圖4所示。穹頂20具有若干螺孔22a，這些螺孔22a圍繞安裝孔22等距離間隔開，供用螺釘緊固控制箱50時使用。
<反光裝置30>
反光裝置30包括多個反光面板31，32，33，這些反光面板31，32，33固定到支承框架34上，并設置在穹頂20內部及由穹頂20懸掛支承。
如圖2和5所示，支承框架34取朝前(朝太陽S)向下傾斜的桿件形式并具有一個吊鉤35，該吊鉤35從桿件中部稍向后的一部分向上伸出。支承框架34裝備有三塊反光面板31，32，33。
每個反光面板31，32，33都是一塊用于反射太陽輻射的鏡子，并例如通過將一種具有鏡面的樹脂膜粘貼到重量輕的苯乙烯樹脂板上制備，上述鏡面由真空蒸發(fā)鋁形成。反光面板31，32，33安裝成由支承框架的前端，中部和后端支承，同時它們的面板表面彼此相對。理想情況是，各面板除了最后的面板33之外不僅在前表面上而且在后表面上都進行鏡面加工，以便即使當從朝后面板反射的光射到朝前面板的后表面上時，也能引入采光內孔90中。
為了達到即使在太陽處于低地平緯度時也有高的采光效率，理想情況是將反光面板31，32，33制成不同尺寸并以不同角度固定，如在圖5中所看到的。
更具體地說參見圖2，3，5，前面的反光面板31在高度和寬度上都比其它面板小，而中間反光面板32在寬度上大于后面的面板33，不過高度小于該面板33。
如圖2和5所示，反光面板31，32，33當從前面向后安裝時它們的下端位于逐漸降低的高度處。按照所示的實施例，穿過各面板31，32，33下端的一條幻線與水平成一16.7°的角度α。相反，固定到支承框架34上的各面板31，32，33的上端設置在朝前較低的標高處。穿過面板31，32，33下端的幻線角度α優(yōu)選的是在10°α20°范圍內。
因為反光面板31，32，33具有改變的高度，所以當從前曝光于太陽光之下時被朝前面板遮擋的朝后面板的面積減小。因此各面板31，32，33可以制成小尺寸并具有較高的效率。中間反光面板32可以具有與半球形穹頂20直徑一致的增加的寬度。
由于各反光面板31，32，33的上端和下端的標高如上所述被限定，所以朝后面板被朝前面板遮擋的面積可以減小，并且當太陽處于如圖2所示的低地平緯度時，可以將太陽光直接引入天窗內孔90。
各面板31，32，33具有各自的傾斜角θ1，θ2，θ3，這些傾斜角從后面板到前面板減小。因此理想情況是，各面板如此固定以便朝前傾斜(θ1＜θ2＜θ3)。在所示實施例中，這些如按從前向后的順序所示的角度θ1，θ2，θ3分別為55°，65°，70°。
固定反光面板31，32，33的角度如上述角度確定，以便大量太陽光可以特別通過前面板31向下反射，達到在太陽處于日出和日落的低地平緯度時有高的采光效率。當在夏天太陽處于高地平緯度時，太陽光L被面板31，32，33擋住(如在圖6中B處)，以便減少太陽光進入天窗內孔的量，如圖6所示，因此限制了過多的光進入內部。
另外如圖5和7所示，支承框架34設置一塊太陽能電池板40用于給電源裝置43充電，該電源裝置43用于給旋轉反光裝置30和控制裝置74的驅動裝置60供電。太陽能電池支承框架42從吊鉤35朝前延伸，并將面朝上傾斜的太陽能電池板40固定到框架42的前端上。框架42可供選擇地可以固定到待在下面說明的旋轉軸66上。
太陽能電池板40固定到它的框架42上，以便可與反光裝置30的支承框架34一起旋轉，并因此適合于用反光裝置30跟蹤太陽并在晝光時數(shù)中用高效率發(fā)電。
如圖7所示，太陽能電池板40已將導線46連接于其上，上述導線46貫穿驅動裝置60的旋轉軸66并導電連接到電源裝置43上。
<控制箱50>
如圖2，4和9中所示，控制箱50裝配在穹頂20頂部的安裝孔22中，同時支承吊起反光裝置30的支承框架34，如圖5和7中所見。
控制箱50包括一個外殼50a，外殼50a中安裝圖8和9示出的驅動裝置60，電路板70，電源裝置43等。
外殼50a包括一個取圓筒形狀的殼體52，該殼體52具有一個底，和一個如圖9中所看到的罩56。
殼體52在其上端中設置若干螺紋內孔52a，這些螺孔等距離間隔開供固定后面所述的電路板70時用。殼體52的上端是外螺紋，并在螺紋部分下面具有一個凸緣54。各螺孔54a在凸緣54中形成，與圍繞安裝孔22在穹頂20中形成的螺孔22a成對置的關系。
罩56是內螺紋用于與殼體52螺紋接合并具有一個外邊緣，該外邊緣向外延伸好象蓋住凸緣54，閉合殼體52的上面開口。
提供驅動裝置60的齒輪箱64設置在殼體52內部。
電動機62通過齒輪箱64用減速齒輪機構(未示出)耦合到旋轉軸66上。
軸66是空心的，而導線46貫穿其中用于將太陽能電池板40導電連接到電源裝置43上。導線46的一端從設置在軸66上端處的聯(lián)軸節(jié)80(在后面說明)的側壁向外延伸并連接到電源裝置43上。導線46的另一端從軸66中其下端附近形成的導線出口66a中引出，并連接到太陽能電池板40上。導線從軸66的內部貫穿，因此不暴露于太陽光下并可以防止品質惡化。
旋轉軸66在其下端處裝備一個與軸66軸線垂直的吊銷68。吊銷68用其與從反光裝置30的支承框架34伸出的吊鉤35接合，用于支承吊著的反光裝置30。
電路板70一般取圓盤形狀，并在其中央的底表面上具有角度檢測裝置72。電路板70還在其上安裝了控制驅動裝置60等所需的控制裝置74。
電路板70還裝備電源裝置43，該電源裝置43可充電，用于向驅動裝置60，控制裝置74等供給電力。如圖8所示，一個蓄電池44和電容器45用作按照本實施例所述的電源裝置43。蓄電池44用作控制裝置74的電源，而電容器用作電動機62的電源。電源裝置43可以只由蓄電池44和電容器45的其中之一組成。蓄電池44可以用作電動機62的電源，和電容器45可以用作控制裝置74的電源。適合用作電容器45的是例如一種大容量電容器(超級電容器)。
按照所示的實施例，蓄電池44裝配在在電路板70外周邊上所形成的切口76中，而電容器45固定到電路板70的下表面上。
用于夾持電路板70的一個環(huán)形電路板支架78固定到電路板70上。以等距離間隔開排列的圓弧形槽78a在支架78中形成。
例如，阻值隨旋轉角而變的電位器可用作設置在電路板70上的角度檢測裝置72。如圖8-10所示，角度檢測裝置72通過聯(lián)軸節(jié)80連接到旋轉軸66上，并且檢測結果傳送到控制裝置74。
如圖10所示，聯(lián)軸節(jié)80包括一個固定到旋轉軸66上端的接受件82，和一個可在垂直于軸66的方向(圖中箭頭所指方向)上滑動的接合件84。接合件84固定到角度檢測裝置72上。
接收件82具有一個槽82a，貫穿軸66的導線46穿過該槽82a側向引出。
裝配在如上所述電路板70的切口76中的蓄電池44導電連接到控制裝置74上，以便向控制裝置74供電，通過導線46導電連接到太陽能電池板40上并在晝光時數(shù)中充電。
電容器45導電連接到電動機62上以便向電動機62供電，用導線46連接到太陽能電池板40上并在晝光時數(shù)中充電。
<裝配采光裝置10>
跟蹤太陽的采光裝置10的各部件的裝配這樣進行，亦即將穹頂20，反光裝置30和控制箱50安裝到建筑物的屋脊上，并且能在屋脊處進一步裝配。下列步驟的其中某些或全部步驟可以在地面上完成。
<安裝裝置10的準備步驟>
當用聯(lián)軸節(jié)80將固定在控制箱50的電路板70上的角度檢測裝置72連接到旋轉軸66上時，在螺釘利用槽78a和螺孔52a情況下將電路板支架78臨時夾持到殼體52上，以便可以朝旋轉方向調節(jié)相對于殼體52的位置。罩56保持在不完全閉合或保持取下的狀態(tài)。
將一個環(huán)形防水密封件26事先圍繞安裝孔22粘合到穹頂20的頂壁上。
反光裝置30事先在地面上裝配好。
<控制箱50安裝在穹頂20上的步驟>
首先，將殼體52插入穹頂20的安裝孔22中，并通過旋轉定位在適當位置，以便將角度檢測裝置72定向在基本上所希望的方向上。用螺釘，用夾在其間的密封件26和用配套在適當位置的螺紋內孔22a和螺孔54a將凸緣54緊固到穹頂20上。這時，可以用粘合劑或類似物來保證改善了的防水效果。
通過上述程序將控制箱50安裝在穹頂20上。
<固定反光裝置30的步驟>
用吊銷68將反光裝置30的吊鉤35接合在從控制箱50向下伸出的旋轉軸66上。在這種狀態(tài)下將導線46連接到太陽能電池板40上。
<在屋頂內孔部分90上安裝穹頂20的步驟>
圍繞天窗內孔90的上端開口將穹頂20安裝在屋頂部分上。通過粘合或用螺釘緊固將穹頂20圍繞天窗內孔固定到屋頂部分上，同時用合適的橡膠墊圈或防水密封件設置在穹頂20和有內孔的屋頂部分90之間的接合處以保證水密性。
<角度檢測裝置72的調整>
由于電路板70是臨時央持到殼體52上，所以在這種狀態(tài)下使電路板70相對于殼體52旋轉，以便使角度檢測裝置72朝規(guī)定的方向定向。這時，反光裝置30和旋轉軸66可以朝任何方向定向。
除非角度檢測裝置72的軸線與旋轉軸66的軸線對準，電路板70將難以旋轉，然而角度檢測裝置72通過按照本發(fā)明所述聯(lián)軸節(jié)80連接到軸66上。因此電路板70即使連接包括某種對不準時也可旋轉。
在調好了角度檢測裝置72的取向之后，通過擰緊所涉及的螺釘將電路板70緊固到殼體52上。
<數(shù)據(jù)輸入>
在電路板70已經(jīng)緊固在適當位置后，用一外部輸入單元將一些數(shù)據(jù)如安裝位置的地平緯度和經(jīng)度，日期，時間等輸入控制裝置74中。
<固定罩56>
在輸入數(shù)據(jù)之后，將罩56裝配到殼體52上并用螺釘將殼體52固定，因而采光裝置10全部裝配和安裝完畢。
<操作說明>
控制裝置74根據(jù)輸入數(shù)據(jù)和角度檢測裝置72檢測的反光裝置30的方位，按照跟蹤太陽式采光裝置10的安裝位置驅動驅動裝置60。
更具體地說，通過旋轉反光裝置30并使反光裝置30在從日出至日落日光時數(shù)中跟蹤太陽，將太陽光引入內部。不在日光時數(shù)中連續(xù)驅動電動機62，電動機可以按預定時間間隔例如10分鐘的間隔驅動僅幾秒鐘，以便間歇式使反光裝置30旋轉。
在晝光時數(shù)中，將太陽能電池板40曝露在太陽光下用于發(fā)電和給電源裝置43充電。因為將太陽能電池板40連接到電源裝置43上的導線46貫穿旋轉軸66，所以這時反光裝置30可沒有干擾地旋轉。
當太陽是在冬季或在日出或日落的低地平緯度時，太陽光L如圖2所示在低角度下照射采光裝置10。因為一條幻線貫穿反光裝置30的反光面板31，32，33的下端，并且當朝向太陽(朝前方)時成一個角度α傾斜，所以一部分太陽光直接進入天窗內孔90而不落在反光面板上，因為面板31成一角度θ1傾斜，所以落在前面板31上的這部分太陽光由其近似垂直地向下反射進天窗內孔90中。結果，達到一種改善了的采光效率，同時能提供足夠的光量到建筑物內部。
當太陽處于高地平緯度處，亦即在白天，尤其是在夏季白天時間時，太陽光L幾乎從采光裝置10上方照射采光裝置10，如圖6所見到的。如果在這種情況下有效地采集到光，則過量的光將穿過天窗內孔90進入內部。在反光面板31，32，33以按照本發(fā)明所述的各自角度θ安裝時，太陽光L將被面板31，32，33擋住(如圖6中β處所示)，這樣防止過量的光進入內部。
在日落之后，電動機62將被反方向驅動，以使反光裝置30旋轉到第二天的日出位置。然后重復與上述相同的程序。反向旋轉將不使導線46扭曲。在用電容器45作為電動機62電源裝置43的情況下，理想情況是在日落之后立即或是日落之后盡快反向旋轉電動機，以便抑制由于自放電而使電容減少。即使在反向旋轉之后電容器62放電，在第二天日出之后太陽能電池板40就暴露于太陽光之下，以便給電容器充電用于向電動機62供電。
控制箱的另一個實施例圖11示出控制箱50的另一個實施例。
圖11所示的控制箱50包括一個圓筒形外殼50a和一個控制單元51，上述外殼50a圍繞其中安裝孔22安裝在穹頂20的頂部，而控制單元51旋轉式設置在外殼50a的內部。
外殼50a包括一個殼體52和一個罩56，上述殼體52取具有一個底部的圓筒形式，而罩56用于閉合殼體52的上面開口。
殼體52具有一個上端部分和一個凸緣54，上述上端部分外部帶螺紋并適合于與罩56螺紋接合，而凸緣54從其帶螺紋部分下面的一部分向外伸出。螺孔54a在凸緣54中形成，這些螺孔54a與圍繞安裝孔22在穹頂20中形成的螺紋內孔22a成對置的關系。凸緣54用螺釘緊固到穹頂20上，同時在它們之間插入一個密封件26。殼體52在其內周邊其中一部分處裝備一個內齒輪67a，該內齒輪67a與后面待說明的控制單元51的齒輪67嚙合。殼體52還具有一個在其底壁中央部分處形成的腔體?？刂茊卧?1的旋轉軸66穿過一個軸內孔52b寬松式插入，上述軸內孔52b貫穿腔體中央部分的底壁。一個旋轉式支承軸66的軸承53裝配在腔體中。
罩56內部帶螺紋用于與殼體52螺紋接合，并具有一個向外延伸的外邊緣好象蓋住凸緣54來閉合外殼52的上面開口。罩56在內部裝備有一個在其中央部分的腔體。安裝在腔體中的是一個軸承57用于旋轉式支承控制單元51的旋轉軸66。
圖11所示的控制單元51安裝在殼體52中。
控制單元51包括驅動裝置60，電源裝置43和用于執(zhí)行采光裝置10所有控制操作的控制裝置74。這些裝置安裝在一個機殼51a內部，該機殼51a取具有底部的圓筒體形狀。
旋轉軸66是空心的，垂直貫穿機殼51a其中央部分。軸66由設置在外殼52上的軸承53，57旋轉式支承。軸66具有一個從外殼52的軸內孔52b向下延伸的下面部分并設置在其具有一水平吊銷68的下端處，該吊銷68用于支承懸掛著的反光裝置30。軸66還在它的上端和下端附近裝備有各自的孔66b，66a，這些孔66b，66a與軸的空心部分連通。用于使太陽能電池板40和后面待說明的電源裝置43互連的導線46貫穿這些軸孔。
如圖11所示，設置在外殼51a內部的是驅動裝置60，該驅動裝置60包括一個電動機62，具有一減速齒輪機構的齒輪箱64和耦聯(lián)到齒輪機構上的齒輪67。齒輪67設置成從機殼51a底壁向下伸出并與殼體52上的內齒輪67a嚙合。
另外設置在機殼51a中的是用于采光裝置10的電源裝置43。按照本實施例，電源裝置43包括一個電容器45和一個蓄電池44，上述電容器45具有一大的容量并用作驅動裝置60的電源，而上述蓄電池44用作控制裝置74的電源。電源43導電連接到后面待說明的太陽能電池板40上并被該電池板40充電。
提供控制裝置74用于控制采光裝置10的電路板70設置在機殼51a的上端處。電路板70上安裝一個中央處理單元(CPU)，各種電路，存儲器等，并具有導電連接于其上的上述驅動裝置60和電源裝置43，及后面待說明的角度檢測裝置72。
設置在旋轉軸66上端處的是裝置72，該裝置72用于檢測控制單元51的旋轉角以使反光裝置30跟蹤太陽。用一個電位器作為按照圖示實施例所述的角度檢測裝置72，檢測軸66相對于罩56的旋轉角。用于檢測裝置的電導線46a貫穿軸66的上端和然后穿過軸66的空心部分，并從軸66上面的孔66b引出和連接到電路板70上。
所述采光裝置10在可旋轉組件和固定組件之間沒有導線，因此所有導線都可與機殼51a一起旋轉。因此裝置10的反光裝置30可以朝同一方向旋轉一圈以上。反光裝置30當然可以通過反向驅動電動機62反向旋轉。
在反光裝置30已跟蹤太陽從日出到日落旋轉之后，反光裝置待移動到第二天日出位置情況下，測量反光裝置30在日落時的方位和第二天日出的方位之間角度，并使反光裝置30朝運動距離較短的方向上移動。這保證功耗減少，也使該裝置經(jīng)濟地適用于在高地平緯度地區(qū)處具有午夜太陽的夜晚。
各實施例已對本發(fā)明的說明在上面作了介紹，并且不打算限制如所附權利要求中所述的發(fā)明或減少本發(fā)明的范圍。在權利要求所限定的技術范圍內可對本發(fā)明的裝置作各種修改。
例如，反光面板的數(shù)量，形狀，構造，安裝的角度等不限于實施例所述的那些。盡管反光裝置30在懸掛于按照上述實施例所述的穹頂20頂部時被支承，但反光裝置也可以安裝成支承在一安裝部分上。
工業(yè)應用本發(fā)明的跟蹤太陽式采光裝置當安裝在用于跟蹤太陽的反光裝置上時具有一個太陽能電池。這保證了在不使裝置尺寸更大和更復雜的情況下提高了發(fā)電效率的太陽能電池。
本發(fā)明的裝置還保證當太陽在日出或日落的低地平緯度下或是在冬季時也令人滿意的采光。
另外按照本發(fā)明，用于檢測反光裝置角度的裝置在安裝裝置時可調節(jié)成與天窗內孔的方位一致。
權利要求
1.跟蹤太陽式采光裝置，包括一個用透光材料制造的穹頂(20)，可旋轉支承在穹頂(20)內用于反射太陽光的反光裝置(30)，耦合到反光裝置(30)上的驅動裝置(60)，該驅動裝置(60)用于通過旋轉使反光裝置(30)定向朝向太陽方向，可充電的電源裝置(43)，該電源裝置(43)導電連接到驅動裝置(60)上用于向驅動裝置(60)供電，及一個太陽能電池板(40)，該太陽能電池板(40)導電連接到電源裝置(43)上用于給電源裝置(43)充電，采光裝置的特征在于太陽能電池板(40)設置在穹頂(20)內部以便可隨著反光裝置(30)一起旋轉。
2.按照權利要求1所述的跟蹤太陽式采光裝置，其中驅動裝置(60)包括一個空心的旋轉軸(66)，而用于將太陽能電池板(40)導電連接到電源裝置(43)上的導線(46)貫穿旋轉軸(66)，反光裝置(30)連接到旋轉軸(66)的其中一端上。
3.按照權利要求2所述的跟蹤太陽式采光裝置，其中驅動裝置(60)設置在穹頂(20)的頂部處，而反光裝置(30)通過驅動裝置(60)的旋轉軸(66)懸掛和支承。
4.按照權利要求1或2或3其中之一所述的跟蹤太陽式采光裝置，其中驅動裝置(60)使反光裝置(30)旋轉，以使反光裝置(30)朝太陽在晝光時數(shù)中的方向取向，和在日落之后反向旋轉反光裝置，以使反光裝置(30)移動到第二天的日出位置。
5.按照權利要求1所述的跟蹤太陽式采光裝置，包括一個外殼(50a)，該外殼(50a)固定式設置在穹頂(20)內并在其中安裝驅動裝置(60)和電源裝置(43)，驅動裝置(60)和電源裝置(43)制成可一起在外殼(50a)內旋轉以便構成控制單元(51)，反光裝置(43)和太陽能電池板(40)耦合到控制單元(51)上并與控制單元(51)一起旋轉。
6.按照權利要求5所述的跟蹤太陽式采光裝置，其中外殼(50a)裝備有在其內周邊上形成的一個內齒輪(67a)，驅動裝置(60)具有一與內齒輪(67a)嚙合的齒輪(67)，通過用驅動裝置(60)旋轉齒輪(67)，控制單元(51)可與反光裝置(30)和太陽能電池板(40)一起旋轉。
7.按照權利要求5或6所述的跟蹤太陽式采光裝置，其中外殼(50a)設置在穹頂(20)的頂部處，反光裝置(30)由控制單元(51)懸掛和支承。
8.按照權利要求1所述的跟蹤太陽式采光裝置，其中反光裝置(30)包括多個以預定間隔安裝的反光面板(31)，(32)，(33)，同時相鄰的面板面對面彼此相對，并且朝前和更接近太陽設置的反光面板(31)具有一個位于比朝后的反光面板(32)，(33)的下端更高標高的下端。
9.按照權利要求8所述的跟蹤太陽式采光裝置，其中前面的反光面板(31)具有一個位于比后面的反光面板(32)，(33)上端更低標高處的上端。
10.按照權利要求8或9所述的跟蹤太陽式采光系統(tǒng)，其中反光面板(31)，(32)，(33)安裝成相對于水平面傾斜，并且前面的反光面板(31)具有比后面反光面板(32)，(33)小的斜角θ。
11.按照權利要求8或9或10所述的跟蹤太陽式采光裝置，其中驅動裝置(60)設置在穹頂(20)的頂部處，并且反光裝置(30)由驅動裝置(60)的旋轉軸(66)懸掛和支承。
12.按照權利要求1所述的跟蹤太陽式采光裝置，其中驅動裝置(60)可用一電動機(62)旋轉并具有一個旋轉軸(66)，當用旋轉軸(66)的下端懸掛反光裝置(30)時支承該反光裝置(30)，旋轉軸(66)在其上部處裝備有一個電路板(70)，電路板(70)可調節(jié)角度和可固定在垂直于旋轉軸(66)軸線的一個平面內，電路板(70)在接近其中央部分處裝備角度檢測裝置(72)，該角度檢測裝置(72)可與旋轉軸(66)的上端接合。
13.按照權利要求12所述的跟蹤太陽式采光裝置，其中角度檢測裝置(72)通過一個聯(lián)軸節(jié)(80)連接到旋轉軸(66)上，該聯(lián)軸節(jié)(80)可沿垂直于旋轉軸(66)軸線的方向滑動。
14.按照權利要求12或13所述的跟蹤太陽式采光裝置，其中角度檢測裝置是一個電位器。
15.按照權利要求12或13或14所述的跟蹤太陽式采光裝置，包括一個控制箱(50)用于在該箱中安裝驅動裝置(60)和電路板(70)，電路板(70)和控制箱(50)的其中之一具有若干圍繞旋轉軸(66)定心的圓弧形槽(78a)，電路板(70)和控制箱(50)可用這些槽(78a)調節(jié)角度并固定。
16.跟蹤太陽式采光裝置，包括一個用透光材料制造的穹頂(20)，可旋轉式支承在穹頂(20)內用于反射太陽光的反光裝置(30)，及耦合到反光裝置(30)上的驅動裝置(60)，該驅動裝置(60)用于通過旋轉使反光裝置(30)定向朝向太陽方向，采光裝置的特征在于反光裝置(30)包括多個以預定間隔安裝的反光面板(31)，(32)(33)，同時各相鄰面板彼此面對面對置，設置在前面并更靠近太陽的反光面板(31)具有一位于比朝后的反光面板(32)，(33)下端更高標高處的下端。
17.按照權利要求16所述跟蹤太陽式采光裝置，其中前面反光面板(31)具有一位于比后面反光面板(32)，(33)上端更低標高處的上端。
18.按照權利要求16或17所述跟蹤太陽式采光裝置，其中反光面板(31)，(32)，(33)安裝成相對于一水平面傾斜，并且前面的反光面板(31)具有比后面的反光面板(32)，(33)更小的斜角θ。
19.按照權利要求16或17或18所述的跟蹤太陽式采光裝置，其中驅動裝置(60)設置在穹頂(20)的頂部處，并且反光裝置(3)由驅動裝置(60)的旋轉軸(66)懸掛和支承。
20.跟蹤太陽式采光裝置，包括一個用透光材料制造的穹頂(20)，設置在穹頂(20)頂部處的驅動裝置(60)，及反光裝置(30)，該反光裝置(30)由驅動裝置(60)懸掛和支承用于反射太陽光，反光裝置(30)可通過驅動裝置(60)旋轉，以便定向朝向太陽方向，采光裝置的特征在于驅動裝置(60)具有一個旋轉軸(66)，該旋轉軸(66)可通過一電動機(62)旋轉，并且當反光裝置(30)懸掛在旋轉軸(66)下端時，旋轉軸(66)支承反光裝置(30)，旋轉軸(66)在其上部處裝備一個電路板(70)，該電路板(70)可調節(jié)角度并可固定在一垂直于旋轉軸(66)軸線的平面內，電路板(70)在接近其中央處裝備一個可與旋轉軸(66)上端接合的角度檢測裝置(72)。
21.按照權利要求20所述的跟蹤太陽式采光裝置，其中角度檢測裝置(72)通過一個聯(lián)軸節(jié)(80)連接到旋轉軸(66)上，上述聯(lián)軸節(jié)(80)可沿垂直于旋轉軸(66)軸線的方向滑動。
22.按照權利要求20或21所述的跟蹤太陽式采光裝置，其中角度檢測裝置(72)是一個電位器。
23.按照權利要求20或21或22所述的跟蹤太陽式采光裝置，包括一個用于在其中安裝驅動裝置(60)和電路板(70)的控制箱(50)，電路板(70)和控制箱(50)的其中之一具有若干圍繞旋轉軸(66)定心的圓弧形槽(78a)，電路板(70)和控制箱(50)可通過這些槽(78a)調節(jié)角度并固定。
全文摘要
本發(fā)明提供一種跟蹤太陽式采光裝置，該采光裝置當安裝在用于跟蹤太陽的反光裝置上時具有一個太陽能電池。這種配置使本發(fā)明的太陽能電池在不使裝置尺寸更大和更復雜的情況下具有提高了的發(fā)電效率。裝置包括一個用透光材料制造的穹頂(20)；反光裝置(30)，該反光裝置(30)用穹頂(20)覆蓋并旋轉式支承在穹頂(20)內；驅動裝置(60)，該驅動裝置(60)耦合到反光裝置(30)上用于旋轉反光裝置(30)，以使該裝置(30)定向朝向太陽方向；可充電的電源裝置(43)，該電源裝置(43)導電連接到驅動裝置(60)上用于向驅動裝置(60)供電；和太陽能電池板(40)，該太陽能電池板(40)導電連接到電源裝置(43)上用于給電源裝置(43)充電。太陽能電池板(40)設置在穹頂(20)內以便可與反光裝置(30)一起旋轉。
文檔編號E04D13/03GK1474905SQ01819102
公開日2004年2月11日 申請日期2001年9月20日 優(yōu)先權日2000年9月20日
發(fā)明者青木英明, 田口賢治, 治 申請人:三洋電機株式會社