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内容提示：• 15 •ELECTRONICS WORLD ・ 探索与观察全球能源危机的背景下，光导照明技术所带来的清洁节能照明广受青睐。其主要组成部分有太阳能聚光器、太阳光自动追踪装置、传光光纤、漫射装置等。照明光源为自然太阳光，光导照明有着绿色节能、健康安全、低成本易维护等优点。同时光导照明又有着一些固有不足，限制了其在不同场景的应用推广，可通过智能调光对光导照明的部分不足进行优化。光导照明技术应用场景广泛，且随着技术的发展，其应用范围进一步拓宽。本文最后对技术现遇到的发展瓶颈进行原因分析，并结合当下智能化时代特征对未来应用取得突破指出合理化的解决方...
15 ELECTRONICS WORLD ・ 探索与观察全球能源危机的背景下，光导照明技术所带来的清洁节能照明广受青睐。其主要组成部分有太阳能聚光器、太阳光自动追踪装置、传光光纤、漫射装置等。照明光源为自然太阳光，光导照明有着绿色节能、健康安全、低成本易维护等优点。同时光导照明又有着一些固有不足，限制了其在不同场景的应用推广，可通过智能调光对光导照明的部分不足进行优化。光导照明技术应用场景广泛，且随着技术的发展，其应用范围进一步拓宽。本文最后对技术现遇到的发展瓶颈进行原因分析，并结合当下智能化时代特征对未来应用取得突破指出合理化的解决方向。随着化石能源的逐渐枯竭，全球能源危机日趋严重，绿色能源逐渐登上能源舞台，其中太阳能作为取之不尽、用之不竭的庞大能源得到重视。如何充分利用太阳能成为社会日益关注的问题。据国际能源署统计，全球照明消耗电力约占总发电量的20%以上，而常用的光伏发电技术能量转化效率低下，正作为普通太阳能能源利用的瓶颈，阻碍着太阳能能源产业的发展。然而在照明领域，白天利用太阳光照明本就为一种照明方式。因照明消耗大量能源和为充分利用太阳光，光导照明技术应运而生。它利用导光管或导光纤维直接将室外聚光器收集的太阳光传输到白天需要光照的地方，其中利用光导照明技术进行能量传输的过程中不涉及不同形式能量间的转换，因而能量传输效率较高。此外，这种照明方式极大的保留了太阳光的原始自然属性，相比于普通人造光源更有助于人体健康。光导照明技术是一种绿色新型照明技术，整体装置分为采光区、导光区、漫射区三部分，通过采光区高效采集太阳光导入系统内重新分配，再经过导光区传输至漫射区将太阳光高效匀和的散射到任意需要光线照明的场地，提供基本光亮的同时，带来的太阳光的特殊照明效果。采用光导照明技术利用太阳光进行照明是一种绿色节能、健康安全的照明方式，对应对能源危机，推动太阳能利用等方面具有重大意义，成为当下环保意识逐步提升下，人们关注的焦点之一。然而，光导照明技术在我国起步较晚，部分技术落后制约着国内的发展，且限于外界光照强度较强的情况下照明，较为局限，虽有着众多的优势，但仍尚未大规模进入市场。1 光导照明主要构成部分1.1 太阳能聚光器太阳能聚光器为采光区的一部分，按形状可分为：半球型采光罩、钻石型采光罩、平板型采光罩，分别适用于不同使用场景。半球型采PG电子平台光罩自洁功能较强，适用于灰尘较多的区域，但其采集低角度的太阳光的能力较差；钻石型采光罩对低角度的太阳光采光效果较好，但自洁功能较球面型更差，通过弧度设计可增加其自洁功能，因此使用效果较好；平面型采光罩适用于地上需要提供通行的特殊地下场地的采光，不占用地面空间，因此不影响地面的交通。按聚光原理可分为：反射式、透射式和混合式聚光器。反射式聚光器易于实现对太阳位置的高精度追踪，但其光学效率易受镜面沉积的粉尘等外界因素影响，且高性能的反射式聚光器需要大量占地面积，不利于推广应用；透射式聚光器以菲涅尔透镜为主要光学元件，对追踪精度要求较低，但透镜本身易对太阳光光学特性产生影响，影响照明质量；混合式聚光器在聚光光强分布方面有着巨大改进，混合式的结构使其产生许多优化特性，但现有混合式聚光器的技术尚未成熟，太阳能利用效率较低，仍需进一步的优化。太阳能聚光器将外界大面积的太阳光聚集在光纤端点上，聚光器作为整个光导照明技术的第一道关卡，设计出产品的聚光能力的高低直接决定了太阳能的利用率，进而影响了整个照明系统的性能的好坏。1.2 太阳光自动追踪装置太阳光自动追踪装置为采光区的一部分，实时自动追踪太阳方位，保证聚光器最大面向太阳，进行高效的垂直采光。追踪装置按追踪轴的数目可分为单轴追踪方式和双轴追踪方式两种，单轴追踪结构简单、易于控制，但若采用单轴结构，聚光器一天之中只有很短的时间与太阳入射光线保持垂直状态，因此装置跟踪精度低，导致太阳能的收集效率较低；双轴追踪方式较单轴追踪而言，结构更加复杂，但相较而言能够实现高精度追踪，因此采用该追踪方式，对太阳光的采集有着更高的效率。根据太阳光追踪方法大致可以分为三类：视日运动轨迹追踪方式、光电式追踪方式与混合追踪方式。因为太阳位置变化的周期性，其在不同地区的运动轨迹都是可预测的，视日运动轨迹追踪方式根据太阳位置变化规律计算出所在地区太阳在不同时间的轨迹位置，由此调整聚光器旋转角度。光电式追踪方式利用遮光原理，采集太阳光线在装置不同位置安装的光电传感器产生的电压或电流偏差信号，通过偏差信号获得聚光器与太阳的相对位置，进行旋转调整，实现追踪太阳，该方式具有良好的容错性，结构简单，追踪灵敏性较高。混合式追踪方式将开环主动式追踪和闭环被动式追踪两种追踪方式的优点融为一体，克服了两种追踪方式存在的缺点，实现太阳位置实时追踪的良好效果，但该融合增加了追踪控制硬件的设计复杂度，增加了光导照明的成本。太阳光自动追踪装置的实时追踪精度和装置运行的稳定性是影响采光效率和太阳能利用效率的关键因素。光导照明技术及应用研究安徽理工大学电气与信息工程学院 付晓奇太原理工大学信息与计算机学院 孙炳源安徽理工大学化学工程学院 李海生 王向阳i.dzsj.2020.17.006
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