城市中高樓層不可避免的會(huì)出現(xiàn)背陽面的建筑空間。長(zhǎng)期在這樣的空間內(nèi)辦公生活，人們的身心健康會(huì)受到極大的損害。因此，急需研制一種新型智能光導(dǎo)溫控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)背陽面建筑環(huán)境以及地下空間環(huán)境的智能化、自動(dòng)化改善，保證室內(nèi)人員始終處于最舒適的環(huán)境中。

一、研究對(duì)象和方法

 運(yùn)用文獻(xiàn)資料法、實(shí)驗(yàn)法、專家訪談法，數(shù)據(jù)分析法等方法對(duì)本文進(jìn)行了研究對(duì)追光導(dǎo)光儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行研究

二、結(jié)果與分析

（一）智能追光導(dǎo)光儲(chǔ)能系統(tǒng)的功能需求分析

系統(tǒng)主要包括光導(dǎo)追蹤模塊、傳輸模塊、光伏儲(chǔ)能模塊以及智能溫控模塊。綜合考慮各模塊的功能，進(jìn)行系統(tǒng)需求功能分析如下:1.能夠檢測(cè)太陽光照的強(qiáng)弱，自動(dòng)追蹤太陽，并使菲涅爾透鏡始終與太陽處于最佳照射角。2.能夠?qū)崿F(xiàn)太陽光的聚集，并且能將聚集的太陽光穩(wěn)定傳輸至室內(nèi)，要求系統(tǒng)能有聚光和傳輸?shù)奶匦?/span>。3.能夠?qū)㈥柟庵杏泻Φ墓饩€分離出來，過濾有害光，使光照達(dá)到相對(duì)柔和健康的狀態(tài)，要求系統(tǒng)能有區(qū)分光譜的能力。

（二）智能追光導(dǎo)光儲(chǔ)能系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路

根據(jù)系統(tǒng)的功能需求，將系統(tǒng)分為光導(dǎo)追蹤傳輸裝置、光伏追蹤儲(chǔ)能裝置以及智能溫控裝置三部分：1.光導(dǎo)追蹤傳輸裝置包括太陽光追蹤裝置、太陽光導(dǎo)入裝置、有害陽光頻譜的分離裝置、放射裝置。2.光伏追蹤儲(chǔ)能裝置包括太陽能電池組件、蓄電池、控制器和逆變器，可通過將太陽能轉(zhuǎn)換為電能, 用于光伏發(fā)電系統(tǒng)中的蓄電。3.智能溫控裝置主要包括溫度傳感器、單片機(jī)控制器、溫控器。工作電源來自光伏追蹤儲(chǔ)能裝置。

（三）智能追光導(dǎo)光儲(chǔ)能系統(tǒng)的具體技術(shù)路線

1.光導(dǎo)追蹤傳輸裝置 

1.太陽光追蹤裝置：該裝置通過四個(gè)光敏電阻模塊獲得四個(gè)光照強(qiáng)度信息，并將數(shù)據(jù)輸入到單片機(jī), 單片機(jī)通過計(jì)算后, 獲得輸出信號(hào)并對(duì)舵機(jī)發(fā)送指令，控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),從而使雙軸云臺(tái)實(shí)時(shí)跟蹤太陽, 使安裝在云臺(tái)上的菲涅爾透鏡或采光裝置對(duì)準(zhǔn)太陽, 聚焦陽光。太陽光導(dǎo)入裝置：光線經(jīng)過菲涅爾透鏡之后能匯聚到一點(diǎn)上。采用菲涅爾透鏡, 因?yàn)樗哂袃?yōu)良的光學(xué)特性, 聚光效果好, 能提高單位面積上的光通量。2.有害陽光頻譜分離裝置：通過光纖入口精確定位使透鏡對(duì)不同波長(zhǎng)的光焦距不同的原理, 將自然界中具有放射性的射線進(jìn)行分離, 同時(shí)保留一定的紅外輻增熱和1/2160的紫外線。經(jīng)過過濾的光線和光纖入口處需要高精度對(duì)焦, 以濾除紫外線和紅外線。3.散射裝置：散射裝置采用LED透鏡,通過調(diào)整LED透鏡和光導(dǎo)纖維出口之間的距離，可以將收集到的太陽光均勻地散射到室內(nèi)空間。

2. 光伏追蹤儲(chǔ)能裝置

由于地球白夜交替和陰雨特殊變化, 如果系統(tǒng)進(jìn)入夜間或陰天照明, 它必須有一個(gè)儲(chǔ)能裝置來存儲(chǔ)電能，即通過太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)換為電能,利用太陽能充電控制器將電能儲(chǔ)存到光伏發(fā)電儲(chǔ)能系統(tǒng)中的蓄電池組里。1.太陽能電池組件：太陽能電池組件是通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。它由多個(gè)光伏電池單元通過串并聯(lián)的方式組合起來, 是所有太陽能電源的主要組成部分，它轉(zhuǎn)化的電能儲(chǔ)存于蓄電池組中用來給整個(gè)系統(tǒng)供能。2.太陽能充電控制器：太陽能充電控制器的作用就是控制太陽能電池組件產(chǎn)生的電能儲(chǔ)存到蓄電池里,它對(duì)于蓄電池的工作以及壽命有著重要的作用。3.蓄電池組：將光伏電池組件轉(zhuǎn)化的電能以化學(xué)能的形式儲(chǔ)存起來，在需要電能的時(shí)候，通過化學(xué)能釋放電能。能夠適應(yīng)家用環(huán)境的頻繁充放電情況，具有良好的循環(huán)用電性能，擁有較長(zhǎng)的循環(huán)壽命，維護(hù)簡(jiǎn)單，對(duì)高溫不敏感，低溫條件下能夠正常充放電，能量的利用率高。4.逆變器：逆變器是將蓄電池提供的直流電轉(zhuǎn)化為家用交流電的裝置。日常生活中的設(shè)備大部分采用的是220V、50HZ的交流電，而光伏發(fā)電技術(shù)產(chǎn)生的電流為直流電, 因此該系統(tǒng)中加入了逆變器。逆變器具備一定的帶載能力、保護(hù)能力以及絕緣能力。對(duì)待不同的工作環(huán)境, 逆變器還有一定的適應(yīng)能力,從而保證太陽能光伏電源供電的穩(wěn)定性。

3.智能溫控裝置

1.智能溫度控制器：選用stc-1000數(shù)顯微電腦溫度控制器。該裝置工作電源來自光伏追蹤儲(chǔ)能系統(tǒng)，stc-1000數(shù)顯微電腦溫度控制器可以檢測(cè)室內(nèi)溫度，經(jīng)過與用戶預(yù)設(shè)的溫度范圍比對(duì)后輸出控制參數(shù)，驅(qū)動(dòng)U12PTC加熱裝置或12706半導(dǎo)體制冷裝置來將溫度控制在預(yù)設(shè)的合理范圍之內(nèi)。2.蓄電池組：該裝置即為4.2.3所述的蓄電池組。3.PTC陶瓷加熱片：選用U12PTC陶瓷加熱片。工作電源來自光伏追蹤儲(chǔ)能系統(tǒng)，智能溫度控制器檢測(cè)室內(nèi)溫度并與用戶預(yù)設(shè)的溫度作對(duì)比，如果室內(nèi)溫度低于用戶預(yù)設(shè)溫度時(shí)，智能溫度控制器驅(qū)動(dòng)U12PTC陶瓷加熱裝置。從而將溫度控制在用戶預(yù)設(shè)的合理范圍之內(nèi)。4.半導(dǎo)體制冷裝置：選用半導(dǎo)體制冷裝置。工作電源同樣來自于光伏追蹤儲(chǔ)能裝置。智能溫度控制器檢測(cè)室內(nèi)溫度并與用戶預(yù)設(shè)的溫度作對(duì)比，如果室內(nèi)溫高于用戶預(yù)設(shè)溫度時(shí)，智能溫度控制器驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體制冷裝置。從而將溫度控制在用戶預(yù)設(shè)的合理范圍之內(nèi)。

4.補(bǔ)光燈和遠(yuǎn)程控制裝置

當(dāng)系統(tǒng)處于夜間或陰雨天氣、光照強(qiáng)度無法滿足正常的使用需求時(shí)，用戶可以自行打開補(bǔ)光燈補(bǔ)光。遠(yuǎn)程控制裝置及裝置效率計(jì)算：采用YS-WK4A遠(yuǎn)程控制繼電器模塊，用戶可以使用移動(dòng)終端遠(yuǎn)程控制以上裝置的啟停。采用遠(yuǎn)程控制的方式，可以進(jìn)一步節(jié)省能源，減少能源的過度使用，提高設(shè)備的人機(jī)關(guān)系。假設(shè)一年內(nèi)晴天數(shù)為300天，每天有效光照時(shí)間為8小時(shí)。平均每平方米每年接受太陽能量為1700kwh，平均每天接受能量WP為4.7kwh。每平方米光伏板平均發(fā)電功率為120w。每平方米光伏板平均每天發(fā)電量WF為1.4kwh。一個(gè)單位的光導(dǎo)裝置有效導(dǎo)光面積S1是 2.26平方米；一個(gè)單位的光伏追蹤儲(chǔ)能裝置發(fā)電面積S2為4平方米。  

5.模擬實(shí)驗(yàn)分析

為了驗(yàn)證智能家居追光導(dǎo)光儲(chǔ)能系統(tǒng)的合理性和可行性，我在農(nóng)村老家選取了背陽面建筑空間作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。在此空間頂部安裝光導(dǎo)追蹤傳輸裝置、光伏追蹤儲(chǔ)能裝置以及智能溫控裝置等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，采集6個(gè)光照度和溫度變化值，并利用MATLAB繪制成數(shù)據(jù)曲線，

背陽面建筑空間在系統(tǒng)工作之前光照度為79Lux，溫度為3攝氏度，而室內(nèi)最佳光照度為300到500Lux，這里取400Lux為標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到光照度不足時(shí)，光伏追蹤儲(chǔ)能系統(tǒng)工作，為光導(dǎo)系統(tǒng)提供工作電壓，光導(dǎo)系統(tǒng)開始工作，使光照度迅速上升最后穩(wěn)定在400Lux范圍左右波動(dòng)。同理，室內(nèi)最佳溫度為25攝氏度，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到溫度不足時(shí)，光伏追蹤儲(chǔ)能系統(tǒng)工作，為溫控系統(tǒng)提供工作電壓，溫控器開始工作，使溫度迅速上升最后穩(wěn)定在25攝氏度。由此表明: 基于太陽追蹤技術(shù)的智能光導(dǎo)儲(chǔ)能溫控系統(tǒng)可以在短時(shí)間內(nèi)調(diào)控背陽面建筑空間的溫度以及光照度指標(biāo)，保證室內(nèi)總是處于最佳環(huán)境參數(shù)下。

三、結(jié)語

  本研究設(shè)計(jì)了基于太陽追蹤技術(shù)的智能光導(dǎo)儲(chǔ)能溫控系統(tǒng)，簡(jiǎn)要概述了系統(tǒng)的方案原理，結(jié)合系統(tǒng)功能需求，完成了智能光導(dǎo)溫控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路，并做出了相應(yīng)實(shí)物模型。

文章來源：  《產(chǎn)品可靠性報(bào)告》  http://m.k2057.cn/w/kj/32519.html