基于一次反射原理的隧道用太陽光直接照明系統技術方案

本發明專利技術公開了基于一次反射原理的隧道用太陽光直接照明系統，用于隧道照明，該太陽光直接照明系統包括反射鏡面、鏡面陣列支架、旋轉軸、系統支架和基底；所述系統支架固定于基底上，基底內設置有太陽光跟蹤系統，所述太陽光跟蹤系統計算太陽高度角及太陽光的入射角和反射角方向，該太陽高度角、太陽光的入射角與反射角方向使得反射鏡面反射的太陽光均可投射進入目標區域，實現目標區域的照明。本發明專利技術直接用一次反射技術將太陽光投射進入隧道，既可避免由于多次反射造成的太陽光衰減過大，亦可避免采用目前采用石英光纖進行長距離傳輸太陽光導致的高成本問題，并且該照明方式可以將太陽光照明整個隧道空間，實現一種洞內照明與洞外照明的自然過渡。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及隧道照明領域，具體地講，涉及一種基于一次反射原理的隧道用太陽光直接照明系統。
技術介紹
在國家節能減排方針的推動下，為減少日益增長的公路隧道照明能耗，太陽光直接照明技術已逐漸引入隧道照明。目前，在太陽光直接照明技術上主要存在兩類技術：即光導管技術和太陽光光纖照明技術。其中光導管技術是通過太陽光在導光管內以多次反射的方式將太陽光傳輸至需照明的區域，系統具有結構簡單、成本較低的優點，同時，為提高太陽光的利用率，亦出現了采光端帶有跟蹤系統的光導管系統。但由于太陽光在導光管中衰減較快，調研目前最新技術，每15英尺(4.57米)導光管中太陽光損失系數為78.5％，因此該系統只適用于傳輸距離不大的地下空間，如地下車庫等。盡管太陽光光纖照明技術可以采用低損耗的石英光纖進行太陽光的傳輸，可以實現將太陽光以低衰減率傳至數百米的距離，但目前國內外所采用的太陽光光纖照明系統普遍存在太陽光耦合效率較低而導致的太陽光利用率低的技術瓶頸問題，并且要將太陽光傳至較遠的距離必須采用大孔徑的石英光纖，而目前大孔徑的石英光纖的價格居高不下，導致了太陽光光纖照明技術難以進行大范圍的推廣。這就意味著要將太陽光光導管技術和太陽光光纖照明技術用于隧道照明均存在一定的局限性。
技術實現思路
鑒于此，本專利技術的目的是提供一種基于一次反射原理的隧道用太陽光直接照明系統，本專利技術的目的是通過以下技術方案實現的，一種基于一次反射原理的太陽光直接照明系統，用于隧道照明，該太陽光直接照明系統包括反射鏡面、鏡面陣列支架、旋轉軸、系統支架和基底；反射鏡面以面陣形式固定于鏡面陣列支架，鏡面陣列支架通過旋轉軸可旋轉的與系統支架連接，所述系統支架固定于基底上，基底內設置有太陽光跟蹤系統，所述太陽光跟蹤系統計算太陽高度角及太陽光的入射角和反射角方向，該太陽高度角、太陽光的入射角與反射角方向使得反射鏡面反射的太陽光均可投射進入目標區域，實現目標區域的照明。進一步，所述反射鏡為凹面鏡。進一步，所述反射鏡面的面積S為：式中，W和L分別表示隧道路面寬度和照射區域長度，Eave表示照射區域所需路面平均照度，η表示太陽光反射系統的光能利用率，Es⊥表示當地的太陽光垂直照度。進一步，反射鏡面的半徑r、鏡面厚度d、鏡面的曲率ρ以及鏡面距隧道洞口之間的距離L之間的關系為：并且滿足由于采用了以下技術方案，本專利技術具以下優點：1、該專利技術提出的太陽光反射照明系統實現了一次反射即可照明的技術，避免了目前太陽光直接照明技術中存在的由于多次反射而造成的太陽光能衰減嚴重，傳輸距離不大的弊端，實現了太陽光能的最大利用率。2、凹面結構的反射鏡面可以保證反射鏡以會聚形式射向隧道口，以避開隧道洞口大貨車對光線的遮擋后再以發散的形式照射隧道空間，從原理上解決太陽光反射進入隧道洞口大貨車對光線的遮擋問題。3、該專利技術提出的凹面鏡陣列可根據隧道洞口朝向及照明需求進行面陣的排列結構，保證由每個反射鏡面反射的太陽光均以會聚形式射向隧道口的不同位置，在隧道洞內形成一種基于無影照明原理的太陽光直接照明方式。附圖說明為了使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本專利技術作進一步的詳細描述，其中：圖1為本專利技術的結構簡圖；圖2為本專利技術另一視角的結構簡圖；圖3為太陽光直接照明系統反射鏡面尺寸原理圖；圖4為基于一次反射的太陽光直接照明隧道原理圖；圖5為太陽光直接照明隧道效果圖。具體實施方式以下將結合附圖，對本專利技術的優選實施例進行詳細的描述；應當理解，優選實施例僅為了說明本專利技術，而不是為了限制本專利技術的保護范圍。如圖1、2所示，一種基于一次反射原理的隧道用太陽光直接照明系統，用于隧道照明，該太陽光直接照明系統包括反射鏡面1、鏡面陣列支架2、旋轉軸3、系統支架4和基底5；反射鏡面1以面陣形式固定于鏡面陣列支架2，鏡面陣列支架2通過旋轉軸3可旋轉的與系統支架4連接，所述系統支架固定于基底上，基底內設置有太陽光跟蹤系統，所述太陽光跟蹤系統計算太陽高度角及太陽光的入射角和反射角方向，該太陽高度角、太陽光的入射角與反射角方向使得反射鏡面反射的太陽光均可投射進入目標區域，實現目標區域的照明。在采用該系統進行隧道照明中，所需的系統規模可用反射鏡面的總面積S來表示，即式中，W和L分別表示隧道路面寬度和照射區域長度，Eave表示照射區域所需路面平均照度，η表示太陽光反射系統的光能利用率，Es⊥表示當地的太陽光垂直照度。在反射鏡面的尺寸確定的前提下，該反射系統的規模即反射鏡面的數量即可確定，該規模的反射鏡陣列投射的太陽光可以實現需照射隧道區域的照明要求。反射鏡面的幾何尺寸與其距隧道口的安裝距離有關。為保證最大的太陽光利用率，并保證反射光要避開隧道洞口大貨車對反射光的遮擋，反射鏡面的半徑r、鏡面厚度d、鏡面的曲率ρ以及鏡面距隧道洞口之間的距離L之間的關系為：并且滿足在滿足上述關系的情況下，由該系統反射在太陽光均可以按指定方向投射進入隧道，并在隧道內按預先設計位置以一定的出射角度照射隧道空間，從而實現太陽光在隧道內的照明。本專利技術的一種能提高太陽光利用率的太陽光直接照明系統，將太陽光通過一次反射技術投射進入隧道內需照明區域，實現太陽光的最大利用率。而且本專利技術的這種太陽光直接照明系統可以通過不同位置的反光鏡將太陽光以先會聚后發散的光線走向將太陽光會聚于隧道洞口特定位置，可實現避免隧道洞口大貨車對太陽光的遮擋，實現無照明盲區的太陽光直接照明。以上所述僅為本專利技術的優選實施例，并不用于限制本專利技術，顯然，本領域的技術人員可以對本專利技術進行各種改動和變型而不脫離本專利技術的精神和范圍。這樣，倘若本專利技術的這些修改和變型屬于本專利技術權利要求及其等同技術的范圍之內，則本專利技術也意圖包含這些改動和變型在內。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于一次反射原理的隧道用太陽光直接照明系統，其特征在于：用于隧道照明，該太陽光直接照明系統包括反射鏡面(1)、鏡面陣列支架(2)、旋轉軸(3)、系統支架(4)和基底(5)；反射鏡面(1)以面陣形式固定于鏡面陣列支架(2)，鏡面陣列支架(2)通過旋轉軸(3)可旋轉的與系統支架(4)連接，所述系統支架固定于基底上，基底內設置有太陽光跟蹤系統，所述太陽光跟蹤系統計算太陽高度角及太陽光的入射角和反射角方向，該太陽高度角、太陽光的入射角與反射角方向使得反射鏡面反射的太陽光均可投射進入目標區域，實現目標區域的照明。

【技術特征摘要】
1.一種基于一次反射原理的隧道用太陽光直接照明系統，其特征在于：用于隧道照明，該太陽光直接照明系統包括反射鏡面(1)、鏡面陣列支架(2)、旋轉軸(3)、系統支架(4)和基底(5)；反射鏡面(1)以面陣形式固定于鏡面陣列支架(2)，鏡面陣列支架(2)通過旋轉軸(3)可旋轉的與系統支架(4)連接，所述系統支架固定于基底上，基底內設置有太陽光跟蹤系統，所述太陽光跟蹤系統計算太陽高度角及太陽光的入射角和反射角方向，該太陽高度角、太陽光的入射角與反射角方向使得反射鏡面反射的太陽光均可投射進入目標區域，實現目標區域的照明。2....

【專利技術屬性】
技術研發人員：史玲娜，涂耘，劉相華，王小軍，李遠哲，
申請(專利權)人：招商局重慶交通科研設計院有限公司，
類型：發明
國別省市：重慶;50