​科学家们设计了“智能”装置来捕捉日光

   通信小金        

新加坡南洋科技大学的一组研究人员设计了一种“智能”装置来获取日光并将其传送到地下空间,从而减少了利用传统能源照明的需要。


​科学家们设计了“智能”装置来捕捉日光


在新加坡,当局正在研究挖掘更深的地下,为基础设施、储存和公用事业创造新空间的可行性。因此,对24小时地下照明的需求预计在未来会上升.


为了开发一种能够持续满足这一需求的日光采集装置,台大团队从放大镜中汲取灵感,可用于聚焦。日照一分为二。


他们使用了一种现成的丙烯酸球,一种单一的塑料光纤--一种承载着光束从一端到另一端-和计算机芯片辅助马达。


该装置位于地面上,就像放大镜的透镜一样,丙烯酸球充当太阳能聚光器,使平行的阳光光线在其对面形成一个锐利的焦点。然后将聚焦的阳光收集到光缆的一端,并沿其传输到部署在地下的一端。然后,光通过光纤电缆的末端直接发射。


同时,由计算机芯片辅助的小型马达自动调整光纤采集端的位置,以优化太阳在天空中移动时所能接收和传输的太阳光的数量。


这项创新是由电气和电子工程学院的Yoo Seongwoo助理教授和台大光子学研究所的首席研究员Charu Goel博士开发的。太阳能这个月初。


该装置克服了目前太阳能收集技术的几个局限性。在传统的太阳能集中器中,大型弯曲反射镜由重型电动机移动,以使镜片与太阳对齐。这些系统中的部件也暴露在诸如湿度等环境因素中,增加了维护要求。


​科学家们设计了“智能”装置来捕捉日光


然而,NTU装置的设计是为了使用丙烯酸球的圆形,使重型电机系统与太阳保持一致,并使其紧凑。


研究人员设计的原型重10公斤,总高度50厘米。保护丙烯酸球免受环境污染(紫外光研究人员还用聚碳酸酯建造了一个3毫米厚、透明的圆顶状盖。


装置紧凑,可作为灯柱安装


这项研究的第一作者Yoo助理教授表示:“我们的创新包括市面上可用的现成材料,因此在规模上制造起来可能非常容易。由于人口稠密城市的空间限制,我们有意设计了轻巧紧凑的日光采集系统。这将方便我们的设备融入城市环境中现有的基础设施。”


台大研究小组认为,这种装置非常适合安装在地面上的传统灯柱上。这将使这一创新能够以两种方式使用:一种白天收集阳光的装置来照亮地下空间,另一种路灯在夜间用电照亮地面上空。


台大科学家的这项研究是台大智能校园愿景的一个例子,旨在为可持续的未来开发技术先进的解决方案。


“智能”自动定位以获取最大的阳光


当太阳一整天在天空中移动时,聚焦阳光在丙烯酸球内的位置也是如此。为了确保白天最大限度的阳光被收集和传输到光纤电缆上,该系统使用了一种基于计算机芯片的机制来跟踪太阳射线。


设备位置的全球定位系统(Gps)坐标被预先加载到系统中,使其能够确定在任何给定时间最大太阳光应聚焦的位置。然后使用两个小马达自动调整光纤的位置,以一分钟的间隔从聚焦点捕捉和传输阳光。


为了保证设备的自动定位能力,测量光亮度的一对传感器也被放置在光纤电缆的阳光采集端。每当传感器检测到光测量中的不一致时,小马达就会自动启动来调整电缆的位置,直到传感器上的值相同为止。这表明光纤捕捉到了尽可能多的阳光。


在雨天或阴天,当没有足够的阳光收集和输送到地下时,安装在光缆发射端旁边的LED灯泡就会自动亮起。这确保了该装置可以照亮地下空间一整天,不间断。


性能比LED灯泡好


在一个漆黑的储藏室(模拟地下环境)的实验中,台大的研究人员发现,该装置的发光效能--衡量一个光源使用1瓦电能产生可见光的程度--的亮度为230流明/瓦特。


这远远超过了商用LED灯泡的记录,LED灯泡的典型输出量为90流明/瓦特。NTU智能设备的光输出质量也与目前市面上可供商业使用的采光系统相媲美,后者的成本要高得多。


这项研究的第一位作者Charu博士说:“我们的低成本设备的发光效果证明了它非常适合在密集城市的停车场、电梯和地下人行道等低水平照明应用。它也很容易扩展。由于球体透镜的光捕获能力与它的大小成正比,我们可以通过用一个更大或更小的球来代替它,将它定制到期望的输出光功率。”


专注于照明设计的新加坡技术公司总经理迈克尔·加(Michael Chia)说:“我们很荣幸能与台大一起进行这次创新之旅。尽管我们拥有商业和应用知识,但从技术角度来看,NTU的深度技术已经把项目的执行提升到了一个超出我们预期的水平。”


展望未来,这家照明公司正在探索如何将智能手机整合在一起。装置或将其相关概念纳入其工业项目,以提高效率和可持续性。



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