照亮黑暗,地下空间:科学家设计“智能”设备以收获日光

智能设备收获日光

“智能”设备收获日光。信誉:NTU新加坡

设备可用于在白天亮起暗,地下空间。

新加坡南洋科技大学团队(NTU新加坡)研究人员设计了一个“智能”的设备,以收获日光并将其继电到地下空间,减少了借鉴传统能源进行照明的必要性。

在新加坡,当局正在研究挖掘地下深入的可行性,以创造新的基础设施,存储和公用事业空间。因此,预计将来会增加圆形地下照明的需求。

开发一个可以可持续满足这种需求的日光收集装置,NTU团队从放大镜中吸引了灵感,可用于将阳光聚焦到一个点。

丙烯酸球太阳能聚光器

设备的丙烯酸球(右)作为太阳能聚光器,使阳光形成一个尖锐的焦点。聚焦的阳光随后被收集到光纤电缆的一端(左侧),并通过另一端直接发射出来。信誉:NTU新加坡

它们使用了一个搁板的丙烯酸球,单个塑料光纤 - 一种电缆,带有一端的光束到另一端 - 和计算机芯片辅助电动机。

该装置坐在地上,就像放大镜的镜头一样,丙烯酸球充当太阳能聚光器,使平行的阳光射线能够在其相对侧形成尖锐的焦点。然后将聚焦的阳光收集到纤维电缆的一端并沿其运输到地下部署的末端。然后直接通过光纤电缆的端部发出光。

同时,小电机 - 通过计算机芯片辅助 - 自动调节光纤收集端的位置,以优化在太阳穿过天空时可以接收和运输的阳光量。


聪明的想法:日光现在可以带来地下,感谢NTU新加坡科学家,他们建立了一个“智能”设备来收获日光点亮地下空间。与放大镜一样,形状的装置类似于晶体球将阳光聚焦到纤维电缆的末端在纤维电缆的末端收集到另一个端部,然后在发射光的地下展开的另一端。这减少了需要点击传统的照明能源。信誉:NTU新加坡

由助理教授yoo Seongwoo从电气电子工程学院,南部的光子学院的主要研究员和Charu Goel博士,该创新在同行评审科学期刊上报道了这一创新太阳能本月初。

该装置克服了目前太阳能收集技术的几个限制。在传统的太阳能聚光器中,大型曲面镜子由重型马达移动,使反射镜对准太阳。这些系统中的组件也暴露在湿度等环境因素下,增加了维护要求。

然而,NTU器件旨在使用丙烯酸球的圆形形状,以重型电动机的系统与太阳保持一致,并使其紧凑。

由研究人员设计的原型重量为10千克,总高度为50厘米。为了保护丙烯酸球免受环境条件(紫外线,灰尘等),研究人员还使用聚碳酸酯制造了3毫米厚的透明圆顶形盖。

设备足够紧凑,以安装为灯柱

雅斯特教授yoo,该研究的主要作者表示,“我们的创新包括市售的现成的材料,使得在规模上潜在很容易制造。由于人口稠密的城市中的空间限制,我们有意设计了日光收获系统,以轻巧和紧凑。这将使我们的设备在城市环境中的现有基础设施中纳入方便。“

Yoo Seongwoo Charu Goel

“智能”设备背后的研究人员收获日光是助理教授Yoo Seongwoo(左)来自电气和电子工程学院,Charu Goel博士(右),NTU是NTU的Photonics Institute。信誉:NTU新加坡

NTU团队认为,该设备非常适合安装在地面上方的传统灯柱。这将使创新能够以两种方式使用:在当天收获阳光的设备来亮起地下空间,并使用电力在夜间照亮地面的路灯。

NTU科学家的研究是NTU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”自动定位以收获最大阳光

随着太阳在整个日子穿过天空,所以将聚焦阳光在丙烯酸球内的位置横跨天空。为了确保在全天收集并在光纤电缆上收集并运输最大阳光,系统使用基于计算机芯片的机制来跟踪太阳光线。

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的阳光聚焦点。然后使用两个小型电机自动调整纤维的位置,以每隔一分钟从聚焦点捕捉和传输阳光。

为了保证设备的自动定位能力,测量光亮度的传感器对也放置在光纤电缆的阳光收集端周围。每当传感器在光线测量中检测到不一致时,小电机会自动激活以调整电缆的位置,直到传感器上的值相同。这表明光纤正在捕获可能的最大阳光量。

在下雨或阴天,没有足够的阳光被收集和输送到地下时,安装在光纤发射端旁边的LED灯泡就会自动点亮。这确保了该设备可以全天不间断地照亮地下空间。

表现优于LED灯泡

In experiments in a pitch-black storeroom (to simulate an underground environment), the NTU researchers found the device’s luminous efficacy — the measure of how well a light source produces visible light using 1 Watt of electrical power- to be at 230 lumens/Watt.

这远远超过商业上可获得的LED灯泡记录的那些,其具有90流明/瓦特的典型输出。NTU智能设备的光输出的质量也与电流商业上可用的日光收集系统相媲美,这些系统更昂贵。

Charu博士是该研究的第一个作者表示,“我们的低成本设备的发光效能证明,它非常适合低级照明应用,如停车场,升降机和密集地下人行道城市。它也很容易可扩展。由于球透镜的光捕获容量与其尺寸成比例,因此我们可以通过用更大或更小的球替换它来定制设备到所需的输出光功率。

迈克尔·奇亚,科技董事总经理,新加坡的设计专注于专注于照明,研究研究研究的行业合作者表示,“我们的特权和荣誉与NTU采取这种创新旅程。虽然我们拥有商业和应用知识,但从技术角度来看,NTU深入了解,已经将该项目执行到了超出了我们期望的下一级。“

向前迈进,照明公司正在探索可能将智能设备或其相关概念纳入其工业项目的方法,以提高效率和可持续性。

参考文献:Charu Goel和Seongwoo Yoo于2021年1月28日设计的“使用静态球形透镜聚光器和可移动光纤的混合日光收集系统”,太阳能
DOI:10.1016 / J.Solener.2020.12.071

1条评论关于“照亮黑暗的地下空间:科学家设计“智能”装置来收获日光”

  1. 斯蒂芬希克夫|5月2日,2021年9:32|回复

    哦,太好了!更加塑料进入环境。另外,是否没有通过浓缩阳光产生的热量?

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