太陽光傳輸系統的采光罩的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種太陽光傳輸系統的采光罩，其結構設計利用了光學自由曲面原理，能根據太陽光照射角度使采集太陽光的效率達到優化。所述采光罩具有一中央透光區以及由中央透光區周圍向下并向外擴張延伸的外圍集光區，且該外圍集光區的厚度由上至下漸增。當太陽光照射角度與地平面垂直時，外圍集光區厚度漸增的光學結構能將部分太陽光反射或折射以導出傳輸系統，以避免過多的太陽光進入傳輸系統；當太陽光照射角度與地平面呈傾斜甚至接近平行時，外圍集光區能將傾斜的光線向下折射后導入傳輸系統，以降低太陽光從采光罩另一邊穿透出去的幾率，達到優化太陽光采集效率的目的。
【專利說明】
太陽光傳輸系統的采光罩
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種太陽光傳輸系統的采光罩，利用采光罩采集太陽光后，通過一類似光導管的傳輸系統將太陽光傳輸到室內，以供照明使用;采光罩本體結構設計利用了光學自由曲面原理，能根據太陽光照射角度使采集太陽光的效率達到優化。
【背景技術】
[0002]太陽光傳輸系統是一種利用自然光輔助照明來節省照明用電的裝置;如圖1所示，太陽光傳輸系統以一光導管100為例，其基本構造是將一光導管100埋設于建筑物或地面，該光導管100的頂部具有一暴露在太陽光下的光源入口 101，底部則為光源出口 102，當太陽光由光源入口 101照射進入光導管100后，便能夠將光線傳導到光源出口 102，從而為建筑物室內或者地下室提供輔助照明。
[0003]為了防止雨水、灰塵或其他異物落入光導管100內，光導管100的光源入口 101上方皆設置有一采光罩200。由于太陽光也必須要穿透采光罩200才能進入光導管100，因此采光罩200在設計上除了需要考慮材質以外，傳統的做法皆是以能夠盡量提高采光效率為原則，例如:CN104235743A、CN203571619U、TWM471477 等。
[0004]暫且不論上述各已知技術的采光效率如何，這些采光罩皆明顯忽略了太陽光會隨著每一天的時間流逝或者季節的變換而有不同的照射角度。如圖2所示:正午的太陽光照射角度Q1與地平面大致垂直，容易導致過多的光線進入光導管，此時光導管的光源出口所投射出來的光線過強，可能造成人員不適。而黃昏時太陽光漸弱，如圖3所示，太陽光照射角度θ2與地平面接近平行，則傾斜的太陽光大部分會穿透整個采光罩200，造成采光不足。同理，由于地軸的傾斜，太陽天頂角會隨著季節變換而有不同的照射角度，造成采光太強或不足。
[0005]如圖1所示，針對上述采光太強的情況，傳統技術的解決方式是在光導管100內部設置一電動遮蓋103，當接近正午時啟動電動遮蓋103，以遮擋部分太陽光，避免太陽光傳導到光源出口 102，直到太陽光偏斜到某種程度時，才關閉電動遮蓋103，如此一來，就增加了整體太陽光傳輸系統的建置以及維修成本。而且，這種設計并沒有解決太陽光低角度照射時采光不足的問題，并非較佳的解決方案。
[0006]為了解決上述問題，本案發明人曾經設想在采光罩內表面或外表面設置一些光學結構，例如:呈階梯狀的折射紋路，但這樣的設計方式將造成采光罩制造上的困難，尤其是采光罩是以模具一體射出成型來制造，設置這些折射紋路還需要考慮塑料注塑流道、脫模等問題，不但制造困難、成本提高，而且成品合格率也不理想。
【實用新型內容】
[0007]本實用新型的目的在于提供一種太陽光傳輸系統的采光罩，其結構設計利用了光學自由曲面原理，能夠以相對較低的制造成本解決采光太強及太弱的問題，使采集太陽光的效率達到優化。
[0008]為了達到上述目的，本實用新型提供的采光罩本體為透光材質且為一體制成的一拱型，該采光罩具有一中央透光區以及由中央透光區周圍向下并向外擴張延伸的外圍集光區，且該外圍集光區的厚度由上至下漸增。當太陽光照射角度與地平面呈垂直時，能利用外圍集光區厚度漸增的光學結構將部分太陽光反射或折射以導出傳輸系統，以避免過多的太陽光進入傳輸系統；當太陽光照射角度與地平面呈傾斜甚至接近平行時，外圍集光區能將傾斜的光線向下折射后導入傳輸系統，降低太陽光從采光罩另一邊穿透出去的幾率，達到優化太陽光采集效率的目的。
[0009]實施時，所述中央透光區呈中央凸起的圓拱形。
[0010]實施時，所述外圍集光區外表面向外弧凸，形成一光學自由曲面。
[0011]實施時，所述中央透光區的中央為平面，且中央透光區的周圍向下并向外彎曲，形成一光學自由曲面。
[0012]相較于現有技術，本實用新型提供的采光罩的結構設計利用了光學自由曲面原理，能夠以相對較低的制造成本，在太陽光太強時減少采光，克服現有技術需要在光導管內加裝遮蓋的問題，并能夠在太陽光較弱時增加采光，使采集太陽光的效率達到優化，具有極高的產業價值。
[0013]以下列舉出適于本實用新型的實施方式，并配合圖式說明如后:
【附圖說明】
[0014]圖1為傳統太陽光傳輸系統的系統架構示意圖；
[0015]圖2為傳統球形采光罩在太陽光照射角度與地平面垂直時的光線示意圖；
[0016]圖3為傳統球形采光罩在太陽光照射角度與地平面傾斜時的光線示意圖；
[0017]圖4為本實用新型提供的太陽光傳輸系統的系統架構示意圖；
[0018]圖5為本實用新型提供的采光罩的斷面結構示意圖；
[0019]圖6為本實用新型提供的采光罩的另一實施例圖；
[0020]圖7為本實用新型提供的采光罩在太陽光照射角度與地平面垂直時的光線示意圖；
[0021]圖8為本實用新型提供的采光罩在太陽光照射角度與地平面傾斜時的光線示意圖；
[0022]圖9為本實用新型提供的采光罩與一般平面采光罩及球形采光罩的采光效率比較圖。
[0023]附圖標記說明:100-光導管；101-光源入口； 102-光源出口；200-采光罩；10-中央透光區；11-中央透光區外表面；12-中央透光區內表面;20-外圍集光區；21-外圍集光區外表面;22-外圍集光區內表面;300-平面采光罩;400-球形采光罩。
【具體實施方式】
[0024]如圖4所示，本實用新型提供的采光罩200可透光地罩設在太陽光傳輸系統的光源入口 101上方;該傳輸系統以一埋設于建筑物或地面的光導管100為例，該光導管100頂部的光源入口 101暴露在太陽光下，底部則為光源出口 102，當太陽光通過采光罩200由光源入口101照射進入光導管100后，便能夠將光線傳導到光源出口 102，從而為建筑物室內或者地下室提供輔助照明；實施時，光導管100不限于圖示中的垂直管狀，任何一種光導管皆在本實用新型的實施范圍內。
[0025]如圖5所示，采光罩200本體為透光材質一體制成拱型，具有一中央透光區10以及由中央透光區10周圍向下并向外擴張延伸的外圍集光區20，其中，該外圍集光區20的厚度由上至下漸增。
[0026]所述中央透光區10是為了讓太陽光能夠穿透并且進入光導管100;圖示中，該中央透光區10呈中央凸起的圓拱形，具有一中央透光區外表面11以及一相反于外表面的中央透光區內表面12。。
[0027]所述外圍集光區20亦具有一銜接中央透光區內表面12的外圍集光區內表面22以及一銜接中央透光區外表面11的外圍集光區外表面21，由于外圍集光區20的厚度由上至下漸增，因此將外圍集光區外表面21設置為呈向外弧凸的形狀，形成一光學自由曲面。
[0028]如圖6所示，由于中央透光區10的作用是讓太陽光能穿透進入傳輸系統，即光導管的光源入口，因此其形狀不限于前述的圓拱形，例如:中央透光區10的中央部位為平面，周圍向下并向外彎曲以形成一光學自由曲面，同樣可以有效地讓太陽光穿透。
[0029]如圖7所示，當太陽光照射角度與地平面呈垂直時，太陽光照射到中央透光區10的部分，能穿透中央透光區10進入光導管的光源入口進行采光;太陽光照射到外圍集光區20的部分，由于外圍集光區20為厚度漸增的光學結構，能將太陽光反射或折射導出傳輸系統(光導管)，因此能夠避免過多的太陽光進入光導管。
[0030]如圖8所示，當太陽光照射角度與地平面呈傾斜甚至接近平行時，此時通過外圍集光區20厚度漸增的光學結構，將傾斜的光線向下折射后導入光導管的光源入口，因此能夠降低太陽光從采光罩200的另一邊穿透出去的幾率，進而加強采光。通過上述太陽光太強時減少采光、太陽光較弱時增加采光的功能，即可達到優化太陽光采集效率的目的。
[0031]如圖9所示，本實用新型提供的采光罩200與一般平面采光罩300及球形采光罩400的米光效率比較圖，圖不中縱軸代表歸一化米光率，橫軸代表太陽天頂角(Solar zenithangle，由在地平面上的觀查者天頂至太陽中心點之間所形成的夾角)。圖中可見，當太陽照射角度與地平面垂直時(天頂角為O度)，一般平面采光罩300與球形采光罩400的歸一化采光效率分別達到大約90%與75%;如前所述，此時過多的太陽光進入光導管，將會造成人員不適。反觀本實用新型提供的采光罩200，通過前述外圍集光區20減少采光，因此讓歸一化采光效率降低到大約55%，因此可以避免過多的太陽光進入光導管。
[0032]而當太陽天頂角隨著時間流逝而到達75度(與地平面夾角為15度)時，平面采光罩300與球形采光罩400的歸一化采光效率分別降低到大約20 %與50 %。此時，本實用新型提供的采光罩200通過前述外圍集光區20增加采光，因此能夠讓歸一化采光效率大幅提高到接近90%。由此比較圖表亦能夠明顯看出，本實用新型確實能夠使采集太陽光的效率達到優化。
[0033]以上說明及圖式所示僅為舉例說明本實用新型的較佳實施例，并非以此局限本實用新型的范圍；舉凡與本實用新型的目的及特征近似或相雷同者，均應屬本實用新型的保護范圍內。
【主權項】
1.一種太陽光傳輸系統的采光罩，該采光罩為透光材質且為一體制成的一拱型，其特征在于:該采光罩具有一中央透光區以及由中央透光區周圍向下并向外擴張延伸的外圍集光區，且該外圍集光區的厚度由上至下漸增；當太陽光照射角度與地平面呈垂直時，外圍集光區能將部分太陽光反射或折射以導出傳輸系統；當太陽光照射角度與地平面呈傾斜時，外圍集光區能將傾斜的光線向下折射以導入傳輸系統。2.根據權利要求1所述的太陽光傳輸系統的采光罩，其特征在于:所述中央透光區呈中央凸起的圓拱形。3.根據權利要求2所述的太陽光傳輸系統的采光罩，其特征在于:所述外圍集光區外表面向外弧凸，形成一光學自由曲面。4.根據權利要求1所述的太陽光傳輸系統的采光罩，其特征在于:所述中央透光區的中央為平面，且中央透光區的周圍向下并向外彎曲，形成一光學自由曲面。
【文檔編號】F21V3/00GK205480785SQ201620214044
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月18日
【發明人】黃·霍華德·睿騏林
【申請人】黃·霍華德·睿騏林