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照亮黑暗的地下空间:NTU科学家计划出“智能”装备来收获日光

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发表于 2021-5-3 12:28:58 | 显示全部楼层 |阅读模式

据外媒报道,来自新加坡南洋理工大学(NTU Singapore)的一个研究小组计划出了一种“智能”设备,它可以网络日光并将其传送到地下空间进而淘汰对传统照明能源的依赖。在新加坡,有关部分正在研究向地下更深发掘以为根本设施、存储和公用奇迹创造新空间的可行性。因此,预计将来对地下照明的需求将会增加。

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为了开辟一种可以或许持续满足这一需求的日光网络装置,NTU团队从放大镜中获得了灵感,他们打造的这种放大镜可以用来将阳光聚焦到一点。

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据悉,他们利用了现成的丙烯酸球、一根塑料光纤(一种可以将光束从一端传送到另一端的电缆)和盘算机芯片辅助电机。

该设备部署在地面,它就像放大镜的透镜一样.此中,丙烯酸球充当太阳能聚光器,使阳光的平行光线在其对面形成一个锋利的核心。聚焦的阳光随后被网络到光纤电缆的一端并沿着电缆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出去。

与此同时,在盘算机芯片的辅助下,小型马达可以自动调解纤维的网络端位置以优化太阳在天空中移动时可以或许接收和传输的阳光量。

这项发明是由电子电气工程学院助理传授Yoo Seongwoo和NTU光子学研究所首席研究员Charu Goel博士开辟,本月初在同行评审的科学期刊《Solar Energy》上发表。

据了解,该装置降服了现在太阳能网络技能的几个限制。在传统的太阳能聚光器中,大型曲面镜子由重型马达移动来让反射镜对准太阳。别的,这些体系中的组件还暴露在湿度等情况因素下,这无疑增加了维护要求。然而NTU的装置却采用了圆形的压克力球,其摆脱了重型马达使其变得更为紧凑。

研究人员计划的原型重10公斤、总高度50厘米。为了掩护丙烯酸球不受情况条件如紫外线、灰尘等的影响,研究人员还利用了聚碳酸酯建造了一个3mm厚的透明圆顶罩。

该研究的论文重要作者、助理传授Yoo指出:“我们的创新包罗商业上可用的现成质料,这使得大规模制造可能非常轻易。在生齿麋集的城市,由于空间的限制,我们特意将日光网络体系计划得轻巧紧凑。这将使我们的设备方便地融入城市情况的现有根本设施中。”

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NTU的研究小组以为,这种装置非常得当作为传统的地面灯柱安装。这将使这项创新有两种用途:一种可以在白天网络阳光,照亮地下空间,另一种可以在夜晚用电照亮地面。

随着太阳在天空中移动,聚焦的阳光在丙烯酸球内的位置也会变革。为了确保全天最大限度地网络阳光并通过光纤传输,该体系利用了一个基于盘算机芯片的机制来跟踪阳光。

设备位置的环球定位体系(GPS)坐标被预先加载到体系中,使其可以或许确定在任何给定时间最大的阳光聚核心。然后再利用两个小型电机自动调解纤维的位置从而以每隔一分钟从聚核心捕捉和传输阳光。

为了保证设备的自动定位本领,研究人员还在光纤的阳光网络端四周还放置了一对丈量光亮度的传感器。当传感器检测到光丈量不一致时,小型电机就会自动启动以调解电缆的位置,直到传感器上的值相同。这表明纤维尽可能地吸收最多的阳光。

在下雨或阴天这种没有富足的阳光被网络和输送到地下的时候,安装在光纤发射端旁边的LED灯胆就会自动点亮。这确保了该设备可以全天不间断地照亮地下空间。

NTU研究人员在一个黑暗的模仿地下情况中进行的实验中发现该设备的发光效率(即光源利用1瓦的电能产生可见光的效率)到达了 230流明/瓦。这远远超过了市面上的LED灯胆,后者的典型输出功率为90流明/瓦。NTU智能设备的光输出质量乃至还可以跟现在商业上利用的更昂贵的日光采集体系相媲美。

新加坡照明计划机构Technolite--同时还是本次研究的行业合作同伴--的董事总司理Michael Chia表现:“可以或许跟NTU一起踏上这一创新之旅是我们的荣幸。固然我们拥有商业和应用知识,但NTU从技能角度的深入知识已经将项目标执行提拔到一个超出我们预期的程度。”

将来,这家照明公司将探索把智能设备或其相关概念纳入其工业项目标方法从而到达提高效率和可持续性的目标。


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