基本信息
- 項目名稱：
- 便攜式太陽可照時數(shù)快速測量裝置
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本裝置可以對某地理位置的太陽可照時數(shù)（包括年可照時數(shù)）隨時進行快速定量測量，解決了該地理位置周邊環(huán)境太陽可照時間長短的測量問題，從而為建筑日照設(shè)計、房地產(chǎn)陽光權(quán)評判、根據(jù)樹木陽光需求選擇綠化方案、農(nóng)作物日照分析和太陽能設(shè)施或設(shè)備選址等提供了一個定量的依據(jù)，因此該裝置具有很高的應(yīng)用價值。
- 詳細介紹：
- 晴天白天任意時刻太陽光能夠直射到被測量點，則該時刻太陽可照（不被障礙物遮擋），晴天白天任意時刻太陽光不能直射到被測量點，則該時刻太陽不可照（被障礙物遮擋）。假設(shè)整個白天為晴天，通過測量和統(tǒng)計可照時間折合小時數(shù)則得到該日太陽可照時數(shù)，假設(shè)全年均為晴天，通過測量和統(tǒng)計該年的可照時間折合小時數(shù)則得到該年太陽可照時數(shù)。 便攜式太陽可照時數(shù)快速測量裝置由6部分組成：測繪支架、高精度數(shù)字云臺、遠距離激光測距儀、云臺控制器、筆記本計算機和打印機。 太陽位置仿真是利用有關(guān)地球、太陽等自然知識，可以計算任何地方（經(jīng)度和緯度及海拔高度）、任何日期、任何時刻太陽的高度角和方位角，如果對某日期從太陽升起到太陽落下的時間段按照一定的時間間隔（例如5分鐘）進行采樣，利用筆記本計算機計算采樣時刻太陽的高度角和方位角，并且送高精度數(shù)字云臺控制器，從而驅(qū)動高精度數(shù)字云臺（固定此云臺的測繪支架事先已調(diào)節(jié)水平和正南），使安裝在云臺旋臂上的激光測距儀能夠及時指向該采樣時刻太陽的位置，如果有障礙物遮擋，則太陽光就無法照向被測點，采用逆向思維方法，若此時啟動激光測距儀進行測距，則發(fā)射的激光光路與太陽光路相同但方向相反，如果光路無障礙物遮擋，發(fā)射的激光耗散在空中不會返回，激光測距儀超量程（該時刻太陽光路無遮擋），說明該時刻太陽光能夠照射到被測位置，即該時刻太陽可照；如果光路有障礙物遮擋，發(fā)射的激光會被障礙物反射回來，激光測距儀測得具體距離（該時刻太陽光路有遮擋），說明該時刻的太陽光不能照射到被測位置，即該時刻太陽不可照。統(tǒng)計該日可照時間即得到該日可照時數(shù)。 如果對全年的日期均進行上述方法的測量，則可以得到全年的可照時數(shù)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 為了提升建筑質(zhì)量、重視陽光權(quán)條款、選擇綠化樹種、種植適合太陽照射時數(shù)的農(nóng)作物、對太陽能設(shè)施或設(shè)備選擇較好的地址，研究開發(fā)定量測量太陽可照時數(shù)的裝置顯得尤其必要。 基本思路：利用自然知識，計算任何地方、任何日期、任何時刻太陽的高度角和方位角，若對某日白天按一定的間隔（例如5分鐘）進行采樣，把采樣時刻計算的太陽高度角和方位角送高精度數(shù)字云臺，使激光測距儀能夠指向太陽的位置，如有遮擋，陽光就無法直射到被測點，采用逆向思維方法，啟動激光測距儀，則發(fā)射的激光光路與太陽直射光光路相同但方向相反，如果光路無障礙物遮擋，發(fā)射的激光會耗散在空中不會返回，激光測距儀超量程，該時刻太陽光能夠照射到被測位置，即該時刻太陽可照；如有障礙物遮擋，發(fā)射的激光會被障礙物反射回來，激光測距儀測得具體距離，該時刻的太陽光不能照射到被測位置，即該時刻太陽不可照。統(tǒng)計該日可照時間即得到該日的可照時數(shù)。若對全年的日期均進行測量，則可得年可照時數(shù)。 創(chuàng)新點：1、仿真計算任意時刻太陽位置；2、利用激光光路替代太陽光路；3、不受天氣和時間限制。 關(guān)鍵技術(shù)：仿真計算任意時刻太陽位置、高精度數(shù)字云臺控制技術(shù)、遠距離激光測距技術(shù)。 主要技術(shù)指標：雙自由度數(shù)字云臺HJY-YT20305L的前后俯仰：-48°—+32°，水平旋轉(zhuǎn)：-162°至162°，分辨率：0.0129°±0.00645°，美國TruPulse200激光測距傳感器測距范圍：2000m，采用5分鐘采樣，則測量年太陽可照時數(shù)約需6小時，誤差1%。
科學性、先進性
- 目前測量太陽可照時數(shù)的公開的發(fā)明專利有沈天行申報的太陽能現(xiàn)場檢測方法及其檢測系統(tǒng)，目前已經(jīng)授權(quán)。我們的于2007年啟動的我校大學生創(chuàng)新杯項目——便攜式太陽可照時數(shù)快速測量裝置的設(shè)計，經(jīng)過努力于2007年下半年完成設(shè)計，于2008年7月申報的建筑日照時數(shù)快速定量測量裝置獲得實用新型授權(quán)，專利號：ZL200720148019.6；2007年10月，申報的基于太陽位置仿真的快速年可照時數(shù)定量測量方法獲得發(fā)明專利公開，公開號：200710105736.5。 關(guān)鍵是我們采用的方法恰當，尤其利用逆向思維方法，重點突破仿真計算任意時刻太陽位置、利用激光光路替代太陽光路、不受天氣和時間限制的創(chuàng)新方法。運用了快速仿真計算太陽位置、高精度數(shù)字云臺控制技術(shù)、遠距離激光測距技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。設(shè)計控制器，編制了應(yīng)用軟件，科學實現(xiàn)了設(shè)計目的，達到了設(shè)計技術(shù)性能指標。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2008年12月，本校，“基于太陽位置仿真的快速全天候年可照時數(shù)定量測量裝置”獲得“創(chuàng)新杯”獎，一等獎； 2008年7月，國家知識產(chǎn)權(quán)局，建筑日照時數(shù)快速定量測量裝置獲得實用新型專利授權(quán)，專利號碼：ZL200720148019.6； 2007年10月，國家知識產(chǎn)權(quán)局，基于太陽位置仿真的快速年可照時數(shù)定量測量方法獲得發(fā)明專利公開，號碼：200710105736.5； 2009年5月,第十一界挑戰(zhàn)杯中國大學生課外學術(shù)科技作品競賽江西賽區(qū)二等獎。
作品所處階段
- 目前尚處于實驗室樣機階段。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 轉(zhuǎn)讓專利。
作品可展示的形式
- 實物樣機現(xiàn)場演示。
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 使用說明：架設(shè)三腳架，安裝高精度數(shù)字云臺和遠距離激光測距傳感器，用水平儀調(diào)節(jié)三腳架，用羅平調(diào)節(jié)激光測距傳感器指向正南，連接云臺控制器和筆記本電腦，運行太陽可照時數(shù)測量程序，設(shè)置當?shù)亟?jīng)度和緯度坐標，選擇采樣間隔，啟動測量，直到測量過程結(jié)束，保存測量結(jié)果，以便打印測量報告。 特點和優(yōu)勢：速度快，效率高，不受太陽限制。 適用范圍：房地產(chǎn)日照測量，太陽能設(shè)施選址，綠化樹種選擇的陽光測評，農(nóng)業(yè)種植植物的陽光測評。 市場分析和經(jīng)濟效益預(yù)測：以房地產(chǎn)日照測量為例，每個縣級房地產(chǎn)測量公司購買1臺設(shè)備，地級市10臺，省城20臺，則全國估計約4000臺，加上農(nóng)業(yè)、林業(yè)等部門，總需求量約為8000臺左右，每臺成本20000元，按照每臺利稅10000元計算，能夠帶來8000萬利稅的市場。
同類課題研究水平概述
- 具我們網(wǎng)上不完全檢索，目前國內(nèi)測量太陽可照時數(shù)的公開的發(fā)明專利有沈天行申報的太陽能現(xiàn)場檢測方法及其檢測系統(tǒng)，目前已經(jīng)授權(quán)。國內(nèi)發(fā)表為數(shù)不多的論文，國外的報道我們尚未查到。 目前國內(nèi)市場尚未見成熟的產(chǎn)品，國外的產(chǎn)品報道我們尚未查到。 關(guān)于太陽太陽能利用方面，國內(nèi)外研究比較廣泛。太陽能是各種可再生能源中最重要的基本能源，生物質(zhì)能、風能、海洋能、水能等都來自太陽能，廣義地說，太陽能包含以上各種可再生能源。太陽能作為可再生能源的一種，則是指太陽能的直接轉(zhuǎn)化和利用。 20世紀50年代，太陽能利用領(lǐng)域出現(xiàn)了兩項重大技術(shù)突破：一是1954年美國貝爾實驗室研制出6％的實用型單晶硅電池；二是1955年以色列Tabor提出選擇性吸收表面概念和理論并研制成功選擇性太陽吸收涂層。這兩項技術(shù)的突破，為太陽能利用進入現(xiàn)代發(fā)展時期奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。 7O年代以來，鑒于常規(guī)能源供給的有限性和環(huán)保壓力的增加，世界上許多國家掀起了開發(fā)利用太陽能和可再生能源的熱潮。1973年，美國制定了政府級的陽光發(fā)電計劃，198O年又正式將光伏發(fā)電列入公共電力規(guī)劃，累計投入達8億多美元。1992年，美國政府頒布了新的光伏發(fā)電計劃，制定了宏偉的發(fā)展目標。日本在 7O年代制定了“陽光計劃”，1993年將“月光計劃”（節(jié)能計劃）、“環(huán)境計劃”、“陽光計劃”合并成“新陽光計劃”。德國等歐共體國家及一些發(fā)展中國家也紛紛制定了相應(yīng)的發(fā)展計劃。90年代以來聯(lián)合國召開了一系列有各國領(lǐng)導人參加的高峰會議，討論和制定世界太陽能戰(zhàn)略規(guī)劃、國際太陽能公約，設(shè)立國際太陽能基金等，推動全球太陽能和可再生能源的開發(fā)利用。開發(fā)利用太陽能和可再生能源成為國際社會的一大主題和共同行動，成為各國制訂可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。
