基本信息
- 项目名称：
- 便携式太阳可照时数快速测量装置
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本装置可以对某地理位置的太阳可照时数（包括年可照时数）随时进行快速定量测量，解决了该地理位置周边环境太阳可照时间长短的测量问题，从而为建筑日照设计、房地产阳光权评判、根据树木阳光需求选择绿化方案、农作物日照分析和太阳能设施或设备选址等提供了一个定量的依据，因此该装置具有很高的应用价值。
- 详细介绍：
- 晴天白天任意时刻太阳光能够直射到被测量点，则该时刻太阳可照（不被障碍物遮挡），晴天白天任意时刻太阳光不能直射到被测量点，则该时刻太阳不可照（被障碍物遮挡）。假设整个白天为晴天，通过测量和统计可照时间折合小时数则得到该日太阳可照时数，假设全年均为晴天，通过测量和统计该年的可照时间折合小时数则得到该年太阳可照时数。 便携式太阳可照时数快速测量装置由6部分组成：测绘支架、高精度数字云台、远距离激光测距仪、云台控制器、笔记本计算机和打印机。 太阳位置仿真是利用有关地球、太阳等自然知识，可以计算任何地方（经度和纬度及海拔高度）、任何日期、任何时刻太阳的高度角和方位角，如果对某日期从太阳升起到太阳落下的时间段按照一定的时间间隔（例如5分钟）进行采样，利用笔记本计算机计算采样时刻太阳的高度角和方位角，并且送高精度数字云台控制器，从而驱动高精度数字云台（固定此云台的测绘支架事先已调节水平和正南），使安装在云台旋臂上的激光测距仪能够及时指向该采样时刻太阳的位置，如果有障碍物遮挡，则太阳光就无法照向被测点，采用逆向思维方法，若此时启动激光测距仪进行测距，则发射的激光光路与太阳光路相同但方向相反，如果光路无障碍物遮挡，发射的激光耗散在空中不会返回，激光测距仪超量程（该时刻太阳光路无遮挡），说明该时刻太阳光能够照射到被测位置，即该时刻太阳可照；如果光路有障碍物遮挡，发射的激光会被障碍物反射回来，激光测距仪测得具体距离（该时刻太阳光路有遮挡），说明该时刻的太阳光不能照射到被测位置，即该时刻太阳不可照。统计该日可照时间即得到该日可照时数。 如果对全年的日期均进行上述方法的测量，则可以得到全年的可照时数。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 为了提升建筑质量、重视阳光权条款、选择绿化树种、种植适合太阳照射时数的农作物、对太阳能设施或设备选择较好的地址，研究开发定量测量太阳可照时数的装置显得尤其必要。 基本思路：利用自然知识，计算任何地方、任何日期、任何时刻太阳的高度角和方位角，若对某日白天按一定的间隔（例如5分钟）进行采样，把采样时刻计算的太阳高度角和方位角送高精度数字云台，使激光测距仪能够指向太阳的位置，如有遮挡，阳光就无法直射到被测点，采用逆向思维方法，启动激光测距仪，则发射的激光光路与太阳直射光光路相同但方向相反，如果光路无障碍物遮挡，发射的激光会耗散在空中不会返回，激光测距仪超量程，该时刻太阳光能够照射到被测位置，即该时刻太阳可照；如有障碍物遮挡，发射的激光会被障碍物反射回来，激光测距仪测得具体距离，该时刻的太阳光不能照射到被测位置，即该时刻太阳不可照。统计该日可照时间即得到该日的可照时数。若对全年的日期均进行测量，则可得年可照时数。 创新点：1、仿真计算任意时刻太阳位置；2、利用激光光路替代太阳光路；3、不受天气和时间限制。 关键技术：仿真计算任意时刻太阳位置、高精度数字云台控制技术、远距离激光测距技术。 主要技术指标：双自由度数字云台HJY-YT20305L的前后俯仰：-48°—+32°，水平旋转：-162°至162°，分辨率：0.0129°±0.00645°，美国TruPulse200激光测距传感器测距范围：2000m，采用5分钟采样，则测量年太阳可照时数约需6小时，误差1%。
科学性、先进性
- 目前测量太阳可照时数的公开的发明专利有沈天行申报的太阳能现场检测方法及其检测系统，目前已经授权。我们的于2007年启动的我校大学生创新杯项目——便携式太阳可照时数快速测量装置的设计，经过努力于2007年下半年完成设计，于2008年7月申报的建筑日照时数快速定量测量装置获得实用新型授权，专利号：ZL200720148019.6；2007年10月，申报的基于太阳位置仿真的快速年可照时数定量测量方法获得发明专利公开，公开号：200710105736.5。 关键是我们采用的方法恰当，尤其利用逆向思维方法，重点突破仿真计算任意时刻太阳位置、利用激光光路替代太阳光路、不受天气和时间限制的创新方法。运用了快速仿真计算太阳位置、高精度数字云台控制技术、远距离激光测距技术等关键技术。设计控制器，编制了应用软件，科学实现了设计目的，达到了设计技术性能指标。
获奖情况及鉴定结果
- 2008年12月，本校，“基于太阳位置仿真的快速全天候年可照时数定量测量装置”获得“创新杯”奖，一等奖； 2008年7月，国家知识产权局，建筑日照时数快速定量测量装置获得实用新型专利授权，专利号码：ZL200720148019.6； 2007年10月，国家知识产权局，基于太阳位置仿真的快速年可照时数定量测量方法获得发明专利公开，号码：200710105736.5； 2009年5月,第十一界挑战杯中国大学生课外学术科技作品竞赛江西赛区二等奖。
作品所处阶段
- 目前尚处于实验室样机阶段。
技术转让方式
- 转让专利。
作品可展示的形式
- 实物样机现场演示。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：架设三脚架，安装高精度数字云台和远距离激光测距传感器，用水平仪调节三脚架，用罗平调节激光测距传感器指向正南，连接云台控制器和笔记本电脑，运行太阳可照时数测量程序，设置当地经度和纬度坐标，选择采样间隔，启动测量，直到测量过程结束，保存测量结果，以便打印测量报告。 特点和优势：速度快，效率高，不受太阳限制。 适用范围：房地产日照测量，太阳能设施选址，绿化树种选择的阳光测评，农业种植植物的阳光测评。 市场分析和经济效益预测：以房地产日照测量为例，每个县级房地产测量公司购买1台设备，地级市10台，省城20台，则全国估计约4000台，加上农业、林业等部门，总需求量约为8000台左右，每台成本20000元，按照每台利税10000元计算，能够带来8000万利税的市场。
同类课题研究水平概述
- 具我们网上不完全检索，目前国内测量太阳可照时数的公开的发明专利有沈天行申报的太阳能现场检测方法及其检测系统，目前已经授权。国内发表为数不多的论文，国外的报道我们尚未查到。 目前国内市场尚未见成熟的产品，国外的产品报道我们尚未查到。 关于太阳太阳能利用方面，国内外研究比较广泛。太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，生物质能、风能、海洋能、水能等都来自太阳能，广义地说，太阳能包含以上各种可再生能源。太阳能作为可再生能源的一种，则是指太阳能的直接转化和利用。 20世纪50年代，太阳能利用领域出现了两项重大技术突破：一是1954年美国贝尔实验室研制出6％的实用型单晶硅电池；二是1955年以色列Tabor提出选择性吸收表面概念和理论并研制成功选择性太阳吸收涂层。这两项技术的突破，为太阳能利用进入现代发展时期奠定了技术基础。 7O年代以来，鉴于常规能源供给的有限性和环保压力的增加，世界上许多国家掀起了开发利用太阳能和可再生能源的热潮。1973年，美国制定了政府级的阳光发电计划，198O年又正式将光伏发电列入公共电力规划，累计投入达8亿多美元。1992年，美国政府颁布了新的光伏发电计划，制定了宏伟的发展目标。日本在 7O年代制定了“阳光计划”，1993年将“月光计划”（节能计划）、“环境计划”、“阳光计划”合并成“新阳光计划”。德国等欧共体国家及一些发展中国家也纷纷制定了相应的发展计划。90年代以来联合国召开了一系列有各国领导人参加的高峰会议，讨论和制定世界太阳能战略规划、国际太阳能公约，设立国际太阳能基金等，推动全球太阳能和可再生能源的开发利用。开发利用太阳能和可再生能源成为国际社会的一大主题和共同行动，成为各国制订可持续发展战略的重要内容。
