خلاصه اختراع

از آنجا كه در ايران خورشيد همواره در سمت جنوب ساختمان‌ها قرار دارد نماي شمالي ساختمان‌ها همواره در سايه و بدون دريافت نور مستقيم خورشيد هستند. سيستم ساخته شده با توانايي حركت دو درجه آزادي، نور خورشيد را در طول روز به يك پنجره در نماي شمالي ساختمان‌ منعكس مي‌كند. اين سيستم داراي حسگرها و توانايي حركت چرخشي دو درجه آزادي را دارد.

حوزه کاربرد (زمینه فنی)

این سیستم در مهندسی مکانیک، گرمایش و اسلحه‌ها و انفجارها کاربرد دارد.

مشکل فنی موجود و هدف از این اختراع:

نور خورشید نوع خاصی از انرژی است که دیده نمی‌شود اما احساس می‌شود. نور خورشید روشنایی کره زمین را فراهم می‌کند و موجب غذاسازی گیاهان می‌شود. نور یکی از ضروریات اساسی زندگی است. نور مشخصات و رنگ‌ها را می‌دهد و بر احساس انسان تأثیر می‌گذارد. نور در ارگانیزم بدن انسان برای تأمین شکل‌های مختلف مواد غذایی چون ویتامین‌ها و هورمون‌ها اثر می‌گذارد. بر تندرستی تأثیر می‌گذارد و کارایی هر انسانی را افزایش می‌دهد. اما میزان بهره‌گیری هر کس از نور خورشید به فضای زندگی او برمی‌گردد. امروزه با افزایش شهرنشینی و گسترش ساختمان‌های باریک وبلند در مقابل یکدیگر، میزان نور طبیعی رسیده به داخل خانه‌ها کاهش بسزایی یافته است که این نمی‌تواند اتفاق خوبی باشد. طراحی یک مکانیزم که نور طبیعی خورشید را به داخل ساختمان هدایت کند، گام مهمی در افزایش سلامت جامعه و البته کاهش مصرف انرژی می‌تواند باشد. با توجه به قرارگیری کشور ایران در نیم‌کره شمالی زمین، خورشید در آن به سمت جنوب مایل است. بنابراین در نمای شمالی ساختمان‌ها مشکل دریافت نور مستقیم خورشید وجود دارد.
طراحی و ساخت سیستمی برای بازتاب نور خورشید به داخل خانه‌ها می‌تواند در بهره‌گیری از نور در نماهای شمای ساختمان‌ها مهم باشد. نکته‌ای که در چنین سیستمی باید مورد توجه قرار گیرد، هم‌خوانی داشتن با آداب و اعتقادات جامعه می‌باشد. علاوه بر این سیستم باید دارای ویژگی‌های زیر باشد:
• اقتصادی باشد
• نصب آسان
• توان مصرفی کم
• عدم ایجاد محدودیت در زندگی خصوصی
• عملکرد دقیق و بدون نیاز به تنظیم هر روزه یا دوره‌های کوتاه مدت
• عملکرد پایدار و دقت قابل اعتماد
• شکل ظاهری مناسب
با توجه به این‌که در چنین سیستمی که جهت استفاده عمومی در خانه‌ها است، قیمت تمام‌شده پارامتر مهمی در موفقیت طرح می‌باشد، و از طرفی حرکت به سمت ساخت سیستم بسیار دقیق باعث افزایش هزینه سیستم می‌شود، بنابراین در مرحله ساخت سیستم توجه به ایجاد تعادل بین قیمت تمام شده و دقت ضروری می‌باشد. باید توجه داشت، داشتن دقت بسیار زیاد در سیستم هدف اصلی نمی‌باشد زیرا در این سیستم رساندن نور به داخل ساختمان هدف است و تاباندن نور خورشید به یک مساحت کوچک و محدود مطلوب نیست.

ارایه راه حل برای مشکل فنی موجود همراه با شرح دقیق و کافی و یکپارچه اختراع

در حالت کلی جهت انعکاس نور خورشید به هدف ثابت در طول روز، از آینه استفاده می‌شود. با توجه به قوانین بازتابش، جهت انعکاس دقیق باید بردار عمود آینه نیم‌ساز پرتو رسیده از خورشید به آینه و برداری که از مرکز آینه به هدف کشیده می‌شود، باشد. با توجه به تغییر مکان خورشید نسبت به زمین، سیستم انعکاسی باید توانایی دوران در دو محور را داشته باشد. بنابر شبیه‌سازی انجام ‌شده مکانیزم حرکتی بعد-انحراف برای سیستم برگزیده شده است. در سیستم بعد-انحراف محور اول سیستم، نسبت به راستای شمال-جنوب به اندازه زاویه عرض جغرافیایی محل قرارگرفتن سیستم، منحرف شده است و محور دوم افقی و عمود بر محور اول در راستای شرق-غرب قرار می‌گیرد. بکارگیری این مکانیزم حرکتی باعث تغییرات کم و خطی محورهای دوران سیستم می‌گردد. از آنجا که سیستم دارای دو محور دورانی می‌باشد، برای هر محور یک حسگر مورد نیاز است. حسگرهای محورها برای هر محور یک جفت سلول فتوولتائیک می‌باشند که در مسیر بازتابش نور به سمت هدف قرار می‌گیرند و باتوجه به اختلاف ولتاژ تولیدی سلول‌ها، بازتابش درست نور بررسی می‌شود. از آن جا که در هوای ابری یا در شب نور مستقیم خورشید برای بازتابش وجود ندارد و از طرف دیگر هوای ابری ممکن است باعث سردرگمی و ناپایداری حسگرهای محورها شود، از یک سلول فتوولتائیک استفاده شده است که رو به آسمان قرار می‌گیرد و از روی میزان ولتاژ تولیدی این سلول، وجود یا عدم وجود ابر بررسی می‌شود.برای هنگامی که خورشید پس از هوای ابری دوباره در آسمان طلوع کرده و یا برای هنگام آغار به کار سیستم در ابتدای کار، از یک جفت سلول فتوولتائیک استفاده شده است که جهت کلی حضور خورشید (این که خورشید در سمت شرق قرار دارد یا در سمت غرب است) را مشخص می‌کند.با توجه به مکانیزم حرکتی انتخاب شده سیستم و سرعت کم سیستم بازتاب نور به داخل خانه، از دو موتور پله‌ای که به دو گیربکس با نسبت هشتاد به یک متصل شده‌اند، به عنوان عملگرهای سیستم استفاده شده است.الگوریتم کاری سیستم به این صورت است که ابتدا حسگر تشخیص روز و ابر شروع به کار کرده و در صورت عدم وجود ابر حسگر تشخیص جهت خورشید شروع به کار کرده و جهت کلی قرارگیری خورشید، شرق یا غرب سیستم، را تشخیص می‌دهد. پس از این مرحله حسگر مربوط به محور بعد شروع به کار کرده و محور بعد تنظیم می‌شود. پس از تنظیم محور بعد، محور انحراف تنظیم می‌شود. این سیکل تا ابری شدن هوا و یا شب ادامه می‌یابد. در هنگام هوای ابری سیستم تا صاف شدن هوا ثابت می‌ماند.