[发明专利]一种太阳能聚光光导纤维接口装置

说明书

技术领域

本发明涉及阳光输送领域，尤其涉及一种太阳能聚光光导纤维接口装置的结构。

背景技术

开发利用以太阳能为代表的新能源已经作为我国可持续发展战略的能源基本决策。尽管世界各国先后都在投入大量的人力物力对此进行研究，但是至今除了在太阳能热水器为代表的低温度区段的利用率比较高外，其它常用的光伏发电，光热发电等方面应用均因为利用率太低而受到限制。例如通过目前经常采用的光伏发电后存储于蓄电池中再照明的方式，则太阳能的利用率仅为：12％(光伏电池转换效率)×75％(蓄电池效率)×50％(光源电光转换效率)＝4％左右。但是如果通过把太阳光汇聚后利用光导纤维直接输送到白天也需要照明的地方(隧道、地下室等)，那么其太阳能利用率一下子提升10倍，可达到40％以上，从而为太阳能的推广应用开辟了一条新路，这种方法的典型应用产品就是我们研制的具有自主知识产权的阳光输送机产品系列。

在阳光输送机中，太阳光经过聚光体上若干个直径100毫米玻璃平凸透镜汇聚到其直径为2毫米的聚光接口区域，直接进入直径为2毫米的PMMA型塑料光导纤维中并被以全反射的方式输送到需要照明的地方直接照明。其中聚光接口器的作用是调整并固定光导纤维输入端处于焦点处，以便顺利把汇聚的太阳光导入光导纤维中，其聚光面积比例达到(π*50²)/(π*1²)＝2500(倍)，所以有效降低接口器光纤接收处环境温度就成为关键技术，曾经有人采用循环水冷却的方法来降低接口器的环境温度，但是因为系统太复杂而无法投入实际应用。而本申请人申请的发明专利“一种阳光输送机中聚受光接口器：申请号201012071476.0”通过特殊设计实现了在自然环境中自行冷却到塑料光导纤维正常工作温度的条件，为该系统的投入实际应用铺平了道路。

但是实际使用数据说明塑料光纤除了工作环境温度提出高的要求外，光纤损耗大以及光谱范围小(仅能够输送可见光部分)就是其推广应用的三大致命缺陷。而如果采用玻璃光纤传输太阳光，从理论上讲，利用全反射原理输送太阳光的光导纤维本身的损耗是很小的，如以石英光导纤维为例，形成损耗的机理主要是瑞利散射、杂质吸收等，则以上所述三个技术问题就可以顺利解决：例如其工作环境温度上限由65℃提高到200℃；光传输送1公里的距离后才衰减0.2dB，也就是仅损耗4.5％，这对于能量传输来说已经是高效率；光谱范围覆盖了从紫外-可见光-红外范围，基本上代表了太阳光。但是考虑到系统本身的性价比，必须汇聚更大的太阳光能量给石英光纤进行全反射式传输并实现直接照明，这样的系统整体来说才具有实用价值。然而如果仍然采用玻璃材料制作聚光比例上万倍的平凸透镜的方法，在具体加工制作、成本以及安装时聚光体重量等方面造成的实际困难大到根本而无法实施。而采用PMMA型费涅尔透镜虽然能够比较容易实现大面积聚光，但是由于本身工艺造成的聚光区域被分散在一个比较大的区域(如直径4mm的园面积内)内，而不像机械加工制作的凸透镜能够把太阳光汇聚在更小的区域(如直径2mm的园面积内)内。而石英光纤为了具有可弯曲性能等，通常直径仅为0.85-1mm。所以如何顺利的把高倍汇聚在比较大区域的太阳光如何高效率导入直径仅为1mm的石英光导纤维中，就成为这种方法能否实施的关键技术。

因此必须解决由此带来的一个新技术问题，即设计新型聚光接口器，必须有效解决PMMA透射式费涅尔透镜实现上万倍聚光导致其焦斑扩散与小直径石英光纤端面之间的矛盾，从而顺利的把汇聚的太阳光线顺利导入光纤中并以全反射方式输送的目标。