[發(fā)明專利]一種光能收集與全反射光能傳輸系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810046510.7
• 申請日: 2008-11-10
• 公開（公告）號: CN101424785A
• 公開（公告）日: 2009-05-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅德禮
• 申請（專利權(quán)）人: 羅德禮
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;G02B6/00;G02B19/00;F24J2/04;F24J2/38;F21S11/00
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 舒啟龍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明為光能收集與全反射光能傳輸系統(tǒng)，屬于光技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，特別是太陽光能的收集和光能的傳輸系統(tǒng)。

背景技術(shù)

太陽能是一種永不枯竭的清潔能源，太陽輻射通過大氣后，太陽輻射能量的99％以上分布在波長0.15μm～4.0μm之間，而90％以上又集中在波長0.4μm-2μm波長范圍，在可見光譜區(qū)約40％，在紅外光譜區(qū)約60％。目前已經(jīng)廣泛推廣使用的太陽灶采用凹面鏡或透鏡聚焦方法聚焦太陽光，但由于必須在凹面鏡的焦點(diǎn)處取用能量，凹面鏡的聚光面積不能制造得很大，否則使用受到影響。這種技術(shù)的另一個(gè)缺點(diǎn)是只能單獨(dú)使用不能串聯(lián)，聚焦能量密度低，不能在太陽光照能量密度較小的地方推廣。若能實(shí)現(xiàn)太陽能能量密度倍增和高效傳輸，必將極大拓展太陽能的應(yīng)用領(lǐng)域。

實(shí)現(xiàn)光束的長距離傳輸是眾所周知的成熟技術(shù)。在光通訊領(lǐng)域，以SiO₂材料為主要成分的光纖，工作在0.8μm-1.6μm的近紅外波段，目前工藝技術(shù)所能達(dá)到的最低理論損耗在1550nm波長處為0.16dB/km(光損耗為0.2dB/km時(shí)，相當(dāng)于50％光損耗)。在高能量密度光的光纖傳輸技術(shù)方面，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)應(yīng)用的范例是高能激光焊接技術(shù)，用光纖束輸送激光能量用于金屬構(gòu)件的焊接，例如，德國生產(chǎn)的高能金屬激光焊機(jī)。文獻(xiàn)(光纖制造與應(yīng)用論文集，光學(xué)精密機(jī)械編輯部編輯出版，1986年9月，p16，圖10)介紹，用軸向沉淀法制備的SiO₂光纖，在0.6μm-1.0μm波段范圍和1.8μm-2.0μm波段范圍光損耗小于8dB/km，而在1.8μm-2.0μm波段范圍光的損耗則小于1dB/km。因此，只要SiO₂材料中過渡金屬雜質(zhì)例如Fe²⁺和OH^-等紅外光吸收雜質(zhì)含量得到控制，高能量密度的全波太陽光能通過類似于光纖的光傳輸技術(shù)是可以實(shí)現(xiàn)的。

在光能量密度轉(zhuǎn)換方面，通常采用菲涅耳螺紋透鏡組、透鏡或凹面鏡組合方法。在光能量的傳輸方面，主要采用膜反射和介質(zhì)全反射原理。

實(shí)用新型專利(ZL專利號02207211.X)采用菲涅耳螺紋透鏡組合方法和凹面鏡組合將太陽光聚焦到反射光管的入口，并通過反射光管送到使用點(diǎn)。公開號為CN101270921的專利，利用凹透鏡、凸透鏡、反光面和反光棱鏡的折射、反射光的原理，將它們分別設(shè)置在太陽能收集裝置的集光頭、傳導(dǎo)裝置的止頭集光三通、光縮節(jié)以及供能裝置中的取光三通內(nèi)，使收集的光能沿著設(shè)置的光道直至使用裝置中。公開號為CN1847741的專利，公開了一種把大面積的太陽能分片匯聚起來，傳輸?shù)綇S房等各種房間內(nèi)，再集中起來加以利用的方法和系統(tǒng)；系統(tǒng)中的每個(gè)陽光采集裝置上有反光鏡和陽光傳感器；反光鏡反射的陽光經(jīng)過凹透鏡折射之后，匯聚到光束導(dǎo)管中，在光束導(dǎo)管內(nèi)經(jīng)過反光膜的不斷反射，傳輸?shù)椒块g內(nèi)的另外一端。實(shí)用新型專利(ZL專利號200710063059.5)采用拋物面聚光與圓柱鏡反射面反射的原理，實(shí)現(xiàn)了平行光束能量密度的轉(zhuǎn)換。上述專利都涉及到光的膜反射。膜反射這種方法的缺點(diǎn)是光必須通過多次反射才能送到使用點(diǎn)。資料(成都炬科光學(xué)元件廠產(chǎn)品說明書，P2)介紹，雖然反射效率很高的銀膜在長波段光的反射率大于98％，但由于光經(jīng)多次反射的損失的疊加，總的光能損失較大，不實(shí)用于長距離光能傳輸。

實(shí)用新型專利(ZL專利號200420017316.3)依據(jù)光纖通訊原理，直接將光纖放在太陽能聚光裝置的焦點(diǎn)處直接將太陽光能送入儲(chǔ)能器。申請?zhí)枮镃N1955613(太陽能光纖傳導(dǎo)聚能矩陣)的專利，由聚光器、光纖束、受光器和基座等構(gòu)成，也是使多個(gè)聚光器會(huì)聚的太陽光經(jīng)光纖束一一投射到同一吸收器上。這種光纖傳送技術(shù)雖然原理可行，但是只有入射在光纖光芯上，且入射角滿足光的全反射條件的光才能通過光纖傳播，而入射在纖維束間隙處和入射角不滿足全反射條件的光線將不被傳播，所以相當(dāng)部分光最終將逃逸出光導(dǎo)纖維，光能的傳輸效率較低。