[發(fā)明專利]光收集裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110131940.0
• 申請(qǐng)日: 2011-05-20
• 公開（公告）號(hào): CN102305380A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張曉東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 張曉東
• 主分類號(hào): F21S11/00
• 分類號(hào): F21S11/00;F21V5/04;F21V7/04;F21V14/04;F21V14/06
• 代理公司: 上海浦一知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31211
• 代理人: 孫大為

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種建筑用太陽能利用設(shè)備，具體涉及一種光導(dǎo)系統(tǒng)中的光收集裝置。

背景技術(shù)

根據(jù)建筑部2004年頒布的《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(國標(biāo)GB/T50033/34-2004)的規(guī)定，在我國的建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)該在可能的情況下：“利用各種導(dǎo)光和反光裝置將自然光引入室內(nèi)；利用太陽能作為照明能源”。

光導(dǎo)系統(tǒng)就是符合這種國家要求的節(jié)能綠色照明產(chǎn)品。光導(dǎo)系統(tǒng)普遍分為三部分，一是采光部分，二是光導(dǎo)部分，三是散光部分。此種系統(tǒng)的工作原理是通過能夠?qū)Ч獾慕橘|(zhì)形成光導(dǎo)部分(例如內(nèi)表面具有反射功能的空心管，或者具備內(nèi)部全反射功能的實(shí)心光纖)將光從介質(zhì)的一端傳遞到另外一端，從而達(dá)到照明等目的。采光部分負(fù)責(zé)讓光從一端進(jìn)入光導(dǎo)部分，而散光部分則負(fù)責(zé)將光均勻分散到房間里面。例如，圖1是一個(gè)典型的商業(yè)化光導(dǎo)管系統(tǒng)。

光導(dǎo)系統(tǒng)的分類主要有主動(dòng)和被動(dòng)兩大類。這兩種系統(tǒng)的主要區(qū)別在于前者的采光部分是活動(dòng)的；而后者的采光部分是不活動(dòng)的。主動(dòng)系統(tǒng)采光部分活動(dòng)，便可以跟蹤太陽的運(yùn)動(dòng)，然后將光聚合起來，再通過介質(zhì)進(jìn)行傳輸。被動(dòng)系統(tǒng)沒有活動(dòng)部分，陽光幾乎直接進(jìn)入光導(dǎo)部分進(jìn)行傳輸。主動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)是可以聚光，然后將光通過直徑比較小的介質(zhì)在建筑中傳輸，從而達(dá)到節(jié)省空間的目的。其缺點(diǎn)是仍然需要使用大量光導(dǎo)介質(zhì)，增加了系統(tǒng)費(fèi)用，因此比較昂貴。圖2中展示了一個(gè)典型的主動(dòng)光導(dǎo)系統(tǒng)。

被動(dòng)式系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是不需要活動(dòng)部件聚光，節(jié)省了成本；但是缺點(diǎn)是占用空間大，而且隨著光導(dǎo)距離長度的增加，成本也因介質(zhì)長度的增加而遞增，光強(qiáng)卻遞減。主動(dòng)光導(dǎo)系統(tǒng)中使用光纖，所以光可以隨光線的鋪設(shè)比較自由地在建筑中分布。而被動(dòng)光導(dǎo)系統(tǒng)嚴(yán)重依賴直徑比光纖大數(shù)十倍甚至上百倍的介質(zhì)，所以一般只能在建筑內(nèi)有條件的各樓層中(頂樓或者朝南的房間)水平或者垂直鋪設(shè)，所以基本又分為水平系統(tǒng)和豎直系統(tǒng)(見圖3)。另外根據(jù)系統(tǒng)傳輸光的距離，又可以分遠(yuǎn)距離(光導(dǎo)距離十米以上)和近距離系統(tǒng)(光導(dǎo)距離十米以內(nèi))。表一中列舉了上述所有系統(tǒng)的區(qū)別和優(yōu)劣勢(shì)對(duì)比。

(表一)

總結(jié)表一中的對(duì)比情況可以發(fā)現(xiàn)如下問題：

(一)無論是何種系統(tǒng)，均使用光纖或者空心/實(shí)心的光導(dǎo)管對(duì)光傳導(dǎo)。因此，傳輸距離越長，系統(tǒng)成本越高。

(二)在遠(yuǎn)距離傳輸光的時(shí)候，被動(dòng)式系統(tǒng)效率極低。

(三)在建筑內(nèi)部遠(yuǎn)距離傳輸光的時(shí)候，被動(dòng)式系統(tǒng)占用建筑內(nèi)部空間太大，大幅增加用戶額外負(fù)擔(dān)，所以幾乎沒有應(yīng)用前景。

(四)在用被動(dòng)式系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離(超過十米)光導(dǎo)時(shí)，系統(tǒng)總效率低于45％且價(jià)格高于4000元。當(dāng)光導(dǎo)距離達(dá)到二十米時(shí)，被動(dòng)式系統(tǒng)總效率低于31％且價(jià)格高于8000元。

(五)在用主動(dòng)式系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離(超過十米)光導(dǎo)時(shí)，僅十米長直徑10厘米的光纖束成本就在25000元以上。

目前世界上幾乎所有光導(dǎo)產(chǎn)品都是通過在傳輸介質(zhì)中多次反射將陽光導(dǎo)入建筑內(nèi)。所以現(xiàn)有光導(dǎo)產(chǎn)品的通病是陽光在多次反射中逐次衰減，導(dǎo)致傳輸效率低；而且傳輸距離越長，介質(zhì)就越長，陽光強(qiáng)度衰減就越嚴(yán)重，而介質(zhì)的造價(jià)也越高，造成系統(tǒng)昂貴且低效，因此無法在大型現(xiàn)代建筑中普及應(yīng)用。表一所示對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的對(duì)比表明，在遠(yuǎn)距離光導(dǎo)時(shí)，被動(dòng)式系統(tǒng)昂貴且低效，甚至根本無法應(yīng)用；而主動(dòng)式系統(tǒng)則更加昂貴，也無法規(guī)模化應(yīng)用。如何能夠不使用傳輸介質(zhì)從而降低系統(tǒng)成本，而且在建筑設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)光的遠(yuǎn)距離傳輸則正是本發(fā)明要解決的問題。

目前在光導(dǎo)系統(tǒng)領(lǐng)域存在如下技術(shù)偏見：

1)現(xiàn)有光導(dǎo)技術(shù)認(rèn)為建筑用光導(dǎo)系統(tǒng)須先聚光，再傳送光，然后再將光分散開到指定房間。

2)現(xiàn)有光導(dǎo)技術(shù)認(rèn)為光的傳播需要利用介質(zhì)，使光在其通過多次反射進(jìn)行傳播。

3)現(xiàn)有光導(dǎo)技術(shù)認(rèn)為因?yàn)榻ㄖ?nèi)部空間有限，所以提供光導(dǎo)通路的介質(zhì)直徑應(yīng)該越小越好，所以傾向于采用光纖進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳導(dǎo)。

4)現(xiàn)有太陽能利用技術(shù)注重集中發(fā)電然后通過變電、輸電和送電設(shè)備將電能送到最終用戶處。

上述第1)個(gè)技術(shù)偏見阻止了現(xiàn)有技術(shù)沿本發(fā)明的主旨線路進(jìn)行發(fā)展。上述偏見導(dǎo)致現(xiàn)有的光收集系統(tǒng)以光的聚合為起始環(huán)節(jié)，增加了系統(tǒng)成本，而且光導(dǎo)系統(tǒng)中“聚光再散光”兩個(gè)互相抵消成效的過程更加提高了系統(tǒng)的造價(jià)，而且同時(shí)又增加了系統(tǒng)光傳導(dǎo)的損耗。