[发明专利]一种太阳能聚光器

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器。

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。例如通过光伏发电后照明发方式则太阳能的利用率仅为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可提升10倍，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。

针对阳光输送机具体应用场合的不同要求以及性能特点，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，并且在实际应用到某高速公路隧道照明工程中受到用户的肯定和好评；在此基础上又通过变径方式实现了费涅尔透镜高倍聚光且光斑分散条件下太阳光顺利导入光纤并以全反射方式传输；在此基础上通过在费涅尔透镜与光纤接收面之间增加双凹透镜结构的方法调整光路，实现了更高倍聚光和小焦距条件下完成了太阳光顺利导入光纤并以全反射方式传输的目标，为聚光体的加工制作创造了条件。但是这种聚光器结构在实际应用中还存在着不足，即由于在太阳光汇聚后的光路上增加了双凹透镜，从而导致高密度太阳光一进一出二个光学界面的反射和折射损耗20％以上，所以设计光路简化的聚光接口器来实现大面积、高倍汇聚情况下把太阳光高效率的引入常用规格(如直径为1mm)的光导纤维中，就成为阳光输送机产品市场化推广的一个关键技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现大面积、高倍汇聚情况下把太阳光高效率的引入常用规格的石英光导纤维中的太阳能聚光器。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括设置在同一光轴上的费涅尔透镜以及设置在该费涅尔透镜光路中的用于安装光导纤维的聚光接口器，述的光导纤维包括接收太阳能的渐缩结构的倒锥形变径段和等直径段，其中变径段固定在聚光接口器内，且接收太阳能的变径段的端面为凹面旋转面；

所述的费涅尔透镜的焦距L其与费涅尔透镜的最大半径R满足式(1)入射角度要求：

arctg(R/L)＝α＜(α₀-γ)                (1)；

其中α为太阳光从费涅尔透镜透射进入光导纤维的入射角度，α。为等直径光纤允许的最大光线接收角，γ为光导纤维变径段的变径角度；

其中等直径光纤的太阳能最大允许接收角α₀由下3式决定：

Y_min＝arcsin(n₃/n₁)

X_max＝π/2-Y_min

α₀＝arcsin(n₁sinX_max/n₀)

其中X为入射光线由空气到光导纤维玻璃芯折射后的出射角，Y为该光线由光导纤维玻璃芯到光导纤维玻璃包层发生折射时的入射角，Z为该光线二次折射后的出射角，Y_min为入射光线发生全反射时的临界角，当Y＞Y_min时，均可发生全反射，X_max为对应Y_min和α₀的一次折射出射角，n₀为空气折射率，n₁为光导纤维折高折射率玻璃芯的折射率，n₃为光导纤维低折射率玻璃包层折射率；

渐缩结构的锥形变径段端部凹面旋转面的横截面积等于入射太阳光透过费涅尔透镜的太阳实际聚光光斑区域的面积。

所述的光导纤维变径段的变径角度γ由公式(2)确定：

tgγ＝(A-r)/B    (2)；

其中A是光导纤维变径段的最大半径，r是光导纤维正常直径段的半径，B为光导纤维变径段的长度。

所述的费涅尔透镜为透射式点聚光。

所述的聚光接口器设有收容光导纤维变径段的腔体，该腔体的形状与光导纤维变径段的形状一致。

所述光导纤维为石英光导纤维。