[发明专利]一种太阳能会聚导光系统

说明书

本发明提供了一种稳定太阳光输出光强的会聚导光系统，包括会聚透镜阵列和光纤。太阳光经会聚透镜阵列后会聚到与每个会聚透镜相对应的传输介质中进行传输，所述会聚透镜阵列由(2n_x+1)×(2n_y+1)个会聚透镜沿东西方向和南北方向排布组成，传输介质光纤的聚光端位于会聚透镜焦点位置，且光纤轴线与会聚透镜主轴重叠。会聚导光系统配有追踪定位装置同步运动。会聚透镜阵列的会聚透镜数量满足本发明设计的会聚导光系统可有效降低由于太阳光入射角与设计输入角的角度之间产生偏差而引起的聚光效率的变化量，因而有输出稳定光强的功能。

技术领域

本发明涉及太阳能利用领域，尤其涉及一种太阳能会聚导光系统。

背景技术

在太阳光收集器等系统中，一般都需要通过透镜系统将光进行会聚，从而输入到光纤等横截面积较小的传输介质中。由于透镜尺寸受制作工艺和光斑大小的限制，通常采用多个会聚透镜以实现增强聚光光强的目的。采用无追踪型透镜系统时，通常在同一时刻，仅有少部分透镜起到聚光作用，其它会聚透镜则处于闲置状态，透镜利用率和聚光总效率较低。在一些无追踪型系统中，不同的时间段由不同的会聚透镜收集到太阳光，造成透镜的使用率低，增加了系统的成本。为了提高透镜对太阳光的聚光效率，通常采用太阳追踪定位装置对太阳进行定位追踪，这种方式下，所有的会聚透镜获得同步定位，从而均能够收集太阳光且均具有高的聚光效率。由于聚光面积很小，现有的太阳追踪装置的定位精度虽然已经可以达到1°或更小值，但即便如此，产生的误差仍然会影响聚合到光纤中的光强大小。即便已经完全精确定位，由于太阳和地球的相对运动是连续的，入射的平行太阳光线与透镜平面的偏角随时间而逐渐增大，使得会聚透镜的聚焦光斑发生偏移，这就将导致有部分太阳光无法被耦合进入光纤中，从而降低太阳光的耦合效率，为此，追踪定位装置必须频繁地追踪太阳，并转动会聚系统。采用追踪定位装置的会聚系统，透镜阵列通常排布于同一平面，即其耦合效率变化相同，因而，太阳光移动或者透镜追踪装置存在偏差时，每个透镜聚合得到的太阳光强度都发生同样的变化。在很多场合，对会聚太阳光的光强稳定性有严格的要求，例如，在将会聚的太阳光应用于照明时，由于人眼对光强的变化较为灵敏，光强的频繁变化会给人造成不适感。为此，需要采用有效措施，降低会聚的太阳光强总量随时间的变化量，使从光纤输出的光照强度保持在比较稳定的水平。这就要求系统的追踪定位装置具有高的定位精度，且需要在很短的时间间隔内不断地校正位置，以保证太阳光强度维持在比较稳定的水平。这就导致对追踪定位装置的精度要求非常高，同时对系统中会聚透镜的制作、安装等工艺质量也提高了更高的要求，频繁的定位和转动系统还增加了系统的复杂度和控制难度。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种在入射太阳光角度发生较大变化时，会聚系统输出的太阳光光强总量仍能保持在较稳定水平的装置。通过改变会聚透镜排布方式和相互位置、角度关系，使得会聚系统存在一定的角度定位误差时，仍能保持耦合进入光纤的光强度总量变化较小，从而达到输出稳定光强的目的。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目标的。

一种太阳能会聚导光系统，包括会聚透镜阵列和光纤，太阳光经会聚透镜阵列后会聚到与每个会聚透镜相对应的光纤中进行传输，所述会聚透镜阵列由(2n_x+1)×(2n_y+1)个会聚透镜沿东西方向和南北方向排布组成，东西方向上的会聚透镜的行数为(2n_x+1)，南北方向上的会聚透镜的列数为(2n_y+1)，n_x，n_y均为大于等于2的正整数；同一行会聚透镜的中心处于一圆周上，且会聚透镜的主轴相交于圆心位置；同一列会聚透镜的中心处于一圆周上，且会聚透镜的主轴相交于圆心位置；

所述光纤的聚光端位于相对应的会聚透镜的焦点位置，所述光纤的轴线与相对应的会聚透镜的主轴重叠；

所述会聚导光系统配有追踪定位装置，所述追踪定位装置的定位对象为太阳光和会聚透镜阵列中的中心会聚透镜，所述会聚导光系统跟随追踪定位装置同步运动；