CN102608740A

CN102608740A - 一种透镜阵列式光能收集及传输系统

Info

Publication number: CN102608740A
Application number: CN2012100647046A
Authority: CN
Inventors: 孙杰; 樊玉赢; 安亮; 赵园园; 马斌
Original assignee: Tianjin University of Technology
Current assignee: Tianjin University of Technology
Priority date: 2012-03-13
Filing date: 2012-03-13
Publication date: 2012-07-25

Abstract

一种透镜阵列式光能收集及传输系统。该系统主要由光能聚集单元和光能传输单元组成；光能聚集单元是由透镜阵列构成，透镜阵列对光能进行收集，并将收集到的光能汇聚至光能传输单元。光能传输单元由三部分构成，第一部分是与透镜阵列的各小透镜一一对应的光纤耦合器，光经各小透镜被聚焦到光纤耦合器上，第二部分是与各光纤耦合器一一对应的分光纤，光纤耦合器将光能传输至分光纤，第三部分是将前面的分光纤汇聚的总光纤，分光纤将透镜阵列聚集至光纤耦合器的光能传送到总光纤部分，从而实现对光能的汇聚和传输。该系统成本低，可大面积收集光能，可实现能量的低损耗传输。

Description

一种透镜阵列式光能收集及传输系统

技术领域

本发明属于光技术应用领域，特别是涉及一种透镜阵列式光能收集及传输系统。

背景技术

太阳能是一种永不枯竭的清洁能源，太阳辐射通过大气后，太阳辐射能量的99％以上分布在波长0.15pm-4.0pm之间，而90％以上又集中在波长0.4μm-2μm波长范围，在可见光谱区约40％，在红外光谱区约60％。目前已经广泛推广使用的太阳灶采用凹面镜或透镜聚焦方法聚焦太阳光，但由于必须在凹面镜的焦点处取用能量，凹面镜的聚光面积不能制造得很大，否则使用受到影响。这种技术的另一个缺点是只能单独使用不能串联，聚焦能量密度低，不能在太阳光照能量密度较小的地方推广。若能实现太阳能能量密度倍增和高效传输，必将极大拓展太阳能的应用领域。

公开号为CN101640502A的发明专利申请文件所公开的聚光太阳电池组件极具代表性。该电池组件中采用的点聚光菲涅尔透镜已成为业界公认的聚光透镜的最佳选择。仍有许多公开了采用聚光菲涅尔透镜作聚光透镜的聚光光伏发电技术的参考文献，在此不再赘述。但这些方法虽然解决了光能收集及转化的问题，但都存在自己的缺陷，比如成本高，不能远距离传输等。

发明内容

本发明目的是克服现有技术存在的上述不足，提供一种透镜阵列式光能收集及传输系统，该系统将吸收光能的透镜以透镜阵列的形式组合，并通过光纤传输，以降低成本，达到大面积收集光能和能量的低损耗传输。

本发明提供的透镜阵列式光能收集及传输系统，主要包括光能聚集单元和光能传输单元；光能聚集单元是由透镜阵列构成，透镜阵列对光能进行收集，并将收集到的光能汇聚至光能传输单元，光能传输单元由光纤和光纤耦合器构成。

所述的透镜阵列是由多块小透镜紧凑排列组成，整体制作在一块玻璃板或其他透光材料上，透镜阵列对光能进行收集，并将收集到的光能汇聚至光能传输单元。

所述的透镜阵列上的部分或全部小透镜的形状可以为方形，也可以为多边形，且大小可以相等，也可以不等。所述透镜可以是球面，也可以是非球面，且透镜均是用冕玻璃材料中的K系或BaK系或ZK系及火石玻璃中的F系或ZF系制成。

所述的光能传输单元由三部分构成，第一部分是与透镜阵列的各小透镜一一对应的光纤耦合器，光经各小透镜被聚焦到光纤耦合器上，第二部分是与各光纤耦合器一一对应的分光纤，光纤耦合器将光能传输至分光纤，第三部分是将前面的分光纤汇聚的总光纤，分光纤将透镜阵列聚集至光纤耦合器的光能传送到总光纤部分，从而实现对光能的汇聚和传输。所述的光能传输单元的分光纤的纤芯与总光纤的纤芯熔接，熔接部分套有固定套。

本发明的优点和有益效果：

本发明采用透镜阵列对光能进行汇聚，可大面积吸收光能，提高光能吸收效率，降低成本，通过光纤传输光能，达到能量的低损耗传输。

附图说明：

图1是本发明一种透镜阵列式光能收集及传输系统的结构示意图；

图2是单个透镜与光纤耦合器的光路示意图。

图中，1透镜阵列，2单个小透镜，3光纤耦合器，4分光纤，5总光纤，6聚焦透镜，7光线。

具体实施方式：

如图1所示，本发明提供的透镜阵列式光能收集及传输系统，它主要包括光能聚集单元和光能传输单元；光能聚集单元是由透镜阵列1构成，单个小透镜2为菲涅尔透镜，也可为其他有聚光作用的透镜构成，传输单元是由光纤和光纤耦合器构成。

透镜阵列1上表面正对太阳，光纤耦合器3安装在各小透镜2下方的焦点处，光能经各单个小透镜分别汇聚到相应的光纤耦合器3上，光纤耦合器3将汇聚到的光能传输至对应的分光纤4接收并传输光能。透镜阵列1是由多块小透镜紧凑排列组成，整体制作在一块玻璃板或其他透光材料上，且透镜阵列1上的全部小透镜均是方形的，且大小相等，透镜阵列的部分或全部小透镜的形状也可以为多边形，且大小可以相等，也可以不等。光能传输单元由三部分构成，第一部分是与透镜阵列1的各小透镜2一一对应的光纤耦合器3，光经各小透镜被聚焦到光纤耦合器上。第二部分是与各光纤耦合器一一对应的分光纤4，光纤耦合器将光能传输至分光纤。第三部分是将前面的分光纤4汇聚的总光纤5，分光纤4将透镜阵列1聚集至光纤耦合器的光能传送到总光纤5部分，从而实现对光能的汇聚和传输。分光纤4的纤芯与总光纤5的纤芯熔接，熔接部分套有固定套。整个系统所用的透镜可以是球面，也可以是非球面，且透镜均是用冕玻璃材料中的K系或BaK系或ZK系及火石玻璃中的F系或ZF系制成。

图2是单个小透镜2与光纤耦合器3的光路示意图，透镜两侧的焦距f1与f2不相等，从无限远处发出的光经聚焦透镜6(亦即单个小透镜2)，光线7被聚焦到光纤耦合器3上，实现对光能的收集。

本发明采用透镜阵列对光能进行汇聚，通过光纤传输光能，可大面积吸收光能，提高光能吸收效率，降低成本，能量的低损耗传输。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims

1.一种透镜阵列式光能收集及传输系统，其特征在于该系统包括光能聚集单元和光能传输单元；所述的光能聚集单元由透镜阵列构成，光能传输单元是由光纤和光纤耦合器构成。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述的透镜阵列是由多块小透镜紧凑排列组成，整体制作在一块玻璃板或其他透光材料上，透镜阵列对光能进行收集，并将收集到的光能汇聚至光能传输单元。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于所述的透镜阵列上的部分或全部小透镜的形状可以为方形，也可以为多边形，且大小可以相等，也可以不等。

4.根据权利要求1、2或3所述的系统，其特征在于所述透镜可以是球面，也可以是非球面，且透镜均是用冕玻璃材料中的K系或BaK系或ZK系及火石玻璃中的F系或ZF系制成。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述的光能传输单元由三部分构成，第一部分是与透镜阵列的各小透镜一一对应的光纤耦合器，光经各小透镜聚焦到光纤耦合器上，第二部分是与各光纤耦合器一一对应的分光纤，光纤耦合器将光能传输至分光纤，第三部分是将前面的分光纤汇聚的总光纤，分光纤将透镜阵列聚集至光纤耦合器的光能传送到总光纤部分。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于所述的光能传输单元的分光纤的纤芯与总光纤的纤芯熔接，熔接部分套有固定套。