CN103777334A - 半球形复眼自然光收集装置 - Google Patents

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CN103777334A CN201410071770.5A CN201410071770A CN103777334A CN 103777334 A CN103777334 A CN 103777334A CN 201410071770 A CN201410071770 A CN 201410071770A CN 103777334 A CN103777334 A CN 103777334A
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殷业
李丽
刘传勇
林军
张云侠
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Shanghai Normal University
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Shanghai Normal University
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Abstract

本发明的半球形复眼自然光收集装置，包括半球面形复眼支架和第一光学聚光组件，支架表面均匀分布多个用于安装第一光学聚光组件的安装孔，复眼支架的球心处具有用于将第一光学聚光组件汇聚的自然光导出的导光孔，所述第一光学聚光组件的焦点位于复眼支架球心处。有益效果在于极大得扩大了装置的自然光收集能力，提高了设备对光源的利用率。进一步的，使得太阳能设备能够突破地域性的限制，在更大的范围内推广使用，对于节能环保具有重要意义。在第一与第二光学聚光组件之间采用可选方式的全反射导光筒或光纤相对于直接汇聚的方式进一步降低了两级之间光能传输的损耗。镜面内表面的复眼支架使得散射或未汇聚到导光孔的光能经反射后仍能导向导光孔。

Description

半球形复眼自然光收集装置
技术领域
本发明属于新能源技术领域，涉及太阳光能量的收集装置，具体涉及一种半球形复眼自然光收集装置。
背景技术
众所周知太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁能源，是21世纪很有希望取代化石燃料的新能源。各种利用太阳能的技术不断涌现，比如利用太阳的自然光进行发电或照明以及利用太阳能热水供暖等技术。其中，传统的自然光发电或太阳能热水等技术多是对自然光的直接利用，比如利用太阳能电池板/光伏组件进行发电或者太阳能热水器热水就是其典型。此种技术对因太阳能资源的分布不同其适用范围具有地域性，即在自然光资源丰富的地方效果显著，而在自然光资源较少的地方比如我国中西部的部分地区其性价比并无优势。其中的太阳光照明是太阳能应用的另一项重要技术，具体方案是通过一个装置在太阳下收集太阳光，然后将太阳光通过导光装置（如光纤、导光筒等）导入室内进行照明。
就太阳能的利用效率来说，现有的太阳能利用技术效率极低，仅在部分时间直接照射到设备受光面的能量被部分利用。
发明内容
本发明的目的是为了提高现有的太阳能设备利用自然光的效率，并进一步提高其地域方面的普遍适用性，提出了一种半球形复眼自然光收集装置。
本发明的技术方案为：半球形复眼自然光收集装置，其特征在于，包括半球面形复眼支架和第一光学聚光组件，支架表面均匀分布多个用于安装第一光学聚光组件的安装孔，复眼支架的球心处具有用于将第一光学聚光组件汇聚的自然光导出的导光孔，所述第一光学聚光组件的焦点位于复眼支架球心处。
优选的，所述导光孔前端包括第二光学聚光组件，用于将第一光学聚光组件汇聚的太阳光汇聚于导光孔。
优选的，所述复眼支架尺寸为第二聚光组件对应尺寸的10到50倍。
优选的，所述第一光学聚光组件与导光孔之间包括用于传导自然光的全反射导光筒。
优选的，所述第一光学聚光组件与导光孔之间包括用于传导自然光的光纤。
优选的，所述导光孔包括光纤接头，用于与光纤熔接后导出装置汇聚的自然光。
优选的，所述第一光学聚光组件为凸透镜或菲涅尔透镜。
优选的，所述第二光学聚光组件为凸透镜或菲涅尔透镜。
优选的，所述半球形复眼支架内表面为镜面。
本发明的有益效果：本发明的半球形复眼自然光收集装置通过采用半球形的复眼聚光结构，极大得扩大了装置的自然光收集能力，提高了设备对光源的利用率。进一步的，使得太阳能设备能够突破地域性的限制，在更大的范围内推广使用，对于节能环保具有重要意义。在第一与第二光学聚光组件之间采用可选方式的全反射导光筒或光纤相对于直接汇聚的方式进一步降低了两级之间光能传输的损耗。镜面内表面的复眼支架使得散射或未汇聚到导光孔的光能经反射后仍能导向导光孔。
附图说明
图1为本发明的半球形复眼自然光收集装置结构原理图。
具体实施方式
本发明的实施例是依据本发明的原理而设计，下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的阐述。
如图1所示，本实施例的半球形复眼自然光收集装置，包括半球面形复眼支架和第一光学聚光组件1，支架表面均匀分布多个用于安装第一光学聚光组件的安装孔，复眼支架的球心处具有用于将第一光学聚光组件汇聚的自然光导出的导光孔3，所述第一光学聚光组件1的焦点位于复眼支架球心处。由于第一光学组件安装于复眼支架的复眼中，并于支架的四周均匀分布，因此本装置可以从装置的各个方向收集自然光而不受安装方位，时间偏移等自然因素的限制。同时采用多个复眼而不采用整块聚光组件，其原因在于小块的聚光组件制作工艺更简单，装置成本更低。并且更换容易，后期维护成本低。
以下为本在本实施例上提出的改进，属于本发明的优选实施方案：
一、导光孔前端包括第二光学聚光组件2，用于将第一光学聚光组件汇聚的太阳光汇聚于导光孔。采用第二光学聚光组件后，大大降低了对第一光学聚光组件聚光能力及安装精度等的要求，可以通过并不复杂的工艺实现高效的聚光效果。
二、所述复眼支架尺寸为第二聚光组件对应尺寸的10到50倍。根据本发明的原理，半球形复眼支架可以做得很大或更小，但是太小导致其聚光效果并不明显，太大后对装置造价及安装条件等要求更高，通过试验认为采用上述比例制作聚光效果更加，装置具有较高的性价比。
三、由于第一光学聚光组件收集的自然光会由于入射光的方向不同及内部表面反射导致部分能量传输损失，为了降低这种损失，本实施例优选采用本方案，具体为：第一光学聚光组件与导光孔之间包括用于传导自然光的全反射导光筒。基于同样的问题考虑，另一种优选方案是：第一光学聚光组件与导光孔之间包括用于传导自然光的光纤。
四、由于光纤技术的成熟以及光纤用于传导光能的灵活高效性，本实施例为了实现标准化，优选方案在导光孔处设置光纤接头，用于与光纤熔接后导出装置汇聚的自然光。
五、具体的，所述第一光学聚光组件为凸透镜或菲涅尔透镜。第二光学聚光组件为凸透镜或菲涅尔透镜。
六、为了降低自然光进入第一光学聚光组件后传输过程的损耗，优选方案为将半球形复眼支架内表面设置为镜面。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.半球形复眼自然光收集装置，其特征在于，包括半球面形复眼支架和第一光学聚光组件，支架表面均匀分布多个用于安装第一光学聚光组件的安装孔，复眼支架的球心处具有用于将第一光学聚光组件汇聚的自然光导出的导光孔，所述第一光学聚光组件的焦点位于复眼支架球心处。
2.根据权利要求1所述的半球形复眼自然光收集装置，其特征在于，所述导光孔前端包括第二光学聚光组件，用于将第一光学聚光组件汇聚的太阳光汇聚于导光孔。
3.根据权利要求2所述的半球形复眼自然光收集装置，其特征在于，所述复眼支架尺寸为第二聚光组件对应尺寸的10到50倍。
4.根据权利要求1所述的半球形复眼自然光收集装置，其特征在于，所述第一光学聚光组件与导光孔之间包括用于传导自然光的全反射导光筒。
5.根据权利要求1所述的半球形复眼自然光收集装置，其特征在于，所述第一光学聚光组件与导光孔之间包括用于传导自然光的光纤。
6.根据权利要求1至5之任一项权利要求所述的半球形复眼自然光收集装置，其特征在于，所述导光孔包括光纤接头，用于与光纤熔接后导出装置汇聚的自然光。
7.根据权利要求6所述的半球形复眼自然光收集装置，其特征在于，所述第一光学聚光组件为凸透镜或菲涅尔透镜。
8.根据权利要求6所述的半球形复眼自然光收集装置，其特征在于，所述第二光学聚光组件为凸透镜或菲涅尔透镜。
9.根据权利要求1至5之任一项权利要求所述的半球形复眼自然光收集装置，其特征在于，所述半球形复眼支架内表面为镜面。
10.根据权利要求7或8所述的半球形复眼自然光收集装置，其特征在于，所述半球形复眼支架内表面为镜面。
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