CN113154327A - 分光式太阳能传输系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种分光式太阳能传输系统，包括聚光装置、分光装置、光纤耦合装置以及对应的传能光纤；太阳能光源经过聚光装置收集并聚能太阳光后，经过分光装置将太阳光光谱分成可见和不可见光两部分，分光后两部分光再分别被光纤耦合装置耦合到对应的传能光纤输出，通过分光片、棱镜和光栅的分光作用，实现光谱分束，以更细小的谱段耦合进入传能光纤，降低了太阳能传输过程中的吸收损耗等能量损失，在此过程可以选择全部耦合或者部分耦合的方式，实现多种模式的太阳能利用。同时采用小芯径的光纤代替大芯径的光纤，以光纤束的形式继而实现大规模的光纤阵列实现远距离传输太阳能。不可见光部分用于太阳能电池实现能量的梯级利用，提高了能量的利用效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能技术，特别涉及一种分光式太阳能传输系统。
背景技术
伴随着化石能源的枯竭以及带来的环境问题，太阳能这一可再生能源逐渐得到人们的重视。太阳能作为世界上分布最为广泛的绿色能源给具有取之不竭用之不尽以及安全绿色无污染的优点，但是在利用太阳能的过程中存在着诸多问题。其中在传输太阳能时往往伴随着各种能量损失，进而大大降低了能量的利用效率并且在传输能量的过程中无法实现大规模阵列和远距离传输。因此针对以上问题，需要提出一种能量传输系统，可以实现大规模阵列并可以大大减少传输过程中的能量损失。
光纤广泛用于通信，但随着人们对太阳能的重视，人们发现使用光纤传输太阳能具有诸多优点。但是在传输过程中由于不同材质的光纤对不同波长光谱的传输性能和传输效率不同，往往未经过光谱分束的太阳光在传输过程中存在很大一部分的能量浪费。因此如何减少能量的在传输过程中的损失，使得太阳能的利用率得到有效的提升，成为一个待解决的问题。
发明内容
为了提高太阳能利用和传输效率，提出了一种分光式太阳能传输系统，利用太阳能照明系统，光伏电站等需要远距离传输太阳光能量的系统提供了新型的能量传输模式。
本发明的技术方案为：一种分光式太阳能传输系统，包括聚光装置、分光装置、光纤耦合装置以及对应的传能光纤；太阳能光源经过聚光装置收集并聚焦太阳光后，经过分光装置将太阳光光谱分成可见和不可见光两部分，分光后两部分光再分别被各自的光纤耦合装置耦合到对应的传能光纤输出。
优选的，所述不可见光部分直接用于光伏发电或通过太阳能电池蓄能。
优选的，所述分光装置包括分光片，分光片为含有多层介质涂层的光谱选择性热反射镜,传输可见光并反射紫外光和近红外光不可见光，不可见光被反射，太阳能可见光部分经过分光片后太阳光的能量密度降低导致温度的降低后传输。
优选的，所述分光装置还包括棱镜或光栅，所述棱镜或光栅至于分光片输出可见光部分光路上，分光后的可见光部分再经棱镜或光栅进行更多更窄谱段的光线分光。
优选的，所述经由棱镜分光后的光线，通过光纤耦合器分别耦合进入不同材质光纤，降低远距离传输太阳能过程中的能量损失。
优选的，所述聚光装置选用槽式聚光器或者菲涅尔聚光器。
优选的，所述不可见光部分不耦合进入光纤直接应用于光热系统，实现光转换成热。
优选的，所述耦合装置根据实际情况选用单透镜耦合、透镜组耦合、微透镜耦合中的一种或多种不同耦合方式。
本发明的有益效果在于：本发明分光式太阳能传输系统，根据光纤材质对于光谱的选择性，通过所述分光片，将经过所述聚光器聚焦后的太阳光分解成可见光和不可见光，其中不可见光部分通过光纤耦合器耦合进入光纤，再通过所述棱镜将可见光部分分解成更多更窄的波长谱段的谱段，再通过所述光纤耦合器及所述光纤分束器将所述分解的光线耦合进所述传能光纤，从而达到减小太阳能能量传输过程中的能量损耗。并且本发明所述传能光纤采用小芯径光纤束代替大芯径光纤从而克服光纤不易弯曲的缺点，实现能量的远距离传输，降低损耗。
附图说明
图1为本发明分光式太阳能传输系统装置实施例一结构示意图；
图2为本发明分光式太阳能传输系统装置实施例二结构示意图；
图3为本发明分光式太阳能传输系统装置中耦合装置示意图；
图4为凹透镜聚光原理示意图；
图5为菲涅尔聚光器聚光原理示意图。
附图标记：1、太阳能光源；2、聚光装置；3、分光装置；4、棱镜；5、第一光纤耦合装置；6、第一传能光纤；7、第二光纤耦合装置；8、第二传能光纤；10、耦合镜；11、耦合镜框；12、光纤。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示分光式太阳能传输系统装置实施例一结构示意图，装置包括聚光装置2，分光装置3、第一光纤耦合装置5、第一传能光纤6、第二光纤耦合装置7和第二传能光纤8。太阳能光源1经过聚光装置2收集并聚焦太阳光后，再通过分光片3将太阳光光谱分成两个部分，其中不可见光部分经过分光片3反射后由第二光纤耦合器7耦合进入第二传能光纤8，通过第二传能光纤8传输出，此红外光部分可直接用于光伏发电，通过太阳能电池蓄能，用于夜晚或太阳光不可见时为供能。可见光部分通过分光片3透射后由第一光纤耦合装置5耦合进入第一传能光纤6，第一传能光纤6传输的可见光部分可用于直接用于室内照明系统照明。
以上蓄能，照明的过程可以单独或同时进行。
分光装置3为分光片，分光片是含有多层介质涂层的光谱选择性热反射镜,可以传输可见光并反射紫外光和近红外光。由于不可见光被反射，则太阳能可见光部分传输过程的温度会有所降低，不仅可以提高能量传输的效率而且可以提高装置工作时的安全性。
如图2所示分光式太阳能传输系统装置实施例二结构示意图，装置包括聚光装置2，分光装置3，棱镜4、第一光纤耦合装置5、第一传能光纤6、第二光纤耦合装置7和第二传能光纤8。太阳能光源1经过聚光装置2收集并聚能太阳光后，再通过分光片3将太阳光光谱分成两个部分，其中不可见光部分经过分光装置3反射后由第二光纤耦合器7耦合进入第二传能光纤8，通过第二传能光纤8传输出，此不可见光部分可直接用于光伏发电，通过太阳能电池蓄能，用于夜晚或太阳光不可见时为供能。可见光部分通过分光装置3透射后如用于远距离输送能源。则在分光装置3透射光路中增加分光元件棱镜4。其中棱镜4根据分光装置3分光后的光路适当的放置于分光装置3的出射光路上，经过棱镜4的分光后再由第一光纤耦合装置5耦合进入第一传能光纤6。
在远距离太阳能时，经由分光片分光后根据光纤材质的不同，不同(波长)的光谱谱段存在最佳传输效率，分光后的可见光部分经由棱镜分光后可分为更(窄)谱段的光线，通过光纤耦合器分别耦合进入不同材质光纤，降低远距离传输太阳能过程中的能量损失。其中采用部分耦合的方式，对于不可见光部分不耦合进入光纤可以直接应用于光热系统，实现光转换成热。
以上光热转换，光谱分束，太阳能传输的过程可以单独或同时进行。
综上所述，本发明的分光式太阳能传输系统通过分光片和棱镜的分光作用，实现光谱分束，以更(窄)的谱段耦合进入传能光纤，降低了太阳能传输过程中的吸收损耗等能量损失，在此过程中可以选择全部耦合或者部分耦合的方式，实现多种模式的太阳能利用。同时采用小芯径的光纤代替大芯径的光纤，以光纤束的形式继而实现大规模的光纤阵列实现远距离传输太阳能。由于分光片的反射作用，不可见光部分用于太阳能电池实现了能量的梯级利用，提高了能量的利用效率。
如图3所示耦合装置示意图，包括耦合镜10和耦合镜框11，也可选用单透镜耦合，透镜组耦合，微透镜耦合等多种不同耦合方式，根据实际情况选用。
如图4为常规凹透镜聚光原理示意图，本实施例中，聚光装置2选用槽式聚光器或者菲涅尔聚光器(图5所示)还可以选用其它的部件作为聚光装置。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种分光式太阳能传输系统，其特征在于，包括聚光装置、分光装置、光纤耦合装置以及对应的传能光纤；太阳能光源经过聚光装置收集并聚焦太阳光后，经过分光装置将太阳光光谱分成可见和不可见光两部分，分光后两部分光再分别被各自的光纤耦合装置耦合到对应的传能光纤输出。
2.根据权利要求1所示分光式太阳能传输系统，其特征在于，所述不可见光部分直接用于光伏发电或通过太阳能电池蓄能。
3.根据权利要求1所示分光式太阳能传输系统，其特征在于，所述分光装置包括分光片，分光片为含有多层介质涂层的光谱选择性热反射镜,传输可见光并反射紫外光和近红外光不可见光，不可见光被反射，太阳能可见光部分经过分光片后太阳光的能量密度降低导致温度的降低后传输。
4.根据权利要求1至3任意一项所述分光式太阳能传输系统，其特征在于，所述分光装置还包括棱镜或光栅，所述棱镜或光栅至于分光片输出可见光部分光路上，分光后的可见光部分再经棱镜或光栅进行更多更窄谱段的光线分光。
5.根据权利要求4所述分光式太阳能传输系统，其特征在于，所述经由棱镜分光后的光线，通过光纤耦合器分别耦合进入不同材质光纤，降低远距离传输太阳能过程中的能量损失。
6.根据权利要求4所述分光式太阳能传输系统，其特征在于，所述聚光装置选用槽式聚光器或者菲涅尔聚光器。
7.根据权利要求1所示分光式太阳能传输系统，其特征在于，所述不可见光部分不耦合进入光纤直接应用于光热系统，实现光转换成热。
8.根据权利要求1所示分光式太阳能传输系统，其特征在于，所述耦合装置根据实际情况选用单透镜耦合、透镜组耦合、微透镜耦合中的一种或多种不同耦合方式。
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