CN201547659U - 菲尼尔凸透镜太阳能采集装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种菲尼尔凸透镜太阳能采集装置，包括装设有太阳跟踪器的转台、太阳跟踪装置、太阳能采集器及传输光纤，其中，太阳能采集器由几何中心位于同一条直线上的整机外罩、菲尼尔透镜、连接器、双面凸透镜、光传导棒及冷光镜组成，整机外罩下端固定装设于转台上；菲尼尔透镜装设于整机外罩的上端；连接器下端固定安装于转台上；双面凸透镜、光传导棒、冷光镜自上而下同轴装设于连接器内；双面凸透镜的焦点与菲尼尔透镜的焦点相重合；传输光纤的采光端装设于连接器的末端，输出端与灯具相连接。本实用新型降低了生产成本和技术难度，结构简单，制作方便，可用于室内照明、保健或养殖，具有较佳的社会经济价值，适宜推广应用。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种太阳能采集装置，具体是涉及一种菲尼尔凸透镜太阳能采集装置。
背景技术
随着经济的发展、社会的进步，人们对能源提出越来越高的要求。传统能源主要有火电、水电和核电。其中火电需要燃烧煤、石油等化石燃料，而目前化石燃料蕴藏量有限、越烧越少，正面临着枯竭的危险；同时燃烧燃料将排出CO2及硫的氧化物，会导致温室效应和酸雨，恶化地球环境。水电则是一种清洁能源，可再生、无污染、运行费用低。然而一个国家的水力资源也是有限的，而且还要受季节的影响。同时水电站的建立有可能导致生态环境破坏，大型水库一旦塌崩，后果将不堪设想。而核电相对干净、无污染，几乎是零排放，但万一发生核泄漏，后果同样是可怕的。前苏联切尔诺贝利核电站事故，已使900万人受到了不同程度的损害，而且这一影响并未终止。
这些都迫使人们去寻找新能源。新能源要同时符合两个条件：一是蕴藏丰富不会枯竭；二是安全、干净，不会威胁人类和破坏环境。
照射在地球上的太阳能非常巨大，大约40分钟照射在地球上的太阳能，便足以供全球人类一年能量的消费。可以说，太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源。而且太阳能发电绝对干净，不产生公害。所以太阳能发电被誉为是理想的能源。然而太阳辐射的总量尽管很大，但是能流密度很低。在利用太阳能时，想要得到一定的转换功率，往往需要面积相当大的一套收集和转换设备，造价较高。而且受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，到达某一地面的太阳辐照度既是间断的，又是极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了难度。
目前各国在采集太阳光用于室内照明的开发利用上已经取得了一定的成果，如日本推出的第一台采集太阳光的照明系统向日葵，其采用若干个菲尼尔透镜来聚光，为了有效利用太阳光，其太阳能收集器设于聚光镜的焦点处，并通过太阳跟踪装置保证太阳光在任意时刻都以同一个角度辐照在聚光镜上。因此对设备精密度要求很高，技术难度大，同时由于太阳能收集器位于透镜焦点处，聚焦后采集的高倍数聚集的阳光温度很高，故传输光缆必须采用石英光纤，造价较高，而且高温对仪器的寿命也会有较大的影响。美国、欧洲也相继推出了混合太阳光照明系统及太阳光室内照明系统，但都存在系统相对结构比较庞大，安装工艺复杂，成本高、转换效率低的问题，均不适宜大范围推广应用，无法普及。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供一种结构简单、成本低。适宜普及的菲尼尔凸透镜太阳能采集装置。
为达上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：
一种菲尼尔凸透镜太阳能采集装置，包括装设有太阳跟踪器的转台、太阳跟踪装置、太阳能采集器及传输光纤，其中，太阳能采集器由几何中心位于同一条直线上的整机外罩、菲尼尔透镜、连接器、双面凸透镜、光传导棒及冷光镜组成，整机外罩下端固定装设于转台上；菲尼尔透镜装设于整机外罩的上端；连接器下端固定安装于转台上；双面凸透镜、光传导棒、冷光镜自上而下同轴装设于连接器内；双面凸透镜的焦点与菲尼尔透镜的焦点相重合；传输光纤的采光端装设于连接器的末端，输出端与灯具相连接。
本实用新型还可通过以下技术方案进一步实现：
所述的菲尼尔凸透镜太阳能采集装置，其中，所述整机外罩上端设有直角内弯边，弯边上设有多个安装孔；所述菲尼尔透镜外沿对应位置处亦设有安装孔，穿过安装孔的螺栓将菲尼尔透镜固定安装在整机外罩的上端。
所述的菲尼尔凸透镜太阳能采集装置，其中，所述整机外罩上固定装设一亚克力半球罩。
所述的菲尼尔凸透镜太阳能采集装置，其中，所述连接器由前盖、套筒及后盖组成，前盖与套筒前端螺纹连接，双凸透镜固定安装于前盖的上部；套筒内为安装光传导棒的空腔，；后盖与套筒后端螺纹连接，冷光镜固定安装于后盖内，后盖的后部设有法兰盘并通过法兰盘与转台固定安装在一起。
所述的菲尼尔凸透镜太阳能采集装置，其中，所述光传导棒为石英玻璃棒，长度大于50mm，最佳为50mm-300mm。
所述的菲尼尔凸透镜太阳能采集装置，其中，所述传输光纤的采光端与连接器的后盖通过法兰盘连接在一起。
所述的菲尼尔凸透镜太阳能采集装置，其中，所述传输光纤为石英光纤、玻璃光纤、塑料光纤、石英光纤束、玻璃光纤束或塑料光纤束，传输光纤采光端的形心法线与冷光镜的形心法线一致。
具体使用时，阳光照射到亚加力球面罩上，其对太阳光射线中的紫外线起一定的阻挡作用，并将与菲尼尔凸透镜形心法线一致的阳光射线高效照射到菲尼尔凸透镜上，菲尼尔凸透镜与阳光射线法线的一致性由随动转台及太阳跟踪器保证。经菲尼尔凸透镜高倍数聚焦后的阳光射向双凸透镜，经双凸透镜输出的小平行光束射向光传导棒。光传导棒将小平行光束高效的传导到冷光镜，冷光镜的设计将保证阳光中的紫、红外光谱95％被截止(返回)，而可见光95％透过，并进入传输光纤。太阳光中的可见光通过传输光纤传导至灯具。最后，经散射处理传导至被照物体或空间，实现照明。
由于采用了上述技术方案，使得本实用新型具备如下技术效果：
1、本实用新型的菲尼尔凸透镜太阳能采集装置，太阳能采集器由几何中心位于同一条直线上的整机外罩、菲尼尔透镜、连接器、双面凸透镜、光传导棒及冷光镜组成，菲尼尔凸透镜采用一整个透镜，加工安装都比较方便；同时在转台及太阳跟踪装置的作用下，菲尼尔透镜的形心法线更便于与阳光射线相平行；
2、本实用新型的菲尼尔凸透镜太阳能采集装置，菲尼尔凸透镜将阳光高倍数聚焦后照射于双凸透镜上，双凸透镜将该高倍聚焦的阳光转变为一小束高强度的平行光，并将平行光均匀照射到光传导棒上，由于设定双凸透镜的焦点与菲尼尔透镜的焦点是重合的，故而实际上双凸透镜采集时是利用光斑而非焦点采集，采集难度降低，部件的加工难度及安装精度也相对降低，因此可有效降低施工难度，节约成本；
3、本实用新型的菲尼尔凸透镜太阳能采集装置，高倍聚焦的阳光光斑经双面凸透镜转换呈平行光后再照射在光传导棒上，其温度相对焦点处温度要低，传导到光传导棒上的平行光温度也相对较低，而接收小束高强度平行光的光传导棒长度大于50mm，经多方实验，最佳采用50mm-300mm，可保证在高效率传送平平行光的前提下，有效减低传输的平行光温度；
4、本实用新型的菲尼尔凸透镜太阳能采集装置，在光传导棒后端安装一冷光镜，冷光镜的形心法线与光传导棒的形心法线一致。冷光镜又称紫外红外截止滤光片，可以有效阻止紫外和红外光，截止阳光中95％的紫、红外光，而可见光则95％透过进入传输光纤，从而进一步降低温度，避免紫外光及红外光对光学系统及元件的损害；
5、本实用新型的菲尼尔凸透镜太阳能采集装置，由于利用的是光斑，且经过光传导棒及冷光镜的两步降温后再将光线传导到传输光纤，有效降低了温度，从而传输光纤可采用普通的玻璃光纤或塑料光纤，而不仅限于石英光纤，有效降低了成本，使其普及成为可能。
6、本实用新型的菲尼尔凸透镜太阳能采集装置，在整机外罩上加设半球形亚克力球罩，不但可以防尘防雨雪，且能对紫外线起到一定的阻挡作用。
7、本实用新型的菲尼尔凸透镜太阳能采集装置，导入的阳光从光缆传输端以58度角向外铺张。出光端附近亮度惊人，可达600,000.00勒克斯以上，是普通灯光的数十倍乃至上百倍。照射距离与照射角度对于室内受光面积和光照亮度有相应的作用，其按距离与面积成正比原理及距离与照度成反比原理，离光缆出射端距离越远，其照射面积可以无限扩大，但其亮度也随之相应下降。普通房间安装该产品，平均亮度能达到普通照明要求的10倍以上。导入的阳光其照射面积与距离的比例关系是：1∶1.11，即距离出光口1米远处，照射圆面积的直径是1.11米。不同照射距离、照射圆面积计算及室内平均照度如表1所示。
表1：不同照射距离、照射圆面积计算及室内平均照度表
不同的房间，可根据客户的不同要求进行照射器具的安装。
附图说明
图1为本实用新型的菲尼尔凸透镜太阳能采集装置的结构示意图(其中箭头所指方向为太阳光照射方向)；
图2为本实用新型连接器结构示意图。
具体实施方式
参见图1所示，一种菲尼尔凸透镜太阳能采集装置，包括装设有太阳跟踪器的转台7、太阳跟踪装置、太阳能采集器及传输光纤8，太阳能采集器由几何中心位于同一条直线上的整机外罩1、菲尼尔透镜2、连接器3、双面凸透镜4、光传导棒5及冷光镜6组成，整机外罩1下端固定装设于转台7的安装面上；菲尼尔透镜2装设于整机外罩1的上端；连接器3下端固定安装于转台7上；双面凸透镜4、光传导棒5、冷光6自上而下同轴装设于连接器3内；双面凸透镜4的焦点与菲尼尔透镜2的焦点相重合，从而采集为光斑而非焦点，进而采集后传输到光传导棒5上光线温度不致过高；传输光纤8的采光端装设于连接器的末端，输出端与灯具相连接。
整机外罩1为一筒状柱体，为便于连接，可以在整机外罩1上端设至直角内弯边11，弯边11上设有多个安装孔；菲尼尔透镜2外沿对应位置处亦设有安装孔，穿过安装孔的螺栓将菲尼尔透镜2固定安装在整机外罩1的上端。整机外罩1的下端也可设置直角内弯边并开设安装孔，通过螺丝将整机外罩固定安装于转台7的安装面上。整机外罩的形心法线与转台安装面的形心法线相一致。
由于太阳能采集装置需安装于室外，为避免灰尘、雨雪对装置的影响，还可以在整机外罩1上固定装设一亚克力球面罩9，该亚克力球面罩9呈半球形，直径略大于整机外罩1，侧面设有安装孔，可用螺钉将其安装于整机外罩1侧壁设置的安装孔上，起到防尘、防雨雪的作用，并对太阳光中的紫外线起到一定的阻挡作用。
进一步的，参见图2所示，为保证的连接器3、双面凸透镜4、光传导棒5及冷光镜6的几何中心位于同一条直线上，可将连接器3设置为三部分，即前盖31、套筒32及后盖33，前盖31与套筒32前端螺纹连接，双凸透镜4固定安装于前盖31的上部；套筒32为一空腔，光传导棒5套设于该空腔内，套筒32后端与后盖33螺纹连接；后盖33后端设有螺接于转台7安装面上的法兰盘，冷光镜6安装于后盖33内。
进一步的，在后盖33对应冷光镜6的位置处开设有光纤安装孔，传输光纤8的头部采光端通过套设其上的法兰盘固定安装于冷光镜6的正下方。
为了进一步降低平行光温度，用光传导棒采用石英玻璃棒，其长度大于50mm，最佳为50mm-300mm，以保证在高效率传输平行光的同时有效降低温度，做到隔热不遮光。
传输光纤8则可采用石英光纤、玻璃光纤、塑料光纤、石英光纤束、玻璃光纤束或塑料光纤束，传输光纤8采光端的形心法线与冷光镜6的形心法线一致。
具体使用时，阳光照射到亚加力球面罩9上，其对太阳光射线中的紫外线起一定的阻挡作用，并将与菲尼尔凸透镜2形心法线一致的阳光射线高效照射到菲尼尔凸透镜2上，菲尼尔凸透镜2与阳光射线法线的一致性由转台7及太阳跟踪器保证。经菲尼尔凸透镜2高倍数聚焦后的阳光射向双凸透镜4，经双凸透镜4输出的小平行光束射向光传导棒5。光传导棒5将小平行光束高效的传导到冷光镜6，冷光镜的设计将保证阳光中的紫、红外光谱95％被截止(返回)，而可见光95％透过，并进入传输光纤8。太阳光中的可见光通过传输光纤8传导至灯具。最后，经散射处理传导至被照物体或空间，实现照明。
以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型做任何形式上的限定。凡本领域的技术人员利用本实用新型的技术方案对上述实施例做出的任何等同的变动、修饰或演变等，均仍属于本实用新型的技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种菲尼尔凸透镜太阳能采集装置，包括装设有太阳能跟踪装置的转台、太阳能采集器及传输光纤，其特征在于：
太阳能采集器由几何中心位于同一条直线上的整机外罩、菲尼尔透镜、连接器、双面凸透镜、光传导棒及冷光镜组成，整机外罩下端固定装设于转台上；菲尼尔透镜装设于整机外罩的上端；连接器下端固定安装于转台上；双面凸透镜、光传导棒、冷光镜自上而下同轴装设于连接器内；双面凸透镜的焦点与菲尼尔透镜的焦点相重合；传输光纤的采光端装设于连接器的末端，输出端与灯具相连接。
2.根据权利要求1所述的菲尼尔凸透镜太阳能采集装置，其特征在于：
所述整机外罩上端设有直角内弯边，弯边上设有多个安装孔；所述菲尼尔透镜外沿对应位置处亦设有安装孔，穿过安装孔的螺栓将菲尼尔透镜固定安装在整机外罩的上端。
3.根据权利要求1或2所述的菲尼尔凸透镜太阳能采集装置，其特征在于：
所述整机外罩上固定装设一亚克力半球罩。
4.根据权利要求1所述的菲尼尔凸透镜太阳能采集装置，其特征在于：
所述连接器由前盖、套筒及后盖组成，前盖与套筒前端螺纹连接，双凸透镜固定安装于前盖的上部；套筒内为安装光传导棒的空腔；后盖与套筒后端螺纹连接，冷光镜固定安装于后盖内，后盖的后部设有法兰盘并通过法兰盘与转台固定安装在一起。
5.根据权利要求1所述的菲尼尔凸透镜太阳能采集装置，其特征在于：
所述光传导棒为石英玻璃棒，长度大于50mm。
6.根据权利要求5所述的菲尼尔凸透镜太阳能采集装置，其特征在于：
所述光传导棒的长度为50mm—300mm。
7.根据权利要求1所述的菲尼尔凸透镜太阳能采集装置，其特征在于：
所述传输光纤的采光端与连接器的后盖通过法兰盘连接在一起。
8.根据权利要求6所述的菲尼尔凸透镜太阳能采集装置，其特征在于：
所述传输光纤为石英光纤、玻璃光纤、塑料光纤、石英光纤束、玻璃光纤束或塑料光纤束，传输光纤采光端的形心法线与冷光镜的形心法线一致。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20100811 Termination date: 20141207 |
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