NL8900222A

NL8900222A - Inrichting voor het verzamelen van zonnestralen.

Info

Publication number: NL8900222A
Application number: NL8900222A
Authority: NL
Original assignee: Kei Mori
Priority date: 1988-02-04
Filing date: 1989-01-30
Publication date: 1989-09-01
Also published as: AU2378588A; FR2626966A1; GB8902073D0; JPH01200209A; SE8803897L; KR910008485B1; KR890013435A; FI884842A; FI884842A0; DE3837741A1; GB2215483A; IT1228072B; DK666288D0; CN1034813A; SE8803897D0; ES2011399A6; IT8919256A0; DK666288A

Description

MO 35447 1

Inrichting voor het verzamelen van zonnestralen.

Achtergrond van de uitvinding.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het verzamelen van zonnestralen, waarin het zonlicht, gefocusseerd on-5 der toepassing van een Fresnellens, effectief binnengeleid wordt in een optische kabel.

De onderhavige aanvrager heeft eerder een inrichting voorgesteld voor het verzamelen van zonnestralen voorzien van een groot aantal lenzen. De zonnestralen gefocusseerd door de lenzen worden binnengeleid in 10 de optische geleiderkabels. De zonnestralen die op een dergelijke manier geleid worden, worden door de optische geleiderkabel naar een optische gewenste plaats gezonden.

In de bovengenoemde inrichting voor het verzamelen van zonnestralen is, wanneer de nummerieke apertuurhoek van de lens groot is, de af-15 beelding van de zon gefocusseerd door de lens klein. Bijgevolg kan er een optische kabel met een kleine diameter gebruikt worden. Dit is het voordeel van zijn afmetingen. Echter, de hellingshoek bij het deel aan de omtrek van de lens is groot en daarom is de hoeveelheid licht die aan dit deel reflecteert groot en is de focusseringsefficiëntie niet 20 goed. De invalshoek van de optische kabel is ook groot. Bijgevolg is de mate van reflectie aan het licht-ontvangende einde van de optische kabel groot en is de efficiëntie bij het binnenleiden van zonnestralen in de optische kabel niet goed. Verder worden de zonnestralen die de lens binnengaan gereflecteerd naar het licht-uitzendende einde daarvan 25 en teruggestuurd in de lens. Daarna planten de gereflecteerde zonnestralen zich voort binnen de lens. Om deze reden kunnen de invallende stralen niet effectief binnengeleid worden in de optische kabel.

Aan de andere kant is, wanneer de numerieke apertuur van de lens klein is, de hellingshoek op het deel aan de omtrek daarvan klein. Bij-30 gevolg is de mate van reflectie aan deze zijde van de invalshoek klein aangezien de optische kabel klein is, zodat de mate van reflectie aan het licht-ontvangende einde van de optische kabel ook klein is. Hierdoor wordt het verzamelen van zonnestralen effectiever. Daarentegen is de afbeelding van de zon gefocusseerd door de lens groot. Bijgevolg 35 moet de diameter van de optische kabel groot zijn. Hierdoor worden de kosten van de optische kabel hoog. Dergelijke kwesties zijn de zwakke punten van de stand der techniek.

Samenvatting van de uitvinding.

De onderhavige uitvinding beoogt om het gebruik van een optische 40 kabel met een grote numerieke apertuur mogelijk te maken en verder om 89 00222.' ψ 2 reflectie op het licht-ontvangende einde van de optische kabel te elimineren om een hoge efficiëntie te handhaven bij de geleiding van de zonnestralen in de optische kabel.

De onderhavige uitvinding beoogt ook om de diameter van de opti-5 sche kabel te verkleinen met de bedoeling de kosten daarvan te verlagen.

Korte beschrijving van de tekeningen.

Figuur 1 is een aanzicht in perspectief voor het verklaren van een uitvoeringsvorm van een eerder door de onderhavige aanvrager voorge-10 stelde inrichting voor het verzamelen van zonnestralen;

Figuren 2 tot 4 zijn respectievelijk constructieaanzichten voor het verklaren van uitvoeringsvormen van de inrichting voor het verzamelen van zonnestralen volgens de stand der techniek; en

Figuur 5 is een constructieaanzicht voor het verklaren van een 15 uitvoeringsvorm van de inrichting voor het verzamelen van zonnestralen volgens de onderhavige uitvinding.

Beschrijving van de voorkeursuitvoeringsvormen.

Figuur 1 is een gedetailleerd aanzicht in perspectief voor het verklaren van een uitvoeringsvorm van een inrichting voor het verzame-20 len van zonnestralen. In figuur 1 verwijst het referent!egetal 1 naar een transparante beschermende capsule, 2 naar een Fresnellens, 3 naar een lens-houdend instrument, 4 naar een richtingsensor voor het waarnemen van de richting van de zonnestralen, 5 naar een optische vezel (of een optische geleiderkabel) voorzien van een licht-ontvangend einde dat 25 geplaatst moet worden in het brandpunt van de Fresnellens 2, 6 naar een vezel houder, 7 naar een arm, 8 naar een pulsmotor, 9 naar een horizontaal roteerbare as die geroteerd wordt door de pulsmotor 8, 10 naar een basis voor het dragen van de beschermende capsule 1, 11 naar een pulsmotor, en 12 naar een verticaal roteerbare as aangedreven door de puls-30 motor 11.

Zoals reeds werd voorgesteld door de onderhavige aanvrager, detecteert de boven-genoemde inrichting voor het verzamelen van zonnestralen de richting van de zon onder toepassing van de sensor voor de zonnestraal richting 4, en het detectiesignaal daarvan stuurt de pulsmotoren 35 9 en 11. De beide pulsmotoren 8 en 11 doen respectievelijk de horizontaal roteerbare as 9 en de verticaal roteerbare as 12 roteren om de sensor voor de richting van de zonnestralen in de richting van de zon te bewegen. Op die manier worden de zonnestralen gefocusseerd door elk van de lenzen 2 respectievelijk binnengeleid in de optische vezels 5 40 die voorzien zijn van een licht-ontvangend einde aangebracht in het 8900222./ 3 brandpunt van de respectieve lenzen. Voor elke lens is een optische vezel of een optische geleiderkabel 5 aangebracht en uit de inrichting voor het verzamelen van zonnestralen weggevoerd, samengebundeld in een kabel 13 en naar een optionele gewenste plaats geleid waar hij wordt 5 gebruikt.

Figuren 2 en 3 zijn respectievelijk constructieaanzichten voor het verklaren van uitvoeringsvormen van inrichtingen voor het verzamelen van zonnestralen volgens de stand der techniek. In de figuren 2 en 3 verwijst het referentiegetal 2 naar een lens voor het focusseren van 10 het zonlicht, en 5 naar een optische kabel waarin de gefocusseerde zonnestal en worden binnengeleid. Figuur 2 toont een uitvoeringsvorm voor het geval van een grote numerieke apertuur (hoek) van de lens 2, en figuur 3 toont een andere uitvoeringsvorm voor het geval van een kleine numerieke apertuur (hoek) van de lens 2.

15 Wanneer de numerieke apertuur van de lens 2 groot is, dan is de afbeelding van de zon, gefocusseerd door de lens 2, klein zoals getoond in figuur 2. Bijgevolg kan er een optische kabel met een kleine diameter worden gebruikt. Dit is het voordeel van zijn afmetingen. Daarentegen is de hellingshoek Οχ bij het deel aan de omtrek van de lens 2 20 groot en daarom is de hoeveelheid licht die aan dit deel reflecteert groot en is de focusserende efficiëntie niet goed. De invalshoek O2 van de optische kabel 5 1s ook groot. Bijgevolg is de mate van reflectie op het licht-ontvangende einde van de optische kabel 5 groot en de efficiëntie bij de geleiding van de zonnestraal in de optische kabel 25 5 niet goed. Yerder worden de zonnestralen die de lens 2 binnengaan gereflecteerd naar op het licht-uitzendende einde 2a en teruggestuurd in de lens 2. Daarna planten de gereflecteerde zonnestralen zich voort binnen de lens 2. Om deze reden kunnen de invallende stralen niet effectief in de optische kabel binnengeleid worden.

30 Aan de andere kant is, wanneer de apertuurhoek van de lens 2 klein is, de hellingshoek O3 bij het deel aan de omtrek van de lens 2 ook klein. Bijgevolg is de mate van reflectie aan deze zijde klein en is de Invalshoek O4 voor de optische kabel 5 klein zodat de mate van reflectie aan het licht-ontvangende einde van de optische kabel 5 ook 35 klein is. Daardoor wordt de inzameling van stralen efficiënter. Daarentegen is de afbeelding van de zon gefocusseerd door de lens 2 groot, zoals getoond in figuur 3. Bijgevolg moet de diameter van de optische kabel groot zijn. Hierdoor worden de kosten van de optische kabel hoog. Dergelijke kwesties zijn de zwakke punten van de stand van de tech-40 niek.

89 00221.' * 4

Figuur 4 is een vergroot diagram van het hoofddeel van een Fresnel lens toegepast in plaats van een lens met een grote apertuurhoek zoals getoond in figuur 2. Zoals bekend is een Fresnellens een lens waarin de dikte daarvan wordt verkleind door het effectieve gebruik van 5 het ronde oppervlak C van een gewone lens zoals getoond in figuur 2 en daarom is zijn totale gewicht ook verminderd. In het geval van toepassing van een dergelijke Fresnellens in plaats van de respectieve lenzen getoond in figuren 2 en 3, kunnen zowel de afmeting van de inrichting als het gewicht daarvan verminderd worden. In het bijzonder in het ge-10 val waarin men de lens de beweging van de zon laat volgen, wordt het gewicht van het bewegende deel verminderd zodat zijn actie versneld kan worden. Dit zijn de voorkeursomstandigheden voor de inrichting.

Aan de andere kant wordt er in het geval van toepassing van een Fresnellens zoals getoond in figuur 2 in principe een lens met een 15 grote apertuurhoek afgesneden zoals getoond door Αχ, A£, A3,...

De afgesneden delen van de lens zijn aangebracht op een horizontaal vlak zoals getoond door Αχ, A2, A3,....., en de lensoppervlakken,

Si, S2, $3,......worden gebruikt als de oppervlakken van de

Fresnellens. In dat geval, wanneer de lens wordt afgesneden zoals ge- 20 toond door Αχ, A2, A3,......, moeten de oppervlakken Βχ, B2, B3,.—, schuin afgesneden worden zoals getoond in figuur 4. In een dergelijke constructie, kunnen de lichtstralen die overeenkomen met Wx, W2,..... niet toegepast worden. Om deze reden blijkt dit inef fectief te zijn.

25 De onderhavige uitvinding werd gedaan om de gebreken van de stand van de techniek zoals boven genoemd op te lossen. De onderhavige uitvinding beoogt in het bijzonder om het gebruik van een optische kabel met een groot apertuurgetal mogelijk te maken en verder om reflextie aan het licht-ontvangende einde van de optische kabel te elimineren om 30 bij het binnenleiden van de zonnestralen in de optische kabel de hoge efficiëntie te handhaven. De onderhavige uitvinding beoogt ook om het mogelijk te maken dat de diameter van de optische kabel verkleind kan worden met de bedoeling om de kosten daarvan te verlagen.

Figuur 5 is een constructieaanzicht voor het verklaren van een 35 uitvoeringsvorm van de inrichting voor het verzamelen van zonnestralen volgens de onderhavige uitvinding. In figuur 5 verwijst het referentie-getal 2 naar een Fresnellens voor het focusseren van de zonnestralen, 5 naar een optische kabel, en 20 naar een optische koppeling die bestaat uit een in een punt afgesneden conische lichtgeleider, voorzien van een 40 groot uiteinde 20a als licht-ontvangend uiteinde en een klein uiteinde 89 0022.2.1 5 ' 20b voor het uitzenden van licht.

In de onderhavige uitvinding wordt een Fresnellens met een kleine numerieke apertuur, met andere woorden met een niet zo grote hellings-hoek op het deel aan de omtrek daarvan, als een licht-focusserende lens 5 gebruikt. Echter, een Fresnellens 2 met een kleine numerieke apertuur heeft een kleine hellingshoek op het deel aan de omtrek daarvan en bijgevolg is de mat» van reflectie hiervan klein. En verder kan het schuine stuk in figuur 4 klein worden gemaakt waardoor de zonnestralen effectief gefocusseerd kunnen worden door middel van de Fresnellens 2.

10 Echter, aangezien de afbeelding van de zon gefocusseerd door een Fresnellens 2 met een kleine numerieke apertuur groot is, moet er in het geval dat de zonnestralen, gefocusseerd door de Fresnellens direkt de optische kabel 5 worden binnengeleid, een optische kabel met een grote diameter gebruikt worden, zodat de kosten van de inrichting hoog wor-15 den.

Aan de andere kant moet de apertuurhoek van de lens 2, als de diameter van de optische kabel 5 moet worden verkleind, worden vergroot om de afbeelding gefocusseerd door de lens 1 klein te maken. Wanneer echter de apertuurhoek van de lens 2 vergroot wordt, wordt de invalshoek 20 van de zonnestralen op het inval seinde vlak van de optische kabel 2 ook vergroot zoals hiervoor genoemd, zodat het reflect!ever!ies groot wordt. Dit is een probleem dat opgelost moet worden. Daarom wordt in de onderhavige uitvinding de optische koppeling 20 voorzien van een licht-ontvangend uiteinde 20a met een groot oppervlak en wordt een licht-uit-25 zendend uiteinde 20b met een klein oppervlak toegepast, en de relatief grote afbeelding van de zon gefocusseerd door de Fresnellens 2 met een relatief kleine nummerieke apertuur wordt ontvangen op het grote uiteinde 20a van de optische koppeling 20 en in de optische koppeling 20 binnengeleid.

30 De zonnestralen die de optische koppeling 20 worden binnengeleid worden gereflecteerd door het oppervlak aan de omtrek 20c en planten zich voort naar het licht-uitzendende uiteinde 20b. Elke keer dat dergelijke reflecties worden herhaald wordt de apertuurhoek groter en groter. Tenslotte wordt de apertuurhoek op het licht-uitzendende uiteinde 35 20b bijna gelijk aan de numerieke apertuur van de optische kabel 5.

Bijgevolg kunnen, wanneer de zonnestralen uitgezonden vanaf de optische koppeling 20 de optische kabel 5 binnengeleid worden, de lichtstralen zich voortplanten binnen de optische kabel 5. Op een dergelijke manier kunnen de lichtstralen het meest effectief worden overgebracht.

40 Zoals echter hiervoor vermeld, worden in het geval waarin de nume- 89 00221.' r’ 6 rieke apertuur van de optische geleiderkabel 5 groot is, de zonnestralen met een grote overeenkomstige invalshoek (apertuurhoek) de optische kabel 5 met een groot openingsgetal binnengeleid. Echter, het reflec-tieverlies aan het licht-ontvangende uiteinde van de optische kabel 5 5 is groot, zodat de zonnestralen niet effectief de optische kabel 5 kunnen worden binnengeleid. Daarentegen wordt in de onderhavige uitvinding het licht-uitzendende uiteinde 20b van de optische koppeling 20 in zijn geheel en vasthechtend bevestigd aan het licht-ontvangende eindopper-vlak van de optische kabel 5 onder toepassing van een optische pasta of 10 dergelijke. Bijgevolg kan het reflect!ever!ies aan het licht-ontvangende einde van de optische kabel 5 volledig geëlimineerd worden.

Zoals duidelijk is uit de voorgaande beschrijving kan, volgens de onderhavige uitvinding wanneer er een Fresnellens met een kleine numerieke apertuur wordt gebruikt, het reflectieverlies aan het deel aan de 15 omtrek van de lens, kleiner worden gemaakt in vergelijking tot het geval waarin de Fresnel!ens een grote numerieke apertuur heeft. Daarnaast wordt het schuin afgesneden oppervlak, vereist op het moment dat de Fresnel lens wordt gevormd, verkleind zodat de zonnestralen effectief gefocusseerd kunnen worden. En verder kan, onder toepassing van een op-20 tische koppeling voorzien van een groot licht-ontvangend oppervlak, een Fresnellens met een kleine numerieke apertuur toegepast worden en daarbij kan het reflectieverlies aan het licht-ontvangende oppervlak van de optische koppeling verminderd worden. Wanneer de zonnestralen door de optische koppeling heen gaan wordt de apertuurhoek van de zonnestralen 25 vergroot. Bovendien kan de apertuurhoek zodanig vergroot worden dat dit de maximaal aantoonbare, door de optische kabel aangenomen apertuurhoek wordt. Bijgevolg kan er een optische kabel met een grote numerieke apertuur gebruikt worden en een optische kabel met een kleine diameter. Als resultaat kunnen de kosten van de optische kabel gereduceerd wor-30 den. Verder kan het reflectieverlies aan het licht-ontvangende einde van de optische kabel volledig geëlimineerd worden door het licht-ontvangende einde van de optische koppeling in zijn geheel en vasthechtend te bevestigen aan het licht-ontvangende einde van de optische kabel onder toepassing van een optische pasta of dergelijke.

89 00 222.·

Claims

Inrichting voor het verzamelen van zonnestralen omvattende een lens voor het focusseren van het zonlicht, een optische koppeling ge-5 maakt van een in een punt-afgesneden konische lichtgeleider en een optische kabel, waarin de door de lens gefocuseerde zonnestralen op het grote uiteinde van de optische koppeling worden ontvangen en vanaf het kleine uiteinde van de optische koppeling worden afgegeven en welke stralen verder de optische kabel worden binnengeleid, met het kenmerk, 10 dat de optische kabel een groter reflectieverlies heeft wanneer de invalshoek van de zonnestralen aan het licht-ontvangende oppervlak van de lichtgeleider gelijk is aan of groter is dan de numerieke apertuur van de optische kabel, waarbij de lens met een Fresnellens is vervaardigd die een kleinere numerieke apertuur heeft dan die van de optische ka-15 bel, van welke optische koppeling de numerieke apertuur van het licht-ontvangende uiteinde gelijk is aan die van de optische kabel om het reflectieverlies te elimineren, waarbij het licht-uitzendende einde van de optische koppeling onder toepassing van een optische pasta vasthechtend aan het licht-ontvangende einde van de optische kabel is bevestigd 20 onder toepassing van een optische pasta. 89 00212-