兩級(jí)聚焦太陽(yáng)光匯聚裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的兩級(jí)聚焦太陽(yáng)光匯聚裝置主要包括第一級(jí)聚光單元、第二級(jí)聚光單元、支架和光纖；其中所述第一級(jí)聚光單元和第二級(jí)聚光單元固定于支架上，并在太陽(yáng)入射光路上耦合，其中第一級(jí)聚光單元用于初步匯聚太陽(yáng)光；第二級(jí)聚光單元用于再次匯聚經(jīng)第一級(jí)聚光單元匯聚后的太陽(yáng)光。有益效果在于降低了太陽(yáng)光聚焦光斑的大小。同時(shí)石英光纖可以通過(guò)光纖準(zhǔn)直器上的螺絲進(jìn)行位置調(diào)節(jié)，因此可以調(diào)節(jié)不同光譜的太陽(yáng)光進(jìn)入光纖中，達(dá)到選擇性傳輸太陽(yáng)光譜的目的。可以通過(guò)小直徑的石英光纖進(jìn)行傳輸，降低了成本。同時(shí)光纖準(zhǔn)直器較大的孔徑光闌可以有效降低對(duì)跟蹤精度的要求?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)光纖在光纖準(zhǔn)直器中的位置有選擇性的傳輸太陽(yáng)光中的光譜。
【專利說(shuō)明】?jī)杉?jí)聚焦太陽(yáng)光匯聚裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及新能源領(lǐng)域中的太陽(yáng)能利用技術(shù)，涉及一種太陽(yáng)光照明系統(tǒng)，特別涉及一種兩級(jí)聚焦的太陽(yáng)匯聚裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的太陽(yáng)光匯聚技術(shù)通常采用的是單級(jí)透鏡進(jìn)行太陽(yáng)光匯聚。由于這種匯聚技術(shù)對(duì)太陽(yáng)光的聚焦效果不佳，聚焦后存在光斑面積大等缺點(diǎn)，通常為了保證傳輸效果需要多根大直徑的石英光纖進(jìn)行傳輸。而大直徑的石英光纖價(jià)格非常昂貴，所以傳統(tǒng)的太陽(yáng)光匯聚設(shè)備造價(jià)不菲。傳統(tǒng)的光纖太陽(yáng)光導(dǎo)入系統(tǒng)一般需要6根lum直徑的石英光纖才能導(dǎo)入足夠的太陽(yáng)光，而1微米直徑的石英光纖1米價(jià)格在幾百元，因此整個(gè)太陽(yáng)光照明系統(tǒng)的成本非常高，很不利于這種很有前途的太陽(yáng)能利用技術(shù)的推廣。同時(shí)傳統(tǒng)的光纖太陽(yáng)光照明系統(tǒng)太陽(yáng)光和光纖耦合面積小，因此對(duì)跟蹤系統(tǒng)要求非常高，稍微的跟蹤偏差都會(huì)導(dǎo)致耦合效率的迅速降低，導(dǎo)致出光的不穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為了解決傳統(tǒng)的太陽(yáng)光匯聚裝置造價(jià)昂貴、不利于推廣以及出光不穩(wěn)定的不足，提出了ー種兩級(jí)聚焦的太陽(yáng)光匯聚裝置。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:兩級(jí)聚焦太陽(yáng)光匯聚裝置，其特征在于，包括第一級(jí)聚光単元、第二級(jí)聚光単元、支架和光纖；
[0005]所述第一級(jí)聚光単元和第二級(jí)聚光単元固定干支架上，并在太陽(yáng)入射光路上耦合，其中第一級(jí)聚光単元用于初步匯聚太陽(yáng)光；第二級(jí)聚光単元用于再次匯聚經(jīng)第一級(jí)聚光単元匯聚后的太陽(yáng)光；
[0006]光纖與第二級(jí)聚光単元耦合連接，用于傳輸經(jīng)第二級(jí)聚光単元匯聚后的太陽(yáng)光。
[0007]為了確保第一級(jí)聚光単元與第二級(jí)聚光單元耦合的穩(wěn)定性，避免因?yàn)槔塾?jì)誤差或者環(huán)境變化等因素引起的二者耦合效果變差的情況，所述太陽(yáng)光匯聚裝置還包括第一調(diào)節(jié)組件，所述第二級(jí)聚光単元通過(guò)第一調(diào)節(jié)組件與支架相連接，第一調(diào)節(jié)組件用于調(diào)節(jié)第二級(jí)聚光単元到第一級(jí)聚光単元的距離。
[0008]進(jìn)ー步的，所述太陽(yáng)光匯聚裝置還包括第二調(diào)節(jié)組件，所述第二調(diào)節(jié)組件用于調(diào)節(jié)光纖端面在所述太陽(yáng)光匯聚裝置光軸上的位置。
[0009]優(yōu)選的，所述第一級(jí)聚光単元為菲涅爾透鏡；第二級(jí)聚光単元為光纖準(zhǔn)直器。
[0010]為了避免匯聚后的太陽(yáng)光損壞光纖，所述光纖采用耐高溫的石英光纖。
[0011]具體的，所述第一調(diào)節(jié)組件包括調(diào)節(jié)螺母，所述調(diào)節(jié)螺母與支架固定連接，并與第ニ級(jí)聚光單元螺紋連接。
[0012]具體的，所述第二調(diào)節(jié)組件包括緊定螺釘，用于固定光纖的位置。
[0013]本發(fā)明的有益效果:通過(guò)采用兩級(jí)聚光単元有效的降低了太陽(yáng)光聚焦光斑的大小，提高太陽(yáng)光和光纖的傳輸效率。同時(shí)石英光纖可以通過(guò)光纖準(zhǔn)直器上的螺絲進(jìn)行位置調(diào)節(jié)，因此可以調(diào)節(jié)不同光譜的太陽(yáng)光進(jìn)入光纖中，達(dá)到選擇性傳輸太陽(yáng)光譜的目的。可以通過(guò)小直徑的石英光纖進(jìn)行傳輸，降低了成本。同時(shí)光纖準(zhǔn)直器較大的孔徑光闌可以有效降低對(duì)跟蹤精度的要求?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)光纖在光纖準(zhǔn)直器中的位置有選擇性的傳輸太陽(yáng)光中的光譜。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的太陽(yáng)光匯聚裝置的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0015]圖2為圖1所示太陽(yáng)光匯聚裝置的第二級(jí)聚光單元光路示意圖；
[0016]圖3為圖1所示太陽(yáng)光匯聚裝置的太陽(yáng)光選擇原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)ー步詳述。
[0018]為了便于理解，以下結(jié)合與本發(fā)明方案原理相同的兩級(jí)聚焦太陽(yáng)匯聚裝置結(jié)構(gòu)對(duì)本發(fā)明的原理作詳細(xì)描述。
[0019]如圖1所示，本發(fā)明的ー種兩級(jí)聚焦太陽(yáng)光匯聚裝置，包括第一級(jí)聚光単元1、第ニ級(jí)聚光単元3、支架2和光纖6。所述第一級(jí)聚光単元1和第二級(jí)聚光単元3固定干支架2上，并在太陽(yáng)入射光路上耦合，具體的，第二級(jí)聚光単元3的受光面位于第一級(jí)聚光単元的焦點(diǎn)附近，以滿足能全部接收第一級(jí)聚光単元匯聚的可見(jiàn)光為限。第一級(jí)聚光単元用于初步匯聚太陽(yáng)光；第二級(jí)聚光単元用于再次匯聚經(jīng)第一級(jí)聚光単元匯聚后的太陽(yáng)光，二者形成兩級(jí)級(jí)聯(lián)匯聚的耦合關(guān)系。光纖與第二級(jí)聚光単元耦合連接，用于傳輸經(jīng)第二級(jí)聚光単元匯聚后的太陽(yáng)光。這里的耦合關(guān)系及原理與第一級(jí)聚光単元和第二級(jí)聚光単元的耦合管理及原理類似。在耦合條件下，第一級(jí)聚光単元、第二級(jí)聚光單元以及光纖各自的中軸共線。
[0020]為了確保第一級(jí)聚光単元與第二級(jí)聚光單元耦合的穩(wěn)定性，避免因?yàn)槔塾?jì)誤差或者環(huán)境變化等因素引起的二者耦合效果變差的情況，所述太陽(yáng)光匯聚裝置還包括第一調(diào)節(jié)組件4，所述第二級(jí)聚光単元3通過(guò)第一調(diào)節(jié)組件4與支架相連接，第一調(diào)節(jié)組件用于調(diào)節(jié)第二級(jí)聚光単元到第一級(jí)聚光単元的距離。具體的，第一調(diào)節(jié)組件包括調(diào)節(jié)螺母，所述調(diào)節(jié)螺母與支架固定連接，并與第二級(jí)聚光単元螺紋連接。
[0021]作為優(yōu)選方案，太陽(yáng)光匯聚裝置還可以包括第二調(diào)節(jié)組件5，所述第二調(diào)節(jié)組件5用于調(diào)節(jié)光纖端面在所述太陽(yáng)光匯聚裝置光軸上的位置。所述第一級(jí)聚光單元為菲涅爾透鏡；第二級(jí)聚光単元為光纖準(zhǔn)直器。為了避免匯聚后的太陽(yáng)光損壞光纖，所述光纖采用耐高溫的石英光纖。具體的，所述第二調(diào)節(jié)組件包括緊定螺釘，用于固定光纖的位置。當(dāng)緊定螺釘松開(kāi)時(shí)，光纖可以在光軸方向上自由移動(dòng)，當(dāng)移動(dòng)到合適的位置時(shí)，可以通過(guò)緊定螺釘固定。
[0022]以下為另ー優(yōu)選實(shí)施例及其原理，如圖2及圖3所示，菲涅爾透鏡作為第一級(jí)聚光単元提供第一級(jí)聚焦，聚焦的位置處于光纖準(zhǔn)直器3的入光面，并且兩者光軸位于同一直線上。平行的太陽(yáng)光經(jīng)過(guò)菲涅爾透鏡匯聚于光纖準(zhǔn)直器3的入光面。光纖準(zhǔn)直器3內(nèi)部主要是ー個(gè)凸透鏡31，具有匯聚光的能力，可以進(jìn)ー步縮小第一級(jí)聚焦后的光斑大小。光纖準(zhǔn)直器3的位置可以通過(guò)支架2上的螺絲進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過(guò)調(diào)節(jié)光纖準(zhǔn)直器3的位置可以調(diào)節(jié)光斑的大小，調(diào)節(jié)的時(shí)候滿足光斑的尺寸小于石英光纖6的直徑即可。在已經(jīng)初步聚焦的太陽(yáng)光線通過(guò)光纖準(zhǔn)直器3的進(jìn)ー步的聚焦后導(dǎo)入到石英光纖6中。通過(guò)兩級(jí)聚焦后可以有效的降低太陽(yáng)光斑大小，因此只需要一根1微米直徑的石英光纖傳導(dǎo)即可。光纖準(zhǔn)直器3上的緊定螺釘可以調(diào)節(jié)光纖在準(zhǔn)直器中的位置。由于不同頻率的光的折射率不同，因此可見(jiàn)光、紫外線和紅外線在石英光纖3聚焦的位置不同，因此可以通過(guò)調(diào)節(jié)螺絲5調(diào)節(jié)光纖的前后位置達(dá)到有選擇性傳導(dǎo)太陽(yáng)光光譜的目的。
[0023]在圖2中，表明了光線在光纖準(zhǔn)直器中的傳導(dǎo)過(guò)程，初步匯聚的太陽(yáng)光S，經(jīng)過(guò)光纖準(zhǔn)直器的凸透鏡31后得到進(jìn)ー步聚焦的太陽(yáng)光。凸透鏡聚焦太陽(yáng)光時(shí)，聚焦折射作用使太陽(yáng)光中不同波長(zhǎng)的各類光線在光軸線上形成不同距離的聚焦焦點(diǎn)，各光線的聚焦焦點(diǎn)前后位置出現(xiàn)較大差異，波長(zhǎng)較短的紫外線焦點(diǎn)靠近透鏡，波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅外線焦點(diǎn)遠(yuǎn)離透鏡，波長(zhǎng)居中的可見(jiàn)光焦點(diǎn)位于兩者之間。因此若想濾除掉太陽(yáng)中的紫外線和紅外線，可以通過(guò)第一調(diào)節(jié)組件調(diào)節(jié)光纖的前后位置，使得石英光纖入光面剛好位于可見(jiàn)光焦點(diǎn)處，這樣大部分紫外線和紅外線進(jìn)入不了石英光纖，達(dá)到了選擇性傳遞太陽(yáng)光譜的目的。具體過(guò)程參考圖3，圖中位置D1為紫外線的焦點(diǎn)，位置D2為可見(jiàn)光的焦點(diǎn)，位置D3為紅外線的焦點(diǎn)，讓石英光纖6的入光面位于可見(jiàn)光焦點(diǎn)處，使大部分可見(jiàn)光進(jìn)入光纖即可。
[0024]以上所述僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)理解，在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改、替換和改變。因此本發(fā)明不應(yīng)由上述事例來(lái)限定，而應(yīng)以權(quán)カ要求書的保護(hù)范圍來(lái)限定。
【權(quán)利要求】
1.兩級(jí)聚焦太陽(yáng)光匯聚裝置，其特征在于，包括第一級(jí)聚光単元、第二級(jí)聚光単元、支架和光纖； 所述第一級(jí)聚光単元和第二級(jí)聚光単元固定干支架上，并在太陽(yáng)入射光路上耦合，其中第一級(jí)聚光単元用于初步匯聚太陽(yáng)光；第二級(jí)聚光単元用于再次匯聚經(jīng)第一級(jí)聚光単元匯聚后的太陽(yáng)光； 光纖與第二級(jí)聚光単元耦合連接，用于傳輸經(jīng)第二級(jí)聚光単元匯聚后的太陽(yáng)光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩級(jí)聚焦太陽(yáng)光匯聚裝置，其特征在于，所述太陽(yáng)光匯聚裝置還包括第一調(diào)節(jié)組件，所述第二級(jí)聚光単元通過(guò)第一調(diào)節(jié)組件與支架相連接，第一調(diào)節(jié)組件用于調(diào)節(jié)第二級(jí)聚光単元到第一級(jí)聚光単元的距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的兩級(jí)聚焦太陽(yáng)光匯聚裝置，其特征在于，所述太陽(yáng)光匯聚裝置還包括第二調(diào)節(jié)組件，所述第二調(diào)節(jié)組件用于調(diào)節(jié)光纖端面在所述太陽(yáng)光匯聚裝置光軸上的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的兩級(jí)聚焦太陽(yáng)光匯聚裝置，其特征在于，所述第一級(jí)聚光單元為菲涅爾透鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的兩級(jí)聚焦太陽(yáng)光匯聚裝置，其特征在干，所述第一級(jí)聚光單元為菲涅爾透鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或5之任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的兩級(jí)聚焦太陽(yáng)光匯聚裝置，其特征在于，所述第二級(jí)聚光単元為光纖準(zhǔn)直器。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的兩級(jí)聚焦太陽(yáng)光匯聚裝置，其特征在于，所述第二級(jí)聚光單兀為光纖準(zhǔn)直器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的兩級(jí)聚焦太陽(yáng)光匯聚裝置，其特征在干，所述光纖為石英光纖。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的兩級(jí)聚焦太陽(yáng)光匯聚裝置，其特征在干，所述第一調(diào)節(jié)組件包括調(diào)節(jié)螺母，所述調(diào)節(jié)螺母與支架固定連接，并與第二級(jí)聚光単元螺紋連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求3、7、8或9之任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的兩級(jí)聚焦太陽(yáng)光匯聚裝置，其特征在于，所述第二調(diào)節(jié)組件包括緊定螺釘，用于固定光纖的位置。
【文檔編號(hào)】G02B19/00GK103454760SQ201310381622
【公開(kāi)日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月28日
【發(fā)明者】王卓然, 袁國(guó)慧, 王維, 高亮 申請(qǐng)人:成都譜視科技有限公司