基于自由曲面結構的濾波型陽光采集器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于太陽能利用技術領域，涉及一種基于自由曲面結構的濾波型陽光采集器。
【背景技術】
[0002]傳統用于太陽光照明的陽光采集器的直射式或反射式用于光導管的陽光采集器和透射式用于光纖照明的陽光采集器。
[0003]其中用于光導管的陽光采集器的基本原理是光以直射或反射形式射入光導管，之后在光導管內以全反射形式將太陽光傳輸至需要照明的區域。這種陽光采集器結構簡單，但在后續的光傳輸中由于光衰減過大，往往只能用于傳輸距離很近的區域，如地下車庫或庭院等。
[0004]就用于太陽光光纖照明系統的陽光采集器而言，目前，采集器內的采光器件或是采用普通透鏡，或是采用菲涅爾透鏡。由于受到幾何光學物像共扼關系的限制，如果要采用大口徑的普通透鏡，勢必造成透鏡厚度很厚，且焦距很大，對應的陽光采集器在結構上非常笨重，無法推廣應用，但如果采用小口徑的普通透鏡，又無法保證足夠的光通量。為避免這個弊端，目前與太陽光光纖照明系統對應的陽光采集器的光學部件往往采用菲涅爾透鏡，可以增大采光部件的尺寸，并且保證結構較為輕薄。因此，目前國內外類似于“向日葵”結構的陽光采集器所采用的采光部件90%以上均采用菲涅爾透鏡。
[0005]盡管菲涅爾透鏡可以保證極大的采光面積，且結構比較輕薄，但由于受到菲涅爾透鏡的結構原理及加工工藝限制，使得菲涅爾透鏡的光學聚焦是一個多焦點系統，如圖1所示，在目前工藝條件下，主焦點處的光通量不到所收集到的光能量的一半，太陽光能浪費嚴重，在某些光通量要求稍高的照明領域，該系統由于光能不足根本無法達到規定的照明要求；另一方面，目前陽光采集器的采光結構沒有任何散熱或隔熱措施，使得焦點處匯聚了極大的熱能，這部分熱能由于沒有及時散熱，在系統的太陽光耦合端或出射端由于熱能過于集中，容易導致系統的性能變差或壽命縮短，更嚴重的會導致儀器損壞或存在安全隱患。

【發明內容】

[0006]有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于自由曲面結構的濾波型陽光采集器，增大了采光面積，提高了透鏡的光利用率，并同時減小透射出系統的熱能。
[0007]為達到上述目的，本發明提供如下技術方案:
[0008]基于自由曲面結構的濾波型陽光采集器，包括陽光采集器件，所述陽光采集器件包括自由曲面透鏡，帶通濾光膜，遮光罩，固定罩，光纖；所述自由曲面透鏡根據光學追蹤原理設計，確保高光學聚焦率；所述自由曲面透鏡一面鍍有帶通濾光膜，自由曲面透鏡鍍有帶通濾光膜的這面與遮光罩活動連接，遮光罩用于保護帶通濾光膜及自由曲面透鏡，自由曲面透鏡的另一面與固定罩連接，固定罩的另一端與光纖連接；太陽光透射過遮光罩，經帶通濾光膜濾光后，再經自由曲面透鏡聚集，最后匯聚于光纖處。
[0009]進一步，所述固定罩為圓錐形狀。
[0010]進一步，所述圓錐固定罩的頂點處設置有光纖孔，光纖固定在圓錐的頂點處。
[0011]進一步，所述自由曲面透鏡固定在圓錐固定罩的底面，固定罩的底面位于自由曲面透鏡的焦平面，所述光纖孔與自由曲面透鏡的焦點在同一水平線上，光纖的入射端位于自由曲面透鏡的焦點處。
[0012]進一步，所述帶通濾光膜用于濾除紅外光和紫外光。
[0013]進一步，所述遮光罩為球面形狀。
[0014]進一步，所述陽光采集器包括多個陽光采集器件。
[0015]本發明的有益效果在于:本發明提供的一種基于自由曲面結構的濾波型陽光采集器，采用根據光學追蹤原理設計的自由曲面采光透鏡，增大采光面積，提高了太陽光聚焦效果，同時提高光能利用率，提高光能利用率至80%以上，以擴大太陽光光纖照明系統的照明應用領域，實現太陽光能的最大利用率；根據帶通膜系設計原理濾除太陽光中的紅外和紫外光，可減少由于紅外光的透射使耦合處及出射處的溫度達50%以上，保證系統的穩定性和安全性。
【附圖說明】
[0016]為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一步的詳細描述，其中:
[0017]圖1為菲涅爾透鏡的聚集效果；
[0018]圖2為陽光采集器件結構圖；
[0019]圖3為陽光采集器框架圖；
[0020]圖4為陽光采集器結構圖；
[0021]圖5為自由曲面透鏡結構及光線會聚效果圖；
[0022]其中，圖2中的I為自由曲面透鏡，2為帶通濾光膜，3為遮光罩，4為固定罩，5為光纖孔，6為光纖。
【具體實施方式】
[0023]下面將結合附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述。
[0024]本發明提供的一種基于自由曲面結構的濾波型陽光采集器如圖3和圖4所示，包含有多個陽光采集器件，陽關采集器件的結構如圖2所示，包括自由曲面透鏡1，帶通濾光膜2，遮光罩3，固定罩4，光纖孔5，光纖6 ;自由曲面透鏡根據光學追蹤原理設計，確保高光學聚焦率；自由曲面透鏡的一面鍍有帶通濾光膜，用于濾除紅外光和紫外光；自由曲面透鏡鍍有帶通濾光膜的這面與遮光罩活動連接，遮光罩為球面形狀，用于保護帶通濾光膜及自由曲面透鏡；自由曲面透鏡的另一面與固定罩連接，固定罩的另一端再與光纖連接；固定罩可以為圓錐形狀，頂點處設置有光纖孔，光纖固定在圓錐的頂點處；自由曲面透鏡固定在圓錐固定罩的底面，固定罩的底面位于自由曲面透鏡的焦平面，所述光纖孔位于自由曲面透鏡的焦點在同一水平線上，光纖的入射端位于自由曲面透鏡的焦點處。
[0025]透射過遮光罩的太陽光經由自由曲面透鏡上表面帶通濾光膜濾波后，濾除紅外光和紫外光，只保留可見光透射過自由曲面透鏡，經自由曲面透鏡高效聚集后，光能會聚于位于固定罩底部光纖孔所在位置的焦點處，由于濾除了紅外光，焦點處可見光所攜帶的熱量大幅降低，并且由于自由曲面透鏡的高效匯聚效果，焦點處的可見光能與透射進入系統的可見光相比，仍保持在85%以上的水平。高能量的可見光經由穿過光纖孔的光纖將可見光引至需要照明的區域。
[0026]最后說明的是，以上優選實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管通過上述優選實施例已經對本發明進行了詳細的描述，但本領域技術人員應當理解，可以在形式上和細節上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發明權利要求書所限定的范圍。
【主權項】
1.基于自由曲面結構的濾波型陽光采集器，其特征在于:包括陽光采集器件，所述陽光采集器件包括自由曲面透鏡，帶通濾光膜，遮光罩，固定罩，光纖；所述自由曲面透鏡的一面鍍有帶通濾光膜，自由曲面透鏡鍍有帶通濾光膜的這面與遮光罩活動連接，遮光罩用于保護帶通濾光膜及自由曲面透鏡，自由曲面透鏡的另一面與固定罩連接，固定罩的另一端與光纖連接；太陽光透射過遮光罩，經帶通濾光膜濾光后，再經自由曲面透鏡聚集，最后匯聚于光纖處。2.根據權利要求1所述的基于自由曲面結構的濾波型陽光采集器，其特征在于:所述固定罩為圓錐形狀。3.根據權利要求2所述的基于自由曲面結構的濾波型陽光采集器，其特征在于:所述圓錐固定罩的頂點處設置有光纖孔，光纖固定在圓錐的頂點處。4.根據權利要求3所述的基于自由曲面結構的濾波型陽光采集器，其特征在于:所述自由曲面透鏡固定在圓錐固定罩的底面，固定罩的底面位于自由曲面透鏡的焦平面，所述光纖孔與自由曲面透鏡的焦點在同一水平線上，光纖的入射端位于自由曲面透鏡的焦點處。5.根據權利要求1所述的基于自由曲面結構的濾波型陽光采集器，其特征在于:所述帶通濾光膜用于濾除紅外光和紫外光。6.根據權利要求1所述的基于自由曲面結構的濾波型陽光采集器，其特征在于:所述遮光罩為球面形狀。7.根據權利要求1所述的基于自由曲面結構的濾波型陽光采集器，其特征在于:所述陽光采集器包括多個陽光采集器件。
【專利摘要】本發明涉及一種基于自由曲面結構的濾波型陽光采集器，屬于太陽能利用技術領域。該陽光采集器包含多個采樣采集器件，陽光采集器件包括自由曲面透鏡，帶通濾光膜，遮光罩，固定罩，光纖；所述自由曲面透鏡的一面鍍有帶通濾光膜，自由曲面透鏡鍍有帶通濾光膜的這面與遮光罩活動連接，遮光罩用于保護帶通濾光膜及自由曲面透鏡，自由曲面透鏡的另一面與固定罩連接，固定罩再與光纖連接；太陽光透射過遮光罩，經帶通濾光膜濾光后，再經自由曲面透鏡聚集，最后匯聚于光纖處。本發明提供的基于自由曲面結構的濾波型陽光采集器，增大了采光面積，提高了太陽光聚焦效果和光利用率，減小了透射出系統的熱能，經過該陽光采集器的太陽光滿足高光能、低熱能的條件。
【IPC分類】F21S11/00, F21V9/06, F21V8/00, F21V1/00, F21V9/04, F21V5/04
【公開號】CN105042503
【申請號】CN201510508208
【發明人】史玲娜, 涂耘, 王小軍, 楊少晨, 陳曉利, 陳大飛
【申請人】招商局重慶交通科研設計院有限公司
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年8月18日