一种基于太阳能光纤的太阳能综合利用装置包括太阳能综合采集器系统、发电系统、照明系统、热能供给系统及控制系统；通过利用太阳能综合采集器系统的耐热石英耦合器和光纤对菲涅尔透镜获取的太阳光能进行分流利用，分别接入照明系统、发电系统及热能供给系统，并通过设定特定耐热石英耦合器与菲涅尔透镜的距离及耐热石英耦合器的端部面积，实现最大化的光能利用；利用太阳能光纤导光照明系统将把清洁健康的阳光均匀导入室内，给人提供舒适健康的照明环境，同时解决一些需要全天候照明的区域，代替白天的电力照明，大大节省电费开支。而且综合考虑太阳能的发电、热能利用，提高太阳能的综合利用效率，减小传统能源的消耗。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种基于太阳能光纤的太阳能综合利用装置包括太阳能综合采集器系统、发电系统、照明系统、热能供给系统及控制系统；通过利用太阳能综合采集器系统的耐热石英耦合器和光纤对菲涅尔透镜获取的太阳光能进行分流利用，分别接入照明系统、发电系统及热能供给系统，并通过设定特定耐热石英耦合器与菲涅尔透镜的距离及耐热石英耦合器的端部面积，实现最大化的光能利用；利用太阳能光纤导光照明系统将把清洁健康的阳光均匀导入室内，给人提供舒适健康的照明环境，同时解决一些需要全天候照明的区域，代替白天的电力照明，大大节省电费开支。而且综合考虑太阳能的发电、热能利用，提高太阳能的综合利用效率，减小传统能源的消耗。【专利说明】
本专利技术涉及太阳能综合利用领域，具体说是一种基于太阳能光纤的太阳能综合利 用装置及方法。
技术介绍
随着我国经济的快速发展和能源短缺、环境污染问题的日益严重，节能减排、低碳 生活已成为各行各业的发展趋势。我国具有丰富的太阳能资源，三分之二以上国土面积的 太阳能年总辐射量超过5.0 GJ/m2,年平均日照时数超过2200小时。尤其是广大的华北、西 北地区，日照充足，为开发利用太阳能提供了良好的自然条件。 随着城市建筑趋向高层化和密集化，仅依靠传统的釆光方式已经不能满足建筑物 内部的釆光要求。尤其是那些建筑较低、暗室及地下仓库，即使是晴天，室内光线也很昏暗， 这在无形之中增加了人工照明的电能损耗，而且给长期在此环境中生活与工作的人身心健 康带来不良影响。 而利用太阳能光纤导光照明系统不仅能够把清洁健康的阳光均匀导入室内，随意 改变室内光线的整体和局部布局，代替白天的电力照明，大大节省电费开支，而且节能环 保，足不出户便能充分地沐浴阳光。 在能源短缺、环境污染问题的双重压力下，综合利用清洁能源，减少污染和不可再 生能源的消耗，是未来的研究重点。太阳能中不仅可以考虑可见光照明，也可以考虑近红外 线发电、发热，将太阳能中蕴含的能量通过不同装置利用，提高太阳能的综合利用率。虽然 当前的太阳光纤照明、太阳能发电、太阳能热能利用的技术已比较完善，但同时将照明、发 电、热能利用综合考虑的装置，却少有研究。 在已有的太阳能光纤导光照明的相关专利中，有着各种各样的弊端，如专利 201020621250.4,在太阳光不能直射的情况下，照明效果将会很差，同时也没考虑太阳热能 的利用；专利200920277492.3、201220708663.5未考虑太阳能的综合利用，而且不能摆脱对 传统能源的消耗;专利201120178341.X未考虑发电，同时在聚光装置仅考虑视日运动轨迹 跟踪法，有很多局限性，出现误差后不能自动调整等，且需要定期的人为调整跟踪装置的方 向。专利201320638567.2是将太阳能转化为电能，然后再进行照明，这样在光能利用上，损 失较大，且太阳能电池板并未与太阳光完全垂直，光能发电上效率较低。专利 201510187982.4并未考虑太阳能的热能利用。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提出了一种基于太阳能光纤的太阳能综合利用装 置，该装置的利用可以同步实现照明、发电及供热，有效的提高了太阳能的综合利用效率， 减少了传统能源的消耗。 本专利技术所述的一种基于太阳能光纤的太阳能综合利用装置具体如下： 所述太阳能综合利用装置安装在能充分利用太阳能的屋顶或其他开阔区域； 所述太阳能综合利用装置包括太阳能综合采集器系统、发电系统、照明系统、热能供给 系统及控制系统； 所述的太阳能综合采集器系统包括透明滤紫外线防护罩1，由多个菲涅尔透镜2形成的 菲涅尔透镜组，综合采集器7、隔热石英和红外线滤光组件8，耐热石英耦合器10及光纤11; 所述透明滤紫外线防护罩1安装在综合采集器7的上部，主要隔绝雨、雪及灰尘，同时在 透明滤紫外线防护罩1上的滤紫外线膜可以保证大部分的紫外线不进入综合采集器7内； 所述菲涅尔透镜组安装在综合采集器7的口部，所述菲涅尔透镜组中部分菲涅尔透镜2 用于照明、部分菲涅尔透镜2用于发电、部分菲涅尔透镜2用于供给热能;所述耐热石英耦合 器10中部分耐热石英耦合器10用于照明、部分耐热石英耦合器10用于发电、部分耐热石英 耦合器10用于供给热能;所述光纤11中的部分光纤11用于照明、部分光纤11用于发电、部分 光纤11用于供给热能； 在用于照明的菲涅尔透镜2的0.7倍焦距上设置隔热石英和红外线滤光组件8,且所述 隔热石英和红外线滤光组件8与用来照明的菲涅尔透镜2-一对应，且安装在综合采集器7 的中部;在所述综合采集器7的底部安装有用于照明的耐热石英耦合器10,所述用于照明的 耐热石英耦合器10与所述菲涅尔透镜2-一对应，且所述用于照明的耐热石英耦合器10的 端部距菲涅尔透镜2的距离正好等于所述相应的菲涅尔透镜2可见光的焦距，且用于照明的 耐热石英耦合器10的端部面积是所述相应菲涅尔透镜2的焦斑的2倍； 用于照明的光纤11 一端与用于照明的耐热石英耦合器10相连，另一端连接至照明系统 的采光区域13; 所述照明系统包括漫射器12、采光区域13、LED灯14、LED灯电线15及蓄电池组18,所述 采光区域13内安装有漫射器12,漫射器12安装在进入采光区域13的光纤11的末端;所述采 光区域13内安装有LED灯14，LED灯14通过LED灯电线15与蓄电池组18连接，在晚上或无法利 用太阳光的情况下，保证采光区域13的照明； 用于发电的光纤11通过耐热石英耦合器10直接获取透过菲涅尔透镜2的太阳能，并将 太阳能聚集至发电装置22中， 用于发电的耐热石英耦合器10直接获取透过菲涅尔透镜2的太阳能，用于发电的耐热 石英耦合器10安装在所述综合采集器7的底部，且与用于发电的菲涅尔透镜2-一对应，且 用于发电的耐热石英耦合器10的端部距用于发电的菲涅尔透镜2的距离正好等于通过所述 相应的菲涅尔透镜2的红外线的焦距的0.95,用于发电的耐热石英耦合器10的端部面积是 所述相应的菲涅尔透镜2的焦斑的2倍； 用于发电的光纤11 一端与用于发电的耐热石英耦合器10相连，另一端连接至发电系统 的凸透镜21; 所述的太阳能光纤发电系统包括凸透镜21、发电装置22、光感发电元器件23、发电系统 电线24;在用于发电的光纤11的末端安装有与其一一对应的凸透镜21，同时在凸透镜21的 焦点处放置光感发电元器件23,光感发电元器件23的面积与凸透镜21的投影面积一致，凸 透镜21和光感发电元器件23均固定在发电装置22里，发电装置22通过发电系统电线24与蓄 电池组18连接； 太阳能电池板发电系统包括太阳能电池板6和太阳能电池板电流传输线26，太阳能电 池板6通过与蓄电池组18连接，在有可利用的太阳光时，进行发电，并对蓄电池进行充电。 用于供给热能的耐热石英耦合器10直接获取透过菲涅尔透镜2太阳能，所述用于 供给热能的耐热石英耦合器10安装在综合采集器7的底部，且与用于供给热能的菲涅尔透 镜2-一对应，且用于供给热能的耐热石英耦合器10的端部距菲涅尔透镜2的距离正好等于 通过所述相应的菲涅尔透镜2的红外线的焦距的0.75,耐热石英耦合器10的端部面积应是 所述相应的菲涅尔透镜2的焦斑的2倍； 用于供给热能的光纤11的一端与用本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于太阳能光纤的太阳能综合利用装置，其特征在于：所述太阳能综合利用装置安装在能充分利用太阳能的屋顶或其他开阔区域；所述太阳能综合利用装置包括太阳能综合采集器系统、发电系统、照明系统、热能供给系统及控制系统；所述的太阳能综合采集器系统包括透明滤紫外线防护罩，由多个菲涅尔透镜形成的菲涅尔透镜组，综合采集器、隔热石英和红外线滤光组件，耐热石英耦合器及光纤；所述透明滤紫外线防护罩安装在综合采集器的上部，主要隔绝雨、雪及灰尘，同时在透明滤紫外线防护罩上的滤紫外线膜可以保证大部分的紫外线不进入综合采集器内；所述菲涅尔透镜组安装在综合采集器的口部，所述菲涅尔透镜组中部分菲涅尔透镜用于照明、部分菲涅尔透镜用于发电、部分菲涅尔透镜用于供给热能；所述耐热石英耦合器中部分耐热石英耦合器用于照明、部分耐热石英耦合器用于发电、部分耐热石英耦合器用于供给热能；所述光纤中的部分光纤用于照明、部分光纤用于发电、部分光纤用于供给热能；在用于照明的菲涅尔透镜的0.7倍焦距上设置隔热石英和红外线滤光组件，且所述隔热石英和红外线滤光组件与用来照明的菲涅尔透镜一一对应，且安装在综合采集器的中部；在所述综合采集器的底部安装有用于照明的耐热石英耦合器，所述用于照明的耐热石英耦合器与所述菲涅尔透镜一一对应，且所述用于照明的耐热石英耦合器的端部距菲涅尔透镜的距离正好等于所述相应的菲涅尔透镜可见光的焦距，且用于照明的耐热石英耦合器的端部面积是所述相应菲涅尔透镜的焦斑的2倍；用于照明的光纤一端与用于照明的耐热石英耦合器相连，另一端连接至照明系统的采光区域；所述照明系统包括漫射器、采光区域、LED灯、LED灯电线及蓄电池组，所述采光区域内安装有漫射器，漫射器安装在进入采光区域的光纤的末端；所述采光区域内安装有LED灯，LED灯通过LED灯电线与蓄电池组连接，在晚上或无法利用太阳光的情况下，保证采光区域的照明；发电系统由太阳能电池板发电系统和光纤发电系统。在系统正常运行时，太阳能电池板因时刻保持与太阳的垂直状态，保证最大效率的进行发电，并通过太阳能电池板电流传输线对蓄电池组进行充电；光纤发电系统中用于发电的光纤通过耐热石英耦合器直接获取透过菲涅尔透镜的太阳能，并将太阳能聚集至发电装置中；用于发电的耐热石英耦合器直接获取透过菲涅尔透镜的太阳能，用于发电的耐热石英耦合器安装在所述综合采集器的底部，且与用于发电的菲涅尔透镜一一对应，且用于发电的耐热石英耦合器的端部距用于发电的菲涅尔透镜的距离正好等于通过所述相应的菲涅尔透镜的红外线的焦距的0.95，用于发电的耐热石英耦合器的端部面积是所述相应的菲涅尔透镜的焦斑的2倍；用于发电的光纤一端与用于发电的耐热石英耦合器相连，另一端连接至发电系统的凸透镜；所述的太阳能光纤发电系统包括凸透镜、发电装置、光感发电元器件、发电系统电线；在用于发电的光纤的末端安装有与其一一对应的凸透镜，同时在凸透镜的焦点处放置光感发电元器件，光感发电元器件的面积与凸透镜的投影面积一致，凸透镜和光感发电元器件均固定在发电装置里，发电装置通过发电系统电线与蓄电池组连接；用于供给热能的耐热石英耦合器直接获取透过菲涅尔透镜的太阳能，所述用于供给热能的耐热石英耦合器安装在综合采集器的底部，且与用于供给热能的菲涅尔透镜一一对应，且用于供给热能的耐热石英耦合器的端部距菲涅尔透镜的距离正好等于通过所述相应的菲涅尔透镜的红外线的焦距的0.75，耐热石英耦合器的端部面积应是所述相应的菲涅尔透镜的焦斑的2倍；用于供给热能的光纤的一端与用于供给热能的耐热石英耦合器相连，另一端连接至热能供给系统的凸透镜；所述热能供给系统包括凸透镜、水箱、水箱温度感应器、温度感应器传输线、水箱搅拌器、电加热器、水箱搅拌器电线及水箱搅拌器控制信号线所述热能供给系统的水箱内壁上嵌固有与用于供给热能的光纤一一对应的凸透镜，所述水箱上部安装自来水进水管，下部安装出水管，并通过阀门控制；在水箱内安装有水箱温度感应器，同时水箱温度感应器通过温度感应器传输线与控制系统的综合控制器连接；所述控制系统包括采集支撑架、连接器、方位角系统、方位角系统控制信号线、高度角系统、高度角系统控制信号线、光电感应元件、综合控制器、全球定位系统和当地时钟；所述综合采集器通过连接装置安装在采集器支撑架上，在采集器支撑架的一侧安装高度角系统，采集器支撑架通过连接器放置在方位角系统上，高度角系统通过高度角系统控制信号线与综合控制器连接，方位角系统通过方位角系统控制信号线与综合控制器连接，在综合控制器内集成全球定位系统和当地时钟，由此组成太阳光综合采集器的控制系统，保证综合采集器能与太阳光垂直，充分利用太阳能；所述水箱中安装有电加热器，所述电加热器与综合控制器和市政电连接，在无法利用太阳能或温度不能保证时，优先利用蓄电池加热，在蓄电池电量不足时利用市政电...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：梁普，吴燕，李淑玉，
申请(专利权)人：中国航天建设集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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