采用轻薄的二元光学透镜会聚太阳能于大数值孔径的多模光纤中，这样的透镜阵列加上相应的多模光纤阵列进行采光和传输光能。在多模光纤阵列的末端放置一个二元光学器件将传输的光会聚、会聚光通过随机调制被引导并储存于一个巨大的全反射球腔内。该球腔内储存的光能再根据需要通过另外一些的多模光纤直接传输目的地，直接照明、直接加热或者转换成光伏电能等进行直接利用。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术专利涉及一种直接利用太阳能的装置。来自太阳的能源是地球最主要的能源来源，太阳能丰富、清洁、不受任何人的控制与垄断，是一种永远解决人类能源危机的理想能源。但是太阳能也有不足之处，密度低，占地面积大，投资大，太阳辐射受气候、季节、经纬度等因素的影响，白天供应不稳定，夜间收集不到。当前，太阳能利用方式主要分两类非聚光式和聚光式。非聚光式聚能量密度低，应用领域有限，聚光式聚能量密度高，潜在应用范围广阔。但是，太阳能收集装置只能在收集处利用，而且由于收集装置或体积过小而功率不大，或者体积过大结构复杂，运输不便，从而导致太阳能利用受到很大限制。本专利技术专利的目的是能够使太阳能收集结构简单、高效，收集太阳能可以有效输入到容器中稳定地储存，再以一定的功率传输到需要能量的地方，直接用于加热、取暖、制冷、采光和转换成光伏电能等。本专利技术专利是一种直接利用太阳能的装置，利用衍射光学原理制造的薄型透镜将太阳能会聚到其焦点处，通过放置于该焦点处的多模光纤限制和传输已会聚的光能，为了尽可能地传输已会聚的光能要求多模光纤能够传输的光波长范围覆盖到达地面的太阳辐射频谱范围并且数值孔径尽可能地大。置于固定架上的输入多模光纤固定于一个巨大的球腔外壁上，多模光纤前面放置一个镀有增透膜的随机相位板即毛玻璃，使多模光纤传输的入射光发生漫散射，这样光能被束缚在容器内多次反射，储存了光能。在球腔内壁上放置一些输出光能用的大数值孔径的多模光纤，储存的光能根据需要通过这些多模光纤直接传输目的地，直接照明、直接加热或者转换成光伏电能等进行直接利用。由于来自太阳辐射的光能没有被转换成其他能量而是直接利用，其优越性在于既利用了太阳能的丰富、无污染的优点又提高了太阳能的利用效率。附图说明图1是说明作为采集、输入、存储太阳能进行直接利用的实施例的装置图，图2是采集太阳光的二元光学透镜的截面图，图3是储存太阳能的巨大球腔的截面图，图4是多模光纤作为传输介质的截面图，图5是随机位相板的截面图。在图1中，标号1是透明密封罩，2是二元光学透镜阵列，3是二元光学透镜阵列固定架，4是太阳方位传感器，5是多模光纤阵列固定架，6是由受光端置于二元光学透镜焦点上的多模光纤阵列，7是脉冲电机，8是由脉冲电机7驱动的水平旋转轴，9是由脉冲电机10驱动的垂直旋转轴，10是脉冲电机，11是用来支撑防护密封罩1的支座，12是传输会聚的太阳光能的大数值孔径的多模光纤，13是设计的将不同的光波高效率地会聚到随机位相板上的二元光学器件，14是13所示的二元光学器件的固定架，15是作为随机相位板的毛玻璃，16是储存太阳能的巨大球腔，17是对储存太阳能的球腔水冷的出水口，18是水冷的入水口，19是用来支撑和保护储存光能的球腔16的土地，20是输出太阳能的大数值孔径的多模光纤。利用太阳方位传感器4探测太阳的方位，并根据起探测信号分别控制水平和垂直旋转轴8和9的脉冲电机7和10，以便太阳光始终垂直入射到二元光学透镜2上，而由二元光学透镜阵列2会聚的太阳光能，经由置于各透镜焦点处的光纤端面，被引入输入多模光纤12中，输入多模光纤的输出端连同会聚不同的光波的二元光学器件13及其架14一起固定于储存太阳能的球腔16外壁上，输入光被该二元光学器件会聚到作为随机相位板的毛玻璃15上，发生漫散射，这样光能被束缚在容器内多次反射。一定流量的水从入水口18流入从出水口17流出对储存光能的球腔16(包括随机位相板)进行水冷，防止光能密度增大时，对光学表面的灼伤。该球腔16内储存的光能再根据需要通过输出多模光纤20直接传输目的地，直接照明、直接加热或者转换成光伏电能等进行直接利用。图2为普通的透镜中有效折射光的曲率部分简化成4个台阶的二元光学透镜。图3是储存太阳能的巨大球腔的截面图，球腔内壁上镀上一层太阳能辐射波长范围内全反射膜25。图4是多模光纤作为传输介质的截面图，从外向里分别是防护层30、吸收层31、折射率较大的透明材料石英32和折射率较小的透明材料石英33，进行长距离传输时需要将光纤连接起来，两段光纤之间用FC专用接头34平行对接。图5是随机位相板的截面图，受光面镀增透膜，减少能量损失，随机位相板的面积应该尽量小，以减小从该处出射光能的几率，同时又要能够有效地散射入射光，储存光能。权利要求1.采用轻薄的二元光学透镜会聚太阳能，其特征在于该类型透镜可以做得非常薄，其有效厚度仅为到达地面上的太阳辐射光谱的中心波长，可以采用廉价材料制造，如玻璃或者塑料，制造出来的透镜半径变化范围非常大，既适合家庭等日常生活更适合于大规模工业生产；受光面镀增透膜，减少能量损失。2.采用大数值孔径的多模光纤传输会聚的太阳光能，其特征在于大数值孔径的多模光纤允许太阳辐射的波长范围内的太阳光以较大入射角入射并且低损耗地传输；多模光纤受光面镀增透膜，减少能量损失。3.多模光纤阵列的末端放置的二元光学器件将多模光纤阵列传输的光会聚到随机位相板上，其特征在于设计的二元光学器件将不同的光波高效率地会聚到随机位相板上，该二元光学器件非常容易小型化和集成化。4.从随机位相板(毛玻璃)上散射的光能在巨大的球腔内壁随机散射，这个巨大的球腔内壁镀有全反射膜，其特点在于从二元光学器件会聚到随机位相板上的光斑面积与球腔内壁表面积相比非常小，可以忽略不计，因而保证了太阳光可以在球腔内多次反射而不从原路返回并且衰减很小，可以储存光能。随机位相板受光面镀增透膜，减少能量损失。5.对储存光能的球腔内壁(包括随机位相板)进行水冷，其特点在于防止光能密度增大时，对光学表面的灼伤。6.用于输出光能的多模光纤固定于储存光能的球腔内壁，将光能传输到需要各种能量的场合，直接照明，或者直接转换成热能和光伏电能等，其特点在于直接利用光能，无污染、安全、高效、丰富廉价等。输出多模光纤受光面镀增透膜，减少能量损失。全文摘要采用轻薄的二元光学透镜会聚太阳能于大数值孔径的多模光纤中,这样的透镜阵列加上相应的多模光纤阵列进行采光和传输光能。在多模光纤阵列的末端放置一个二元光学器件将传输的光会聚、会聚光通过随机调制被引导并储存于一个巨大的全反射球腔内。该球腔内储存的光能再根据需要通过另外一些的多模光纤直接传输目的地,直接照明、直接加热或者转换成光伏电能等进行直接利用。文档编号F24J2/00GK1173619SQ97116788公开日1998年2月18日 申请日期1997年8月21日 优先权日1997年8月21日专利技术者冯继宏 申请人:冯继宏 本文档来自技高网...
【技术保护点】
采用轻薄的二元光学透镜会聚太阳能，其特征在于：该类型透镜可以做得非常薄，其有效厚度仅为到达地面上的太阳辐射光谱的中心波长，可以采用廉价材料制造，如玻璃或者塑料，制造出来的透镜半径变化范围非常大，既适合家庭等日常生活更适合于大规模工业生产；受光面镀增透膜，减少能量损失。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：冯继宏，
申请(专利权)人：冯继宏，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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