專利名稱：一種多功能全光譜太陽光利用裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于照明技術領域，尤其涉及將太陽光進行分離后用于不同用途的技術領域。
背景技術：
由于石油、煤炭等目前大量使用的傳統化石能源日益枯竭，且隨著經濟的發展，能源的消耗呈快速增長趨勢，能源危機問題日益凸顯。在現代社會，照明的能源消耗占整個電能消耗的比例很高，減少照明能源消耗是實施節能減排和可持續發展的當務之急。太陽能作為一種清潔、無污染的可再生能源，日趨受到世界各國的重視。將太陽能轉換為電能將大大減少傳統能源消耗，針對占能源消耗較大比例的照明系統而言，目前的太陽能發電系統需要經過多次轉換過程(先將太陽能轉換為電能，電能經遠距離電網傳輸后進入家庭或辦公場所再轉換為光能)才能最終實現照明，受轉換過程中存在的大量能源浪費以及太陽能電池低光電轉換效率的影響，太陽能的有效利用率極低。將太陽光導引至室內進行直接照明是一種新的太陽能利用以及照明解決方案，此方案省掉了中間光-電-光的轉換以及傳輸過程，設備簡單、成本極低、太陽能利用率很高。 但目前的技術裝置大多只利用了太陽光譜中的可見光成分，而太陽光譜的紅外與紫外成份也具有各自的優點，因此太陽光譜并未有效利用。

發明內容
本發明的目的在于克服現有的太陽光照明只利用了太陽光譜中的可見光成分的不足，提供了一種多功能全光譜太陽光利用裝置，該裝置可以同時利用太陽光光譜中的可見光、紅外光和紫外光光譜成分，解決了現有技術中對太陽光利用不充分以及傳統照明系統能源浪費的問題。本發明的技術方案之一是一種多功能全光譜太陽光利用裝置，包括將太陽光進行會聚的太陽能聚光器、冷鏡、紅外光收集模塊、上支架、下支架、用于傳輸可見光及紫外光的傳輸光纜、固定金屬筒、柱體支架和機械固定及轉動控制模塊，所述太陽能聚光器通過柱體支架活動連接在機械固定及轉動控制模塊上，所述冷鏡通過下支架固定連接在太陽能聚光器的反射面和焦點之間，所述紅外光收集模塊通過上支架固定連接在太陽能聚光器的紅外光焦點處，所述傳輸光纜的上半部通過固定在太陽能聚光器反射面中心開孔處的固定金屬筒固定，所述傳輸光纜上半部的入射光端面位于太陽能聚光器的紫外光焦點處。本發明的技術方案之二是一種多功能全光譜太陽光利用裝置，包括將太陽光進行會聚的太陽能聚光器、熱鏡、紅外光收集模塊、上支架、下支架、用于傳輸可見光及紫外光的傳輸光纜、固定金屬筒、柱體支架和機械固定及轉動控制模塊，所述太陽能聚光器通過柱體支架活動連接在機械固定及轉動控制模塊上，所述熱鏡通過下支架固定連接在太陽能聚光器的反射面和焦點之間，所述傳輸光纜的入射光端面位于太陽能聚光器的紫外光焦點處，所述紅外光收集模塊固定在固定金屬筒的上端并位于太陽能聚光器的紅外光焦點處。
本發明的技術方案之三是一種多功能全光譜太陽光利用裝置，包括將太陽光進行會聚的太陽能聚光器、固定金屬板、固定支架、熱鏡、紅外光收集模塊、上支架、下支架、用于傳輸可見光及紫外光的傳輸光纜、柱體支架和機械固定及轉動控制模塊，所述固定金屬板通過柱體支架活動連接在機械固定及轉動控制模塊上，所述太陽能聚光器通過固定支架固定連接在固定金屬板上，所述熱鏡通過下支架固定連接在固定金屬板上并位于太陽能聚光器的透射面和焦點之間，所述紅外光收集模塊通過上支架固定連接在下支架上并位于在太陽能聚光器的紅外光焦點處，所述傳輸光纜的入射光端面位于太陽能聚光器的紫外光焦點處。本發明的有益效果是本發明提供的多功能全光譜太陽光利用裝置，可以最大限度地利用太陽光光譜中的不同成分，將太陽光譜中的可見光用于照明、紅外光用于產生熱能或太陽能發電，或者用于紅外理療，以及將紫外光用于殺菌消毒等功能，有效擴展了太陽能的應用范圍，提高了太陽能利用裝置的整體性價比。本裝置以一種簡單，實用，性價比高的方式實現了對太陽光的科學利用，適合做大面積的推廣使用，可實現在普通家庭、公共場所、地下商場等場所廣泛應用的集自然光照明、太陽能供熱或供電和紫外光消毒等多功能于一體的太陽能綜合利用系統。


圖1是本發明實施例1的結構示意圖。圖2是本發明實施例2的結構示意圖。圖3是本發明實施例3的結構示意圖。圖4是本發明的傳輸光纜的橫截面結構示意圖。附圖標記說明光電傳感器1、紅外光收集模塊2、上支架3、冷鏡4、熱鏡41、下支架5、固定金屬筒6、太陽能聚光器7、固定金屬板71、固定支架72、柱體支架8、傳輸光纜9、 機械固定及轉動控制模塊10。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步的說明。實施例1 如圖1所示，一種多功能全光譜太陽光利用裝置，包括將太陽光進行會聚的太陽能聚光器7、冷鏡4、紅外光收集模塊2、上支架3、下支架5、用于傳輸可見光及紫外光的傳輸光纜9、固定金屬筒6、柱體支架8和機械固定及轉動控制模塊10，所述太陽能聚光器7通過柱體支架8活動連接在機械固定及轉動控制模塊10上，所述冷鏡4通過下支架5 固定連接在太陽能聚光器7的反射面和焦點之間，所述紅外光收集模塊2通過上支架3固定連接在太陽能聚光器7的紅外光焦點處，所述傳輸光纜9的上半部通過固定在太陽能聚光器7反射面中心開孔處的固定金屬筒6固定，所述傳輸光纜9上半部的入射光端面位于太陽能聚光器7的紫外光焦點處。上述裝置中的冷鏡，與熱鏡相對，又名紅外穿透片(IR pass filter, IR filter), 冷鏡可以將紅外光透射，將紫外光和可見光反射。上述裝置還包括光電傳感器1，所述光電傳感器1需要安裝在裝置的頂部，本實施例中安裝在在紅外光收集模塊2上用于探測太陽光的入射角度變化，將太陽光角度變化的信號傳遞到機械固定及轉動控制模塊10，機械固定及轉動控制模塊10會根據太陽光角度隨時間的變化而不斷調整太陽能聚光器7的位置，使其反射面始終與太陽光入射方向保持垂直，從而大大提高該裝置的運行效率以及太陽光的利用效率。由于本實施例中的機械固定及轉動控制模塊10可以采用本領域的公知技術，因此不再詳細介紹。上述太陽能聚光器7為單焦點菲涅爾反射鏡或拋物面鏡。實施例1的工作原理是當太陽光入射到太陽能聚光器7上時，會被太陽能聚光器7反射并產生光束的會聚，會聚光束到達冷鏡4表面時，由于冷鏡的特性，紅外光部分因透射而繼續向前傳播，并會聚到太陽能聚光器7的紅外光焦點處(即紅外光收集模塊2的安裝位置處)，通過安放在紅外光焦點處的紅外光收集模塊2，可將紅外光(太陽光的大部分熱能集中在紅外光中)用于產生熱能或在紅外光收集模塊2處安放太陽能電池，用于太陽能發電，所產生的電能可供建筑或本裝置的控制部分使用，實現無外接供電裝置的太陽能綜合利用系統，或者通過與紅外光收集模塊2相連的傳輸光纜(圖中未示出)將紅外光傳輸至室內，用于紅外理療；而到達冷鏡4表面上的可見光和紫外光則被冷鏡4反射后，因太陽能聚光器7對不同波長光的會聚焦點不同，可見光和紫外光被冷鏡4反射后，會聚的焦點間彼此分開，紫外光焦點在可見光焦點之前，因此，到達傳輸光纜9上半部的入射光端面處(即固定金屬筒6頂端)的會聚光束中，紫外光會耦合進入如圖4所示的傳輸光纜9的中心光纖91中，而可見光因還沒到達其會聚焦點，可見光光斑尺寸較中心光纖91的橫截面尺寸大，大部分可見光會耦合進入傳輸光纜9的邊緣光纖92中，利用傳輸光纜9的可彎曲低損耗傳輸特性，可見光可以被傳輸到建筑內多個不同的點用作自然光照明，而紫外光則可以被傳輸到衛生場所用于殺菌消毒。從而實現了對太陽光的分離和多功能利用。實施例2 如圖2所示，本實施例與實施例1的主要區別是實施例2將實施例1中的冷鏡4置換成熱鏡41。基于這一改變，本實施例的一種多功能全光譜太陽光利用裝置，包括將太陽光進行會聚的太陽能聚光器7、熱鏡41、紅外光收集模塊2、上支架3、下支架5、用于傳輸可見光及紫外光的傳輸光纜9、固定金屬筒6、柱體支架8和機械固定及轉動控制模塊10，所述太陽能聚光器7通過柱體支架8活動連接在機械固定及轉動控制模塊10上，所述熱鏡41通過下支架5固定連接在太陽能聚光器7的反射面和焦點之間，所述傳輸光纜9 的入射光端面位于太陽能聚光器7的紫外光焦點處，所述紅外光收集模塊2固定在固定金屬筒6的上端并位于太陽能聚光器7的紅外光焦點處。上述熱鏡的功能與冷鏡相反，可以將紅外光反射，將紫外光和可見光透射。由于本實施例中的熱鏡的結構原理為公知常識，因此不再詳細介紹。上述裝置還包括光電傳感器1，所述光電傳感器1需要安裝在裝置的頂部，本實施例中光電傳感器1安裝在上支架3的上端用于探測太陽光的入射角度變化，將太陽光角度變化的信號傳遞到機械固定及轉動控制模塊10，機械固定及轉動控制模塊10會根據太陽光角度隨時間的變化而不斷調整太陽能聚光器7的位置，使其反射面始終與太陽光入射方向保持垂直，從而大大提高該裝置的運行效率以及太陽光的利用效率。由于本實施例中的機械固定及轉動控制模塊10可以采用本領域的公知技術，因此不再詳細介紹。上述太陽能聚光器7為單焦點菲涅爾反射鏡或拋物面鏡。實施例2的工作原理是太陽光經太陽能聚光器7反射會聚后，到達熱鏡41的表面，由于熱鏡的特性，紅外光部分被熱鏡41反射，并會聚到紅外光收集模塊2上，紅外光收集模塊2可將紅外光收集用于產生熱能或在紅外光收集模塊2處安放太陽能電池，用于太陽能發電，所產生的電能可供建筑或本裝置的控制部分使用，實現無外供電裝置的太陽能綜合利用系統，或者通過與紅外光收集模塊2相連的光纜將紅外光傳輸至室內，用于紅外理療；而到達熱鏡41表面上的可見光和紫外光則從熱鏡41中透射，紫外光會耦合進入如圖 4所示的傳輸光纜9的中心光纖91中，而可見光因還沒到達其會聚焦點，可見光光斑尺寸較中心光纖91的橫截面尺寸大，大部分可見光會耦合進入傳輸光纜9的邊緣光纖92中，利用傳輸光纜9的可彎曲低損耗傳輸特性，可見光可以被傳輸到建筑內多個不同的點用作自然光照明，而紫外光則可以被傳輸到衛生場所用于殺菌消毒。從而實現了對太陽光的分離和多功能利用。實施例3 如圖3所示，本實施例與實施例1和實施例2的主要區別是本實施例的太陽能聚光器7為透射型菲涅爾太陽能聚光器而非反射型菲涅爾太陽能聚光器，基于這一改變，本實施例的一種多功能全光譜太陽光利用裝置，包括將太陽光進行會聚的太陽能聚光器7、固定金屬板71、固定支架72、熱鏡41、紅外光收集模塊2、上支架3、下支架5、用于傳輸可見光及紫外光的傳輸光纜9、柱體支架8和機械固定及轉動控制模塊10，所述固定金屬板71通過柱體支架8活動連接在機械固定及轉動控制模塊10上，所述太陽能聚光器 7通過固定支架72固定連接在固定金屬板71上，所述熱鏡41通過下支架5固定在連接在固定金屬板71上并位于太陽能聚光器7的透射面和焦點之間，所述紅外光收集模塊2通過上支架3固定連接在下支架5上并位于在太陽能聚光器7的紅外光焦點處，所述傳輸光纜9 的入射光端面位于太陽能聚光器7的紫外光焦點處(即本實施例的固定金屬板71的中心孔處)。上述熱鏡的功能與冷鏡相反，可以將紅外光反射，將紫外光和可見光透射。由于本實施例中的熱鏡的結構原理為公知常識，因此不再詳細介紹。上述裝置還包括光電傳感器1，所述光電傳感器1需要安裝在裝置的頂部，本實施例中光電傳感器1安裝在太陽能聚光器7的上端上用于探測太陽光的入射角度變化，將太陽光角度變化的信號傳遞到機械固定及轉動控制模塊10，機械固定及轉動控制模塊10會根據太陽光角度隨時間的變化而不斷調整太陽能聚光器7的位置，使其反射面始終與太陽光入射方向保持垂直，從而大大提高該裝置的運行效率以及太陽光的利用效率。由于本實施例中的機械固定及轉動控制模塊10可以采用本領域的公知技術，因此不再詳細介紹。上述太陽能聚光器7為單焦點菲涅爾透鏡。實施例3的工作原理是太陽光入射到菲涅爾太陽能聚光器7上時，光束透過菲涅爾太陽能聚光器7并產生會聚，經會聚后的光束到達熱鏡41表面，由于熱鏡41的特性， 光束中的紅外光部分被熱鏡41反射，可見光和紫外光部分則從熱鏡41中透射而繼續向前傳播。被熱鏡41反射的紅外光會聚焦到紅外光收集模塊2上，紅外光收集模塊2可將紅外光收集用于產生熱能或在紅外光收集模塊2處安放太陽能電池，用于太陽能發電，所產生的電能可供建筑或本裝置的控制部分使用，實現無外供電裝置的太陽能綜合利用系統，或者通過與紅外光收集模塊2相連的光纜將紅外光傳輸至室內，用于紅外理療；而從熱鏡41 中透射出的可見光和紫外光，會聚焦到傳輸光纜9的入射光端面上，因會聚焦點位置不同， 紫外光和可見光分別耦合進入傳輸光纜9的中心光纖91和邊緣光纖92中，通過傳輸光纜 9的可彎曲低損耗傳輸，可見光被傳輸到建筑內多個不同的點用作自然光照明，而紫外光則被傳輸到衛生場所用于殺菌消毒。另外，本實施例中的熱鏡也可置換成冷鏡，置換后，紅外光收集模塊2的位置與傳輸光纜9的位置互換，具體實施過程與實施例一中相同。
本領域的普通技術人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本發明的原理，應被理解為本發明的保護范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。本領域的普通技術人員可以根據本發明公開的這些技術啟示做出各種不脫離本發明實質的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發明的保護范圍內。
權利要求
1.一種多功能全光譜太陽光利用裝置，包括將太陽光進行會聚的太陽能聚光器(7)、 冷鏡(4)、紅外光收集模塊( 、上支架C3)、下支架( 、用于傳輸可見光及紫外光的傳輸光纜(9)、固定金屬筒(6)、柱體支架(8)和機械固定及轉動控制模塊(10)，所述太陽能聚光器 (7)通過柱體支架(8)活動連接在機械固定及轉動控制模塊(10)上，所述冷鏡(4)通過下支架(5)固定連接在太陽能聚光器(7)的反射面和焦點之間，所述紅外光收集模塊(2)通過上支架(3)固定連接在太陽能聚光器(7)的紅外光焦點處，所述傳輸光纜(9)的上半部通過固定在太陽能聚光器(7)反射面中心開孔處的固定金屬筒(6)固定，所述傳輸光纜(9) 上半部的入射光端面位于太陽能聚光器(7)的紫外光焦點處。
2.根據權利要求1所述的一種多功能全光譜太陽光利用裝置，其特征在于，所述太陽能聚光器(7)為單焦點菲涅爾反射鏡或拋物面鏡。
3.一種多功能全光譜太陽光利用裝置，包括將太陽光進行會聚的太陽能聚光器(7)、 熱鏡(41)、紅外光收集模塊O)、上支架(3)、下支架(5)、用于傳輸可見光及紫外光的傳輸光纜(9)、固定金屬筒(6)、柱體支架(8)和機械固定及轉動控制模塊(10)，所述太陽能聚光器(7)通過柱體支架(8)活動連接在機械固定及轉動控制模塊(10)上，所述熱鏡Gl)通過下支架(5)固定連接在太陽能聚光器(7)的反射面和焦點之間，所述傳輸光纜(9)的入射光端面位于太陽能聚光器(7)的紫外光焦點處，所述紅外光收集模塊O)固定在固定金屬筒(6)的上端并位于太陽能聚光器(7)的紅外光焦點處。
4.根據權利要求3所述的一種多功能全光譜太陽光利用裝置，其特征在于，所述太陽能聚光器(7)為單焦點菲涅爾反射鏡或拋物面鏡。
5.一種多功能全光譜太陽光利用裝置，包括將太陽光進行會聚的太陽能聚光器(7)、 固定金屬板(71)、固定支架(72)、熱鏡(41)、紅外光收集模塊(2)、上支架(3)、下支架(5)、 用于傳輸可見光及紫外光的傳輸光纜(9)、柱體支架(8)和機械固定及轉動控制模塊(10)， 所述固定金屬板(71)通過柱體支架(8)活動連接在機械固定及轉動控制模塊(10)上，所述太陽能聚光器(7)通過固定支架固定連接在固定金屬板(71)上，所述熱鏡Gl)通過下支架(5)固定連接在固定金屬板(71)上并位于太陽能聚光器(7)的透射面和焦點之間，所述紅外光收集模塊( 通過上支架(3)固定連接在下支架( 上并位于在太陽能聚光器(7)的紅外光焦點處，所述傳輸光纜(9)的入射光端面位于太陽能聚光器(7)的紫外光焦點處。
6.根據權利要求5所述的一種多功能全光譜太陽光利用裝置，其特征在于，所述太陽能聚光器(7)為單焦點菲涅爾透鏡。
全文摘要
本發明涉及一種多功能全光譜太陽光利用裝置，包括將太陽光進行會聚的太陽能聚光器、冷鏡、紅外光收集模塊、上支架、下支架、用于傳輸可見光及紫外光的傳輸光纜、固定金屬筒、柱體支架和機械固定及轉動控制模塊，所述太陽能聚光器通過柱體支架活動連接在機械固定及轉動控制模塊上，所述冷鏡通過下支架固定連接在太陽能聚光器的反射面和焦點之間，所述紅外光收集模塊通過上支架固定連接在太陽能聚光器的紅外光焦點處，所述傳輸光纜的上半部通過固定在太陽能聚光器反射面中心開孔處的固定金屬筒固定，所述傳輸光纜上半部的入射光端面位于太陽能聚光器的紫外光焦點處。本發明的有益效果可以同時利用太陽光光譜中的可見光、紅外光和紫外光光譜成分。
文檔編號F21S11/00GK102384426SQ201110261989
公開日2012年3月21日 申請日期2011年9月6日 優先權日2011年9月6日
發明者徐常明, 王卓然, 袁國慧 申請人:電子科技大學