本發(fā)明涉及新能源領(lǐng)域，具體涉及一種太陽(yáng)能集中器的光耦合器。

背景技術(shù)：

太陽(yáng)能作為一種清潔的可再生能源，越來(lái)越受到世界各國(guó)的重視。在自然界中，植物通過(guò)光合作用利用陽(yáng)光，而動(dòng)物們則更多的是感受太陽(yáng)能的光和熱。隨著人類社會(huì)的快速發(fā)展，對(duì)能源和環(huán)境的依賴也越來(lái)越大，能源短缺和環(huán)境污染對(duì)我們的影響也越來(lái)越顯著。所以開(kāi)發(fā)利用可再生的太陽(yáng)能，成為一種趨勢(shì)。

由于太陽(yáng)距離地球非常遙遠(yuǎn)，所以可以認(rèn)為達(dá)到地球的太陽(yáng)光為平行光。如何將這平行光線收集起來(lái)并進(jìn)行發(fā)電，成為了一種熱點(diǎn)技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)以上問(wèn)題，提出一種太陽(yáng)能集中器的光耦合器。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

一種太陽(yáng)能集中器的光耦合器，包括聚焦透鏡、收集箱、耦合器光學(xué)組件和光纖；所述聚焦透鏡為大面積透鏡,位于收集箱頂端，所述聚焦透鏡將平行入射的光纖充分匯聚并入射到耦合器光學(xué)組件中。所述收集箱為頂部大，底部小的梯形結(jié)構(gòu)。

所述耦合器光學(xué)組件位于收集箱下方，由一組透鏡組成，從上至下依次包括凸透鏡、凹透鏡和鍥型透鏡，凸透鏡與聚焦透鏡組成擴(kuò)束系統(tǒng)，主要作用是將光束收縮到耦合器可以接受的寬度。

凸透鏡和凹透鏡組成了準(zhǔn)直系統(tǒng)，主要作用是將匯聚或擴(kuò)散的光束變成平行光。楔形透鏡的主要作用是將準(zhǔn)直光速傾斜到滿足光纖無(wú)損傳輸?shù)娜肷浣嵌取?/p>

所述透鏡、凹透鏡和鍥型透鏡的尺寸寬于收集箱下部寬度，所述光纖設(shè)于耦合器光學(xué)組件底部。

所述聚焦透鏡材料為亞克力燈超輕材質(zhì)。

所述凸透鏡焦距為f1，所述凹透鏡焦距為f2，所述鍥型透鏡切面角度為β。

進(jìn)一步的，所述凸透鏡和凹透鏡的間隔為f2+f3。

進(jìn)一步的，所述光纖的耦合角度為α，所述鍥型透鏡的切面角度滿足α＝arc(n*sinβ)-β。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是：

1.本發(fā)明采用光學(xué)組件結(jié)構(gòu)，將耦合器與光纖直接貼合的方式，可以將收集到的太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換成可在光纖中無(wú)損傳播的準(zhǔn)直光束。大大減少了太陽(yáng)能在傳輸過(guò)程中的損耗，提高了太陽(yáng)能的使用效率。

2.本發(fā)明的耦合器設(shè)計(jì)過(guò)程中將聚焦透鏡考慮在內(nèi)，偕同優(yōu)化透鏡參數(shù)，將聚焦透鏡和耦合透鏡組合并看做一個(gè)光準(zhǔn)直器來(lái)設(shè)計(jì)，可減少在使用過(guò)程中聚焦透鏡與耦合透鏡組不匹配問(wèn)題所帶來(lái)的太陽(yáng)光泄露問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1：太陽(yáng)能集中器的光耦合器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2：耦合器光學(xué)組件結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

一種太陽(yáng)能集中器的光耦合器，包括聚焦透鏡1、收集箱2、耦合器光學(xué)組件3和光纖4；所述聚焦透鏡1為大面積透鏡,位于收集箱2頂端；所述收集箱2為頂部大，底部小的梯形結(jié)構(gòu)；所述耦合器光學(xué)組件3位于收集箱2下方，由一組透鏡組成，從上至下依次包括凸透鏡31、凹透鏡32和鍥型透鏡33，所述透鏡31、凹透鏡32和鍥型透鏡33的尺寸寬于收集箱2下部寬度，所述光纖4設(shè)于耦合器光學(xué)組件3底部。

所述聚焦透鏡1材料為亞克力燈超輕材質(zhì)。

所述凸透鏡31焦距為f1，所述凹透鏡32焦距為f2，所述鍥型透鏡33切面角度為β。

凸透鏡與聚焦透鏡組成擴(kuò)束系統(tǒng)，將光束收縮到耦合器可以接受的寬度。凸透鏡和凹透鏡組成了準(zhǔn)直系統(tǒng)，主要作用是將匯聚或擴(kuò)散的光束變成平行光。楔形透鏡的主要作用是將準(zhǔn)直光速傾斜到滿足光纖無(wú)損傳輸?shù)娜肷浣嵌取?/p>

太陽(yáng)光線經(jīng)聚焦透鏡匯聚并聚焦在耦合器中，然后經(jīng)光纖傳輸?shù)教?yáng)能面板室，并均勻的照射在面板上。因此可以將太陽(yáng)能電池板放置在集中器周圍任何位置，甚至放置在地下來(lái)節(jié)約空間和保護(hù)電池板。

由聚焦透鏡，耦合透鏡組中的凸透鏡，凹透鏡，楔形透鏡組成的準(zhǔn)直偏光光路，是影響整個(gè)太陽(yáng)能集中器中太陽(yáng)光利用效率的關(guān)鍵器件，所以該部分的優(yōu)化設(shè)計(jì)非常重要。

假如聚焦透鏡的焦距為f1,凸透鏡的焦距為f2,凹透鏡的焦距為f3,楔形透鏡的傾斜角為β。如圖2所示，聚焦透鏡1與凸透鏡31之間的間隔為f1，保證所有的光纖都能匯聚到凸透鏡上，并進(jìn)入耦合器中。凸透鏡31和凹透鏡32的間隔為f2+f3，保證凹透鏡出來(lái)的光束直徑遠(yuǎn)小于聚焦透鏡的直徑。鍥型透鏡33與凹透鏡32之間的間隔可任意。如果光纖的耦合角度為α，則鍥型透鏡的傾斜角度β應(yīng)滿足α＝arc(n*sinβ)-β。只有這樣，出射光線才能完全在光纖中無(wú)損的傳播。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)，對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單的修改、等同替換與改進(jìn)等，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍之內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能集中器的光耦合器，包括聚焦透鏡、收集箱、耦合器光學(xué)組件和光纖，聚焦透鏡將平行入射的光纖匯聚在位于收集箱底部的耦合器光學(xué)組件上，然后將光線轉(zhuǎn)變成特定傾斜角度的準(zhǔn)直。然后光纖經(jīng)過(guò)光纖進(jìn)行無(wú)損的傳輸至太陽(yáng)能面板處。該結(jié)構(gòu)可將平行入射光全部轉(zhuǎn)換成可無(wú)損傳播的準(zhǔn)直光，大大減少了在傳播過(guò)程中太陽(yáng)能的損耗，提高了發(fā)電效率。

技術(shù)研發(fā)人員：劉海洋;賈艷剛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)葛洲壩集團(tuán)電力有限責(zé)任公司;南京綠新能源研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.11
技術(shù)公布日：2017.08.18