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

背景技術(shù)：

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

由于太陽距離地球非常遙遠(yuǎn)，所以可以認(rèn)為達(dá)到地球的太陽光為平行光。如何將這平行光線收集起來并進(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)明的目的是針對以上問題，提出一種太陽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光轉(zhuǎn)換成可在光纖中無損傳播的準(zhǔn)直光束。大大減少了太陽能在傳輸過程中的損耗，提高了太陽能的使用效率。

2.本發(fā)明的耦合器設(shè)計過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光準(zhǔn)直器來設(shè)計，可減少在使用過程中聚焦透鏡與耦合透鏡組不匹配問題所帶來的太陽光泄露問題。

附圖說明

圖1：太陽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)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

一種太陽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損傳輸?shù)娜肷浣嵌取?/p>

太陽光線經(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柲苊姘迨?，并均勻的照射在面板上。因此可以將太陽能電池板放置在集中器周圍任何位置，甚至放置在地下來?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，是影響整個太陽能集中器中太陽光利用效率的關(guān)鍵器件，所以該部分的優(yōu)化設(shè)計非常重要。

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損的傳播。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對本發(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)，對以上實(shí)施例所作的任何簡單的修改、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)過光纖進(jìn)行無損的傳輸至太陽能面板處。該結(jié)構(gòu)可將平行入射光全部轉(zhuǎn)換成可無損傳播的準(zhǔn)直光，大大減少了在傳播過程中太陽能的損耗，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