一种太阳能集中器的光耦合器的制作方法

本发明涉及新能源领域，具体涉及一种太阳能集中器的光耦合器。

背景技术：

太阳能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。在自然界中，植物通过光合作用利用阳光，而动物们则更多的是感受太阳能的光和热。随着人类社会的快速发展，对能源和环境的依赖也越来越大，能源短缺和环境污染对我们的影响也越来越显著。所以开发利用可再生的太阳能，成为一种趋势。

由于太阳距离地球非常遥远，所以可以认为达到地球的太阳光为平行光。如何将这平行光线收集起来并进行发电，成为了一种热点技术。

技术实现要素：

本发明的目的是针对以上问题，提出一种太阳能集中器的光耦合器。

本发明提供的技术方案是：

一种太阳能集中器的光耦合器，包括聚焦透镜、收集箱、耦合器光学组件和光纤；所述聚焦透镜为大面积透镜,位于收集箱顶端，所述聚焦透镜将平行入射的光纤充分汇聚并入射到耦合器光学组件中。所述收集箱为顶部大，底部小的梯形结构。

所述耦合器光学组件位于收集箱下方，由一组透镜组成，从上至下依次包括凸透镜、凹透镜和锲型透镜，凸透镜与聚焦透镜组成扩束系统，主要作用是将光束收缩到耦合器可以接受的宽度。

凸透镜和凹透镜组成了准直系统，主要作用是将汇聚或扩散的光束变成平行光。楔形透镜的主要作用是将准直光速倾斜到满足光纤无损传输的入射角度。

所述透镜、凹透镜和锲型透镜的尺寸宽于收集箱下部宽度，所述光纤设于耦合器光学组件底部。

所述聚焦透镜材料为亚克力灯超轻材质。

所述凸透镜焦距为f1，所述凹透镜焦距为f2，所述锲型透镜切面角度为β。

进一步的，所述凸透镜和凹透镜的间隔为f2+f3。

进一步的，所述光纤的耦合角度为α，所述锲型透镜的切面角度满足α＝arc(n*sinβ)-β。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：

1.本发明采用光学组件结构，将耦合器与光纤直接贴合的方式，可以将收集到的太阳光转换成可在光纤中无损传播的准直光束。大大减少了太阳能在传输过程中的损耗，提高了太阳能的使用效率。

2.本发明的耦合器设计过程中将聚焦透镜考虑在内，偕同优化透镜参数，将聚焦透镜和耦合透镜组合并看做一个光准直器来设计，可减少在使用过程中聚焦透镜与耦合透镜组不匹配问题所带来的太阳光泄露问题。

附图说明

图1：太阳能集中器的光耦合器结构示意图。

图2：耦合器光学组件结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

一种太阳能集中器的光耦合器，包括聚焦透镜1、收集箱2、耦合器光学组件3和光纤4；所述聚焦透镜1为大面积透镜,位于收集箱2顶端；所述收集箱2为顶部大，底部小的梯形结构；所述耦合器光学组件3位于收集箱2下方，由一组透镜组成，从上至下依次包括凸透镜31、凹透镜32和锲型透镜33，所述透镜31、凹透镜32和锲型透镜33的尺寸宽于收集箱2下部宽度，所述光纤4设于耦合器光学组件3底部。

所述聚焦透镜1材料为亚克力灯超轻材质。

所述凸透镜31焦距为f1，所述凹透镜32焦距为f2，所述锲型透镜33切面角度为β。

凸透镜与聚焦透镜组成扩束系统，将光束收缩到耦合器可以接受的宽度。凸透镜和凹透镜组成了准直系统，主要作用是将汇聚或扩散的光束变成平行光。楔形透镜的主要作用是将准直光速倾斜到满足光纤无损传输的入射角度。

太阳光线经聚焦透镜汇聚并聚焦在耦合器中，然后经光纤传输到太阳能面板室，并均匀的照射在面板上。因此可以将太阳能电池板放置在集中器周围任何位置，甚至放置在地下来节约空间和保护电池板。

由聚焦透镜，耦合透镜组中的凸透镜，凹透镜，楔形透镜组成的准直偏光光路，是影响整个太阳能集中器中太阳光利用效率的关键器件，所以该部分的优化设计非常重要。

假如聚焦透镜的焦距为f1,凸透镜的焦距为f2,凹透镜的焦距为f3,楔形透镜的倾斜角为β。如图2所示，聚焦透镜1与凸透镜31之间的间隔为f1，保证所有的光纤都能汇聚到凸透镜上，并进入耦合器中。凸透镜31和凹透镜32的间隔为f2+f3，保证凹透镜出来的光束直径远小于聚焦透镜的直径。锲型透镜33与凹透镜32之间的间隔可任意。如果光纤的耦合角度为α，则锲型透镜的倾斜角度β应满足α＝arc(n*sinβ)-β。只有这样，出射光线才能完全在光纤中无损的传播。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种太阳能集中器的光耦合器，包括聚焦透镜、收集箱、耦合器光学组件和光纤，聚焦透镜将平行入射的光纤汇聚在位于收集箱底部的耦合器光学组件上，然后将光线转变成特定倾斜角度的准直。然后光纤经过光纤进行无损的传输至太阳能面板处。该结构可将平行入射光全部转换成可无损传播的准直光，大大减少了在传播过程中太阳能的损耗，提高了发电效率。

技术研发人员：刘海洋;贾艳刚
受保护的技术使用者：中国葛洲坝集团电力有限责任公司;南京绿新能源研究院有限公司
技术研发日：2017.05.11
技术公布日：2017.08.18