专利名称：一种多功能全光谱太阳光利用装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于照明技术领域，尤其涉及将太阳光进行分离后用于不同用途的技术领域。
背景技术：
由于石油、煤炭等目前大量使用的传统化石能源日益枯竭，且随着经济的发展，能源的消耗呈快速增长趋势，能源危机问题日益凸显。在现代社会，照明的能源消耗占整个电能消耗的比例很高，减少照明能源消耗是实施节能减排和可持续发展的当务之急。太阳能作为一种清洁、无污染的可再生能源，日趋受到世界各国的重视。将太阳能转换为电能将大大减少传统能源消耗，针对占能源消耗较大比例的照明系统而言，目前的太阳能发电系统需要经过多次转换过程(先将太阳能转换为电能，电能经远距离电网传输后进入家庭或办公场所再转换为光能)才能最终实现照明，受转换过程中存在的大量能源浪费以及太阳能电池低光电转换效率的影响，太阳能的有效利用率极低。将太阳光导引至室内进行直接照明是一种新的太阳能利用以及照明解决方案，此方案省掉了中间光-电-光的转换以及传输过程，设备简单、成本极低、太阳能利用率很高。 但目前的技术装置大多只利用了太阳光谱中的可见光成分，而太阳光谱的红外与紫外成份也具有各自的优点，因此太阳光谱并未有效利用。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服现有的太阳光照明只利用了太阳光谱中的可见光成分的不足，提供了一种多功能全光谱太阳光利用装置，该装置可以同时利用太阳光光谱中的可见光、红外光和紫外光光谱成分，解决了现有技术中对太阳光利用不充分以及传统照明系统能源浪费的问题。本实用新型的技术方案之一是一种多功能全光谱太阳光利用装置，包括将太阳光进行会聚的太阳能聚光器、冷镜、红外光收集模块、上支架、下支架、用于传输可见光及紫外光的传输光缆、固定金属筒、柱体支架和机械固定及转动控制模块，所述太阳能聚光器通过柱体支架活动连接在机械固定及转动控制模块上，所述冷镜通过下支架固定连接在太阳能聚光器的反射面和焦点之间，所述红外光收集模块通过上支架固定连接在太阳能聚光器的红外光焦点处，所述传输光缆的上半部通过固定在太阳能聚光器反射面中心开孔处的固定金属筒固定，所述传输光缆上半部的入射光端面位于太阳能聚光器的紫外光焦点处。本实用新型的技术方案之二是一种多功能全光谱太阳光利用装置，包括将太阳光进行会聚的太阳能聚光器、热镜、红外光收集模块、上支架、下支架、用于传输可见光及紫外光的传输光缆、固定金属筒、柱体支架和机械固定及转动控制模块，所述太阳能聚光器通过柱体支架活动连接在机械固定及转动控制模块上，所述热镜通过下支架固定连接在太阳能聚光器的反射面和焦点之间，所述传输光缆的入射光端面位于太阳能聚光器的紫外光焦点处，所述红外光收集模块固定在固定金属筒的上端并位于太阳能聚光器的红外光焦点处。本实用新型的技术方案之三是一种多功能全光谱太阳光利用装置，包括将太阳光进行会聚的太阳能聚光器、固定金属板、固定支架、热镜、红外光收集模块、上支架、下支架、用于传输可见光及紫外光的传输光缆、柱体支架和机械固定及转动控制模块，所述固定金属板通过柱体支架活动连接在机械固定及转动控制模块上，所述太阳能聚光器通过固定支架固定连接在固定金属板上，所述热镜通过下支架固定连接在固定金属板上并位于太阳能聚光器的透射面和焦点之间，所述红外光收集模块通过上支架固定连接在下支架上并位于在太阳能聚光器的红外光焦点处，所述传输光缆的入射光端面位于太阳能聚光器的紫外光焦点处。本实用新型的有益效果是本实用新型提供的多功能全光谱太阳光利用装置，可以最大限度地利用太阳光光谱中的不同成分，将太阳光谱中的可见光用于照明、红外光用于产生热能或太阳能发电，或者用于红外理疗，以及将紫外光用于杀菌消毒等功能，有效扩展了太阳能的应用范围，提高了太阳能利用装置的整体性价比。本装置以一种简单，实用， 性价比高的方式实现了对太阳光的科学利用，适合做大面积的推广使用，可实现在普通家庭、公共场所、地下商场等场所广泛应用的集自然光照明、太阳能供热或供电和紫外光消毒等多功能于一体的太阳能综合利用系统。
图1是本实用新型实施例1的结构示意图。图2是本实用新型实施例2的结构示意图。图3是本实用新型实施例3的结构示意图。图4是本实用新型的传输光缆的横截面结构示意图。附图标记说明光电传感器1、红外光收集模块2、上支架3、冷镜4、热镜41、下支架5、固定金属筒6、太阳能聚光器7、固定金属板71、固定支架72、柱体支架8、传输光缆9、 机械固定及转动控制模块10。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的说明。实施例1 如图1所示，一种多功能全光谱太阳光利用装置，包括将太阳光进行会聚的太阳能聚光器7、冷镜4、红外光收集模块2、上支架3、下支架5、用于传输可见光及紫外光的传输光缆9、固定金属筒6、柱体支架8和机械固定及转动控制模块10，所述太阳能聚光器7通过柱体支架8活动连接在机械固定及转动控制模块10上，所述冷镜4通过下支架5 固定连接在太阳能聚光器7的反射面和焦点之间，所述红外光收集模块2通过上支架3固定连接在太阳能聚光器7的红外光焦点处，所述传输光缆9的上半部通过固定在太阳能聚光器7反射面中心开孔处的固定金属筒6固定，所述传输光缆9上半部的入射光端面位于太阳能聚光器7的紫外光焦点处。上述装置中的冷镜，与热镜相对，又名红外穿透片(IR pass filter, IR filter), 冷镜可以将红外光透射，将紫外光和可见光反射。上述装置还包括光电传感器1，所述光电传感器1需要安装在装置的顶部，本实施例中安装在在红外光收集模块2上用于探测太阳光的入射角度变化，将太阳光角度变化的信号传递到机械固定及转动控制模块10，机械固定及转动控制模块10会根据太阳光角度随时间的变化而不断调整太阳能聚光器7的位置，使其反射面始终与太阳光入射方向保持垂直，从而大大提高该装置的运行效率以及太阳光的利用效率。由于本实施例中的机械固定及转动控制模块10可以采用本领域的公知技术，因此不再详细介绍。上述太阳能聚光器7为单焦点菲涅尔反射镜或抛物面镜。实施例1的工作原理是当太阳光入射到太阳能聚光器7上时，会被太阳能聚光器7反射并产生光束的会聚，会聚光束到达冷镜4表面时，由于冷镜的特性，红外光部分因透射而继续向前传播，并会聚到太阳能聚光器7的红外光焦点处(即红外光收集模块2的安装位置处)，通过安放在红外光焦点处的红外光收集模块2，可将红外光(太阳光的大部分热能集中在红外光中)用于产生热能或在红外光收集模块2处安放太阳能电池，用于太阳能发电，所产生的电能可供建筑或本装置的控制部分使用，实现无外接供电装置的太阳能综合利用系统，或者通过与红外光收集模块2相连的传输光缆(图中未示出)将红外光传输至室内，用于红外理疗；而到达冷镜4表面上的可见光和紫外光则被冷镜4反射后，因太阳能聚光器7对不同波长光的会聚焦点不同，可见光和紫外光被冷镜4反射后，会聚的焦点间彼此分开，紫外光焦点在可见光焦点之前，因此，到达传输光缆9上半部的入射光端面处(即固定金属筒6顶端)的会聚光束中，紫外光会耦合进入如图4所示的传输光缆9的中心光纤91中，而可见光因还没到达其会聚焦点，可见光光斑尺寸较中心光纤91的横截面尺寸大，大部分可见光会耦合进入传输光缆9的边缘光纤92中，利用传输光缆9的可弯曲低损耗传输特性，可见光可以被传输到建筑内多个不同的点用作自然光照明，而紫外光则可以被传输到卫生场所用于杀菌消毒。从而实现了对太阳光的分离和多功能利用。实施例2 如图2所示，本实施例与实施例1的主要区别是实施例2将实施例1中的冷镜4置换成热镜41。基于这一改变，本实施例的一种多功能全光谱太阳光利用装置，包括将太阳光进行会聚的太阳能聚光器7、热镜41、红外光收集模块2、上支架3、下支架5、用于传输可见光及紫外光的传输光缆9、固定金属筒6、柱体支架8和机械固定及转动控制模块10，所述太阳能聚光器7通过柱体支架8活动连接在机械固定及转动控制模块10上，所述热镜41通过下支架5固定连接在太阳能聚光器7的反射面和焦点之间，所述传输光缆9 的入射光端面位于太阳能聚光器7的紫外光焦点处，所述红外光收集模块2固定在固定金属筒6的上端并位于太阳能聚光器7的红外光焦点处。上述热镜的功能与冷镜相反，可以将红外光反射，将紫外光和可见光透射。由于本实施例中的热镜的结构原理为公知常识，因此不再详细介绍。上述装置还包括光电传感器1，所述光电传感器1需要安装在装置的顶部，本实施例中光电传感器1安装在上支架3的上端用于探测太阳光的入射角度变化，将太阳光角度变化的信号传递到机械固定及转动控制模块10，机械固定及转动控制模块10会根据太阳光角度随时间的变化而不断调整太阳能聚光器7的位置，使其反射面始终与太阳光入射方向保持垂直，从而大大提高该装置的运行效率以及太阳光的利用效率。由于本实施例中的机械固定及转动控制模块10可以采用本领域的公知技术，因此不再详细介绍。上述太阳能聚光器7为单焦点菲涅尔反射镜或抛物面镜。实施例2的工作原理是太阳光经太阳能聚光器7反射会聚后，到达热镜41的表面，由于热镜的特性，红外光部分被热镜41反射，并会聚到红外光收集模块2上，红外光收集模块2可将红外光收集用于产生热能或在红外光收集模块2处安放太阳能电池，用于太阳能发电，所产生的电能可供建筑或本装置的控制部分使用，实现无外供电装置的太阳能综合利用系统，或者通过与红外光收集模块2相连的光缆将红外光传输至室内，用于红外理疗；而到达热镜41表面上的可见光和紫外光则从热镜41中透射，紫外光会耦合进入如图 4所示的传输光缆9的中心光纤91中，而可见光因还没到达其会聚焦点，可见光光斑尺寸较中心光纤91的横截面尺寸大，大部分可见光会耦合进入传输光缆9的边缘光纤92中，利用传输光缆9的可弯曲低损耗传输特性，可见光可以被传输到建筑内多个不同的点用作自然光照明，而紫外光则可以被传输到卫生场所用于杀菌消毒。从而实现了对太阳光的分离和多功能利用。实施例3 如图3所示，本实施例与实施例1和实施例2的主要区别是本实施例的太阳能聚光器7为透射型菲涅尔太阳能聚光器而非反射型菲涅尔太阳能聚光器，基于这一改变，本实施例的一种多功能全光谱太阳光利用装置，包括将太阳光进行会聚的太阳能聚光器7、固定金属板71、固定支架72、热镜41、红外光收集模块2、上支架3、下支架5、用于传输可见光及紫外光的传输光缆9、柱体支架8和机械固定及转动控制模块10，所述固定金属板71通过柱体支架8活动连接在机械固定及转动控制模块10上，所述太阳能聚光器 7通过固定支架72固定连接在固定金属板71上，所述热镜41通过下支架5固定在连接在固定金属板71上并位于太阳能聚光器7的透射面和焦点之间，所述红外光收集模块2通过上支架3固定连接在下支架5上并位于在太阳能聚光器7的红外光焦点处，所述传输光缆9 的入射光端面位于太阳能聚光器7的紫外光焦点处(即本实施例的固定金属板71的中心孔处)。上述热镜的功能与冷镜相反，可以将红外光反射，将紫外光和可见光透射。由于本实施例中的热镜的结构原理为公知常识，因此不再详细介绍。上述装置还包括光电传感器1，所述光电传感器1需要安装在装置的顶部，本实施例中光电传感器1安装在太阳能聚光器7的上端上用于探测太阳光的入射角度变化，将太阳光角度变化的信号传递到机械固定及转动控制模块10，机械固定及转动控制模块10会根据太阳光角度随时间的变化而不断调整太阳能聚光器7的位置，使其反射面始终与太阳光入射方向保持垂直，从而大大提高该装置的运行效率以及太阳光的利用效率。由于本实施例中的机械固定及转动控制模块10可以采用本领域的公知技术，因此不再详细介绍。上述太阳能聚光器7为单焦点菲涅尔透镜。实施例3的工作原理是太阳光入射到菲涅尔太阳能聚光器7上时，光束透过菲涅尔太阳能聚光器7并产生会聚，经会聚后的光束到达热镜41表面，由于热镜41的特性， 光束中的红外光部分被热镜41反射，可见光和紫外光部分则从热镜41中透射而继续向前传播。被热镜41反射的红外光会聚焦到红外光收集模块2上，红外光收集模块2可将红外光收集用于产生热能或在红外光收集模块2处安放太阳能电池，用于太阳能发电，所产生的电能可供建筑或本装置的控制部分使用，实现无外供电装置的太阳能综合利用系统，或者通过与红外光收集模块2相连的光缆将红外光传输至室内，用于红外理疗；而从热镜41 中透射出的可见光和紫外光，会聚焦到传输光缆9的入射光端面上，因会聚焦点位置不同， 紫外光和可见光分别耦合进入传输光缆9的中心光纤91和边缘光纤92中，通过传输光缆9的可弯曲低损耗传输，可见光被传输到建筑内多个不同的点用作自然光照明，而紫外光则被传输到卫生场所用于杀菌消毒。另外，本实施例中的热镜也可置换成冷镜，置换后，红外光收集模块2的位置与传输光缆9的位置互换，具体实施过程与实施例一中相同。 本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。 本领域的普通技术人员可以根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。
权利要求1.一种多功能全光谱太阳光利用装置，包括将太阳光进行会聚的太阳能聚光器(7)、 冷镜(4)、红外光收集模块( 、上支架C3)、下支架( 、用于传输可见光及紫外光的传输光缆(9)、固定金属筒(6)、柱体支架(8)和机械固定及转动控制模块(10)，所述太阳能聚光器 (7)通过柱体支架(8)活动连接在机械固定及转动控制模块(10)上，所述冷镜(4)通过下支架(5)固定连接在太阳能聚光器(7)的反射面和焦点之间，所述红外光收集模块(2)通过上支架(3)固定连接在太阳能聚光器(7)的红外光焦点处，所述传输光缆(9)的上半部通过固定在太阳能聚光器(7)反射面中心开孔处的固定金属筒(6)固定，所述传输光缆(9) 上半部的入射光端面位于太阳能聚光器(7)的紫外光焦点处。
2.根据权利要求1所述的一种多功能全光谱太阳光利用装置，其特征在于，所述太阳能聚光器(7)为单焦点菲涅尔反射镜或抛物面镜。
3.一种多功能全光谱太阳光利用装置，包括将太阳光进行会聚的太阳能聚光器(7)、 热镜(41)、红外光收集模块O)、上支架(3)、下支架(5)、用于传输可见光及紫外光的传输光缆(9)、固定金属筒(6)、柱体支架(8)和机械固定及转动控制模块(10)，所述太阳能聚光器(7)通过柱体支架(8)活动连接在机械固定及转动控制模块(10)上，所述热镜Gl)通过下支架(5)固定连接在太阳能聚光器(7)的反射面和焦点之间，所述传输光缆(9)的入射光端面位于太阳能聚光器(7)的紫外光焦点处，所述红外光收集模块O)固定在固定金属筒(6)的上端并位于太阳能聚光器(7)的红外光焦点处。
4.根据权利要求3所述的一种多功能全光谱太阳光利用装置，其特征在于，所述太阳能聚光器(7)为单焦点菲涅尔反射镜或抛物面镜。
5.一种多功能全光谱太阳光利用装置，包括将太阳光进行会聚的太阳能聚光器(7)、 固定金属板(71)、固定支架(72)、热镜(41)、红外光收集模块(2)、上支架(3)、下支架(5)、 用于传输可见光及紫外光的传输光缆(9)、柱体支架(8)和机械固定及转动控制模块(10)， 所述固定金属板(71)通过柱体支架(8)活动连接在机械固定及转动控制模块(10)上，所述太阳能聚光器(7)通过固定支架固定连接在固定金属板(71)上，所述热镜Gl)通过下支架(5)固定连接在固定金属板(71)上并位于太阳能聚光器(7)的透射面和焦点之间，所述红外光收集模块( 通过上支架(3)固定连接在下支架( 上并位于在太阳能聚光器(7)的红外光焦点处，所述传输光缆(9)的入射光端面位于太阳能聚光器(7)的紫外光焦点处。
6.根据权利要求5所述的一种多功能全光谱太阳光利用装置，其特征在于，所述太阳能聚光器(7)为单焦点菲涅尔透镜。
专利摘要本实用新型涉及一种多功能全光谱太阳光利用装置，包括将太阳光进行会聚的太阳能聚光器、冷镜、红外光收集模块、上支架、下支架、用于传输可见光及紫外光的传输光缆、固定金属筒、柱体支架和机械固定及转动控制模块，所述太阳能聚光器连接在机械固定及转动控制模块上，所述冷镜通过下支架固定连接在太阳能聚光器的反射面和焦点之间，所述红外光收集模块通过上支架固定连接在太阳能聚光器的红外光焦点处，所述传输光缆的上半部通过固定在太阳能聚光器反射面中心开孔处的固定金属筒固定，所述传输光缆上半部的入射光端面位于太阳能聚光器的紫外光焦点处。本实用新型的有益效果可以同时利用太阳光光谱中的可见光、红外光和紫外光光谱成分。
文档编号F21V13/00GK202253342SQ20112033235
公开日2012年5月30日 申请日期2011年9月6日 优先权日2011年9月6日
发明者徐常明, 王卓然, 袁国慧 申请人:电子科技大学