基于太阳能热能利用的掺杂聚合物光纤的研究

发布时间：2020-04-12 15:38

【摘要】：中国的太阳能热利用产业近年来呈现出较快的发展趋势,太阳能热利用产业在20世纪90年代就已形成相当大的规模,年增长速度一直保持在20%左右,2009年中国太阳能热水器产量和保有量分别达到4200×104m2和14500×104m2。中国太阳能热利用产业可谓一枝独秀,占世界总产量的一半以上,太阳能热水器主要以真空管热水器为主,但是传统太阳能热水器的太阳能利用率比较低,本文针对这种现状提出了一个能从根本上解决太阳能利用效率低下的问题。在太阳光谱中可见光的照射下,水分子的吸收频率为0.1左右,但是在红外光的照射下水分子的吸收频率为104～106,如果能把可见光转换为红外光,利用红外光来加热水,其效率应该是非常高,其实际应用意义将非常巨大。由于光纤传输光能的高效率和染料的波长变换特性,为此我们设法制造出掺杂染料的聚合物光纤。本文主要研究了光纤预制棒及薄片的合成工艺、染料的掺杂浓度及种类分析、光纤拉丝炉的设计和制造、光纤和薄片的透射和发射光谱测试。我们首先采用本体聚合法来合成PMMA,利用正交设计思想去探讨影响PMMA合成的主要因素,并且得到一个合适的合成配方和工艺路线。然后再在预聚合之前向混合溶液中加入不同的微量染料,合成成功后测试其光学性能。接着我们需要设计光纤拉丝系统,包括加热控温拉丝炉的设计和牵引及送棒的机械运动装置设计加工。最后把拉制出的光纤进行光谱透射和发射测试。
【图文】：

条纹,太阳光,凸透镜

纤采光系统多采用折射光学系统，其聚光方式分为菲涅耳透镜聚光和凸透镜聚采用凹面镜反射聚光方式采集太阳光时，，反射角度随着太阳位置的变化而变化，送效率也跟着变化，对于焦距为200mm的凹面反射镜，其焦斑直径为10mm，用大直径的传光束，对跟踪太阳精度要求高。菲涅耳透镜分为线形和环形两种，可凸可平，当太阳光照射在环形菲涅耳透镜上时，菲涅耳透镜的锯齿波形条纹左，从而使太阳光聚集在焦点上，如图1一1所示。对于焦距为220mm的菲涅耳透焦斑直径为2mm，跟踪太阳精度要求低[5]。透镜聚焦太阳光时，对于焦距为330mm的凸透镜，其焦斑直径为5mm，跟踪度要求较高凸透镜的折射作用可使不同波长的太阳光在光轴上形成不同距离的波长较短的紫外线焦点靠近透镜，波长较长的红外线焦点远离透镜。光纤的入射定位在紫外线和红外线之间的可见光焦点上，可消除对人体伤害的紫外线，如图示。

示意图,聚光器,照明图,太阳光

太阳光聚光器又称太阳光采光器、太阳光收集器或集光器，它可分为主动式和被动式。固定不动的被动式太阳光采光传输照明是由聚光器、光纤传光束和照明灯头组成的，如图1一3所示[4，5]。主动式聚光器主要包括太阳光跟踪传感器、跟踪控制电路、驱动电机和传动机构，其原理为太阳光跟踪传感器探测太阳的位置或首先通过GPS定位，并传递信号至跟踪控制电路，控制电路驱动电机，通过机械传动机构带动聚光器转动，从而实现跟踪并对准太阳[6]，如图1一4所示。j淤漱、氛、洲养沙畔了蒸茸育州{护呵一赫困脚卜一和一一勺卜户烹份一~燕绷欲夏气图1一3被动式太阳光采光传输照明图1一4聚光器跟踪太阳示意图2.3太阳能传输系统用光纤种类在太阳能光纤照明系统中，确定光纤照射区域的照度，就可确定光纤输出发光强度，从而确定光纤传光束直径、聚光焦点直径以及聚光器的直径。如图1一5为太阳光光纤传光示意图。光纤传光束可在5一 8mm直径或更大直径范围内选择[6]。光纤的传输效率是整个光纤传输系统的瓶颈，所用光纤种类包括聚合物光纤(POF)、石英光纤、多组分玻璃光纤、液芯光纤和空芯光纤等
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TK51;TN253

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