无跟踪太阳能光纤导光系统的实验研究

发布时间：2020-11-11 02:25

　　 直接利用聚光器采集阳光进行照明的技术是近年来太阳能的重要应用方式之一,尤其对阳光很难照射的地点,比如建筑物的地下室或地下商业街等。充分有效地利用太阳能这种可再生能源不仅能节省电能,而且绿色健康,因为照明过程不会产生环境污染;同时太阳光还具有更好的显色能力,让室内的环境变得更加舒适。本文围绕无跟踪太阳能光纤导光系统的整体设计和实现方式进行了理论探讨,计算机建模分析,以及实验测量与评估。本文的主要内容如下:本文对国内外直接利用太阳光进行照明的系统进行全面调研,深入总结,然后提出系统方案——无跟踪太阳能光纤导光系统,并分析了各部件原理。本文还对采集太阳能进行照明的相关理论,如太阳运动学,太阳光能量,光纤损耗等进行了总结和分析,这对整个系统的建造和设计起到关键作用。文中阐述了聚光单元的构造,以及聚光原理。在Soildworks软件中进行建模并赋予材料性质,并在Tracepro软件中进行光线模拟和分析。实验结果表明,该聚光器具有较大的光线角度容差度,在阳光偏离一定角度后仍然能传输足够量的阳光。为实现多个聚光头组成相应空间阵列在一定程度上互补采光,并充分利用聚光头的采光容差度,本文设计并建造了一种固定的采光平台。将光纤,聚光头,聚光平台组装完成后进行实际测量并进行分析,检验整个系统的基本功能效果。模拟光线路径计算结果显示随着偏角从1°偏转到4°的过程中,导光率的变化呈近似线性下降趋势。且在偏转到4°时仍能提供38.8%的传输效率。利用聚光器的这种性质,设计了固定的试验台,并进行了实验测试,测试结果表明系统在中午时段拥有较好的照明度,稳定在3501x,亮度超过2001x的照明时间持续超过5小时,达到了设计要求。理论分析和测量结果表明,该无跟踪太阳能光纤导光系统具有较大容差度,可以在非实时跟踪太阳角度的情况下仍然能平稳输出。系统没有运动部件,避免了实时跟踪系统长期转动极易损坏的缺点,其整体系统结构简单,特别适合于商业推广应用。
【学位单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TK513.1
【部分图文】：

图１－２向日葵导光系统??Ｆｉｇ?１－２?Ｓｕｎｆｌｏｗｅｒ?ｌｉｇｈｔ?ｇｕｉｄｅ?ｓｙｓｔｅｍ??“向日葵”系统。图１－２所示，整个系统由以下几个部件组成，菲涅尔透镜聚光单元，??传感器，控制跟踪系统，光缆等主要部分。透明光罩可以保护聚光单元远离室外恶劣的??天气情况，防止灰尘污染镜片。控制跟踪系统可以通过预定的程序计算出某个日期的太??阳角度，在不同经纬度区域也可以计算出对应的角度时刻跟踪太阳，保证最大的聚光效??率。在这个系统中还配有电辅助照明系统，适合天气状况不佳或者晚上照明使用。??美国太阳光组合照明系统，图１－３所示。是美国能源部（Ｏａｋ?Ｒｉｄｇｅ?Ｎａｔｉｏｎａｌ??５??

ｍ?．??一?ｆｍ??图１－２向日葵导光系统??Ｆｉｇ?１－２?Ｓｕｎｆｌｏｗｅｒ?ｌｉｇｈｔ?ｇｕｉｄｅ?ｓｙｓｔｅｍ??“向日葵”系统。图１－２所示，整个系统由以下几个部件组成，菲涅尔透镜聚光单元，??传感器，控制跟踪系统，光缆等主要部分。透明光罩可以保护聚光单元远离室外恶劣的??天气情况，防止灰尘污染镜片。控制跟踪系统可以通过预定的程序计算出某个日期的太??阳角度，在不同经纬度区域也可以计算出对应的角度时刻跟踪太阳，保证最大的聚光效??率。在这个系统中还配有电辅助照明系统，适合天气状况不佳或者晚上照明使用。??美国太阳光组合照明系统，图１－３所示。是美国能源部（Ｏａｋ?Ｒｉｄｇｅ?Ｎａｔｉｏｎａｌ??５??

图２－１太阳光波长分布??Ｆｉｇ２－１?Ｓｏｌａｒ?ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ??图２－１中：ａ为大气层外；ｂ为海平面；ｃ是温度为５９００Ｋ时的黑体辐射。??我们国家在地球中的地理位置处于北半球，主要分布在北炜４５°左右以下的地区。??在一年中太阳辐照在地球上的总的辐射能量在１．６ｘｌ〇３ｋＷＡ／ｍ２?［３５］，紫外线区域为１００??Ａ？０．４ｐｍ主要占７％的能量，可见光区域为０．４网？０．７６ｐｍ占据能量最大，约有５０％左??右，近红外区域为０．７６（ｉｍ？３ｐｍ能量约占总量的４３％。??太阳和地球距离１．４９５＊１０８ｋｍ±１．７％，距离非常遥远，所以太阳照射到地面上的能量??密度是比较低的，因此，要取得足够的太阳光使用，必须要从较大的面积上收集太阳光。??所以就要利用聚光器把太阳光收集在一定范围内导入供人们使用。??（１）太阳常数：太阳照射在地球大气层时的辐射平均能量密度叫做太阳常数，通??常来讲测量太阳常数的精确值比较困难
【参考文献】

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本文编号：2878620