太陽能光纖照明

..v太陽能光纖照明引言雖然人們對太陽能的利用越來越廣泛，但是目前對太陽能的利用主要集中在將太陽能轉(zhuǎn)化為電能和熱能上，而光纖照明正是將太陽光直接加以利用的技術(shù)。自20世紀(jì)30年代就被人們所認(rèn)識(shí)和承受的光纖照明技術(shù)由于材料的本錢以及光衰減率太高等原因一直無法實(shí)現(xiàn)大批量的產(chǎn)業(yè)化和商品化，但是在20世紀(jì)60年代美國的杜綁公司初次采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)為芯材制備出塑料光纖以及在20世紀(jì)70年代末，日本三菱麗陽公司以高純MMA單體聚合PMMA，使光纖損耗下降到200dB/km。雖然這仍然沒有實(shí)現(xiàn)光纖照明的大批量產(chǎn)業(yè)化和商品化，但是這將光纖裝飾照明真正推向了實(shí)用階段。目前太陽能光纖照明已形成多種產(chǎn)品并陸續(xù)投放市場。光纖照明的方式和原理太陽能光纖燈利用太陽能作為能源主要有兩種方式，一是直接地把太陽光引入室內(nèi)進(jìn)展照明。二是采取光伏發(fā)電,再通過光纖系統(tǒng)進(jìn)展照明。在這里筆者主要介紹第一種方式也即直接地把太陽光引入室內(nèi)進(jìn)展照明的原理。太陽能光纖照明系統(tǒng)是由聚光裝置，傳導(dǎo)裝置和放射裝置三局部構(gòu)成。如以下圖[1]所示：傳導(dǎo)裝置放射裝置聚光裝置傳導(dǎo)裝置放射裝置聚光裝置圖1室外的自然光透過聚光裝置導(dǎo)入到照明系統(tǒng)中進(jìn)展重新分配，經(jīng)過傳導(dǎo)裝置〔光纖〕傳輸和強(qiáng)化后由系統(tǒng)底部的放射裝置(室內(nèi)末端投射裝置)把自然光均勻高效的照射到室內(nèi)，帶來自然光照明的特殊效果。1聚光裝置圖2聚光裝置，也即集光器〔圖2〕可以安裝在屋外整日不受任何限制地隨時(shí)采光，從而使集光效率發(fā)揮到最大。由于光線的直徑所限以及為減少傳輸過程中光的衰減，我們要把光線聚集為近似于點(diǎn)并且恰與光纖端口契合。目前集光器主要采用兩種方式進(jìn)展集光：圖2〔1〕采用兩次反射來進(jìn)展光線聚焦的微型反射式點(diǎn)圖4圖3圖4圖3聚光如以下圖[3]〔2〕采用一次透鏡折射進(jìn)展聚焦的透鏡式點(diǎn)聚光如圖[4]實(shí)際應(yīng)用中其實(shí)是要將兩者分別或同時(shí)模塊化后以增加光線的接收量。同時(shí)也可以加裝太陽方位追蹤器〔這是一種通過探測儀探測太陽方位變化調(diào)整模塊化聚光器的朝向和仰角的儀器〕，從而使集光器集光效果提升。2傳導(dǎo)裝置光纖照明系統(tǒng)中的主體局部，根據(jù)全反射原理而制造出的可以將光傳輸或發(fā)射到預(yù)定地址的光纖具有抗干擾應(yīng)用范圍廣，線徑細(xì),重量輕，抗化學(xué)腐蝕能力強(qiáng)，光纖制造資源豐富等優(yōu)點(diǎn)。由構(gòu)造組成來分，光纖有單股、多股和網(wǎng)狀三種。單股光纖來的直徑一般為Ф6～Ф２０mm。同時(shí)單股光纖可分為體發(fā)光和端發(fā)光兩種前者將光束傳到端點(diǎn)后，通過尾燈進(jìn)展照明而后者本身就是發(fā)光體，形成一根柔性光柱。。而對多股光纖來說,均為端發(fā)光。多股光纖的直徑一般為Ф0。5～Ф3mm,而股數(shù)常見為幾根至上百根。網(wǎng)狀光纖均為細(xì)直徑的體發(fā)光光纖組成，可以組成柔性光帶3放射裝置〔末端附件〕根據(jù)點(diǎn)發(fā)光光纖和線發(fā)光光纖的不同發(fā)光特點(diǎn)，有如下兩種類型的末端附件：A,發(fā)光終端附件：配置在點(diǎn)發(fā)光光纖端的各類反射式或直射式類似于燈具的發(fā)光附件，有筒燈型、配透鏡型〔可聚光或發(fā)散光〕、地面專用型以及水下型終端。B,不發(fā)光終端附件：配置在線發(fā)光光纖終端，為不透明密閉型封套。而放射裝置的原理可以看作是聚光過程的逆過程〔可逆性〕。光纖照明的特點(diǎn)

1、光線柔性傳播由于光纖的作用，我們可以改變光路來引導(dǎo)光線到達(dá)我們所需要的地方。2、光電別離傳統(tǒng)照明中，光電是并存的，這主要只由于我們主要通過發(fā)光器，比方白熾燈來進(jìn)展電能與光能的轉(zhuǎn)變。但是這在一定程度上存在了許多隱藏的危險(xiǎn)，在一些場合，例如煤井內(nèi)大多的瓦斯爆炸都是由于礦燈的作用。但是光纖照明本身就是用光來“產(chǎn)〞光，所以保證了平安性。3滿足不同環(huán)境下對光色彩的需求我們可以在光纖照明系統(tǒng)中參加濾色片，來調(diào)整光線的顏色到達(dá)多彩的效果。4發(fā)出無紅外線和紫外線的冷光一些古文物在出土?xí)r由于保護(hù)不善而發(fā)生風(fēng)化或其它損壞情況，這主要是由于外界中光線中紅外線和紫外線的作用。而光纖照明發(fā)出無紅外線和紫外線的冷光，因此可以應(yīng)用在文物保護(hù)上。這不僅保護(hù)了文物，還能展現(xiàn)其光華的一面。光纖照明的應(yīng)用意義我國的照明約占總耗電量10%，而目前普遍使用的照明燈具只有約15%轉(zhuǎn)化成光能，也就是說有80%多的能量是以熱形式耗去的。而使用光纖照明可以防止能量轉(zhuǎn)化中的能量損失，從而提高能源的利用效率。而且合理利用自然資源，讓廉價(jià)的太陽能資源充分發(fā)揮出它的效能，營造出一個(gè)綠化的社會(huì)，緩解電能的需求，延長不可再生能源〔如煤等〕的使用壽命，符合國家產(chǎn)業(yè)政策，是國家大力提倡和支持的產(chǎn)業(yè)方向。光纖照明的應(yīng)用由于光纖照明的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn),它已廣泛地應(yīng)用于各種場合,并在不斷地推廣中.它主要適合在商場、運(yùn)動(dòng)場館、寫字樓、地下室、飛機(jī)、劇院等地的晝間照明。例如很多大商場在白天都需要保證足夠的照明度，因此裝備了較多的燈具，雖然這些燈具具有一定的美化環(huán)境的作用，但卻浪費(fèi)了大量的電能。如果采用陽光照明系統(tǒng)來保證日間的照明，不僅節(jié)省電費(fèi)開支，減少環(huán)境的污染，而且還提供了來自大自然的舒適光線。以下圖5是光纖照明實(shí)際應(yīng)用的圖示及光路追蹤室內(nèi)照明光纖照明系統(tǒng)可以將將光線引入室內(nèi)并營造出光線追蹤：光線追蹤：1,透過透鏡把太陽光收集2,透過光纖把收集到的太陽光傳到室內(nèi)3,以散射方式把強(qiáng)烈的光射分散4,光/電切換〔以備光線缺乏時(shí)使用的和諧性。陽光浴室將陽光引入浴室，不出屋門即可享受陽光的滋潤和合護(hù)。建筑或景觀美化使用光纖照明系統(tǒng)可以模擬一些光學(xué)方面的自然現(xiàn)象，比方模擬的星空或是彩虹，這樣增加了建筑和景觀的耐看性。特殊場合照明在一般的燈光照射下，因紫外光的作用，使圖書圖5文物、木構(gòu)造等建筑物加速老化。同時(shí)有電會(huì)造圖5成大火的危險(xiǎn)。而用光纖照明，既平安又能到達(dá)理想的藝術(shù)效果。在油庫、礦區(qū)等嚴(yán)禁火種入內(nèi)的危險(xiǎn)場合中。應(yīng)用其他各種照明都有明火的隱患。如不小心就會(huì)釀成大禍。從平安角度看，因光與電分開，所以光纖照明應(yīng)是一種最理想的照明。地下室或地下通道人是太陽光撫育下的人，太陽光的綜合光譜是人類難以復(fù)制的。所以能把太陽光直接引入室內(nèi)，不但改善了原來的居室照明，而且對于地下室、隧道等永遠(yuǎn)見不到陽光的地方能重見光明。一個(gè)狂想————“點(diǎn)〞亮整個(gè)地球我們都知道由于地球自轉(zhuǎn)等因素的影響產(chǎn)生了黑夜和白天,我們把上文所說的需要光的地方擴(kuò)大化，即想象為在某一時(shí)刻地球無法照到的地方，那我們是否可以借助光纖照明系統(tǒng)來到達(dá)這一目的呢？為了到達(dá)這一“奇跡〞，如圖六筆者認(rèn)為首先我們要建立一個(gè)龐大的雙向的吸收,傳輸釋放裝置系統(tǒng)〔雙向是考慮到地球的自轉(zhuǎn)中，某地一天必定有黑夜和白晝。而聚光裝置與末端裝置的原理上光路的可逆性給我們提供了一些便利〕。光的傳輸圖6光的傳輸圖6然后要解決的事情是光的傳輸問題?，F(xiàn)行的光纖照明系統(tǒng)由于光衰減的原因傳輸最大距離只能到達(dá)30米。筆者認(rèn)為我們可以通過兩條途徑來解決這一問題1就是用類似于光纖通信,用跨洲際的光纖引導(dǎo)光線。但是這一條首先要在光纖的材料上有所突破，成功研制出更低衰減率的光纖或是“超導(dǎo)〞光纖。2.就像科學(xué)家方案建立太空發(fā)電站考慮采用將電能轉(zhuǎn)化為電磁波傳回地球一樣我們可以考慮將光線轉(zhuǎn)換為其他形式進(jìn)展傳遞.但是由于光本身就是電磁波,我們可以采取改變它的頻率或采取其它措施以減少在光纖傳導(dǎo)中消耗。這一狂想實(shí)施的困難主要在于1許多技術(shù)難關(guān)未攻破。比方:由于現(xiàn)在使用的光纖衰減率很高,不適合傳輸光能.2,此系統(tǒng)龐大，不易規(guī)劃且目前光纖照明的本錢較高〔點(diǎn)發(fā)光光纖價(jià)格約為7元/m～8元/m，線發(fā)光光纖價(jià)格約為