高海拔地区太阳聚光光纤传导照明系统设计与优化实验

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日光传输照明是一种利用传输媒介将室外自然光引入至室内照明的技术,这是一种新兴的太阳能直接利用技术。本文介绍了一种太阳聚光光纤传导照明系统,利用高性价比的塑料光纤作为传输媒介实验室内日光照明。塑料光纤价格低廉,可实现远距离传输日光,但其耐高温性能较低,工作温度上限仅为70℃。高倍聚焦光中的红外辐射会被塑料光纤强烈吸收,产生大量的热,以至烧毁塑料光纤。针对此问题,设计研制了光纤束综合冷却子系统。其由红外滤光片、液态水箱和光束均匀器组成。该子系统的设计从过滤自然光中热作用明显的红外光,冷却光纤和均匀光通量三个方面出发,解决光纤热损伤问题。其中,红外滤光片与水互补可大大降低红外辐射(780-2500nm)产生的过高温度,同时水起到冷却光纤的作用。光束均匀器为六面腔体,内壁由6面反射银镜组成。高倍聚焦光束进入腔体内,在其中发生多次反射,最终实现光线落点位置的均匀分布。根据蒙特卡洛光线追迹法,获取得到辐照分布。研究选取西藏拉萨地区作为实验地点。当地海拔极高,意味着当地气压低,且辐照高。这对塑料PMMA光纤而言是不利条件。选取此地不仅可以提高当地室内照明质量,同时也有利于检测光纤束综合冷却子系统是否可靠。实验显示,在冬季环境下光纤正常运行,工作温度为28-33℃,远低于工作温度上限。经过长期运行,光导系统实际照明效率为13%-15%。实验证明,所开发的综合冷却措施可以确保PMMA塑料光纤处于安全温度区间。这表明,利用廉价的塑料光纤传输高倍聚焦太阳光进行照明,是可行的。
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