太阳光直接利用的研究与实践.doc

太阳光直接利用的研究与实践 摘 要：文章叙述了太阳能利用的三种方式，指出了光纤导光的缺点，设计了一种玻璃管或者玻璃柱材料的廉价、大光通量光导管，并做了实验，给出了实验数据。针对大房间需要补光的问题，还设计了另一款太阳光直接利用的装置，在太阳能直接利用方面做了探讨。 关键词：太阳能；利用；方式 引言 为了促进可再生能源的开发利用，我国于2009年12月26日发布了中华人民共和国可再生能源法，国家鼓励和支持可再生能源的生产和利用。太阳光作为重要的可再生能源，越来越受到人们的重视，太阳能的利用方法越来越多。 太阳能的利用方式主要分为光热利用、光电利用、光直接利用。 （1）在太阳能的光热利用方面，开发最早，利用最普及。其工作原理是将太阳光收集起来，转换成热能加以利用。目前使用最多的是太阳能热水器，近5年来以每年30%-35%的速度增长，预计到2015年，全国住宅用太阳热水器将达到2.32亿平方米，行业产值超过1000多亿元。 （2）在太阳能的光电利用方面，主要有两种：第一种，光-热-电转换。通过太阳能集热器将热能转换为蒸汽，然后由蒸汽驱动气轮机带动发电机发电，这种发电适用于大型的太阳能聚光镜场使用。第二种，光伏发电。通过太阳光照射到半导体材料上产生电能，自从1980年以后，政府加大了对光伏发电的支持力度，在2002年至2010年，中国光伏装机容量从20.3MW增加到500MW，到2012年底，中国光伏发电容量己经达到了7982.68MW，截至2013年上半年，中国光伏发电累计建设容量己经达到10.77GW，其中大型光伏电站5.49GW，分布式光伏发电系统5.28GW。 （3）在太阳光的直接利用方面，因为有许多空间需要照明，可以直接将用之不竭的太阳光导入，例如地下室，大型商场的背阴面等等。这种照明系统均是由聚光装置、导光光纤和光输出装置三部分组成。淘宝上有杭州艾特森公司产品，约12平方米房间照明，每套3.2万。从产品价格、使用面积来看，市场上的产品性价比很低，应用难以普及。 文章就太阳光直接的传导及应用做了初步的探究。 1 一种太阳光传导管实验 光纤的直径很细，约1mm左右，传导光强度不高，大面积的太阳光强度大，需要多路光纤传播，这就加大了太阳光传导系统的成本。找一种粗的透光材料，来代替多路光纤。传播太阳光传导管的介质，分别使用了三种材料：透明亚克力板、透明KT板、玻璃。前两种的硬度、分子密度偏低，折射率较小，相比而言，玻璃的折射率要高。因为折射率越高，越容易产生全反射。普通光纤就是玻璃这种材料容易制作的，工艺简单，直接高温加热拉成丝，外加包层就行了。将玻璃管内部加上透明液体，这种透明液体选用的是纯水，为了增加折射率，防止冬天冻坏，在纯水添加了氯化钠。实验将一束光线射入该管，分别测出射入前后的光强度。实验测试数据表1。 表1 太阳能光导管实验 通过实验可知，这种光导管是可行的。如果将光导管用透明度高的化工材料做成可以弯曲的。因为光线仅在光密媒质中进行全反射，如果将外表面镀上一层折射率低的透明材料，可以防尘。 2 太阳光传导窗帘 在一个大的房间，局部的太阳光需要补充，例如：在容纳200人左右的大的教室，在北方的冬季，靠近窗户的同学由于太阳光照到课本上刺眼不得不拉上普通窗帘，他（她）们由于靠近窗户也有这个便利，而远离窗户的同学由于光线暗不得不大白天打开灯，浪费了电能。这种关着窗帘开着灯的情景很不协调，这种浪费现象还比较普遍。 为了解决上述技术问题，设计了一种太阳光传导装置，如图1所示。 图1 太阳光窗帘 长条叶片2的至少一面涂有反光材料，图1中的箭头所画为太阳光线，经过长条叶片2的反射进入到室内。在图1所画的长条叶片2的数量是6个，具体设计时可以根据实际情况确定。长条叶片2的四周是方形框架1，为了便于观察，图1右侧的方形框架1没有画出。方形框架1的上方有电机3、电路板6。当电机3转动一个角度时，带动传动绳5、传动轮4使长条叶片2转动一个角度，电机3的转动是靠电路板6控制的，电路板6控制长条叶片2反射光的强度。简易的控制装置可以使用手动去掉电路板、电机。 该设计的有益效果是，将太阳光线由窗前转移到了房顶，补充了室内光线不足，在大教室推广使用时，能够起到节能环保的示范作用。 3 结束语 太阳光是一种取之不竭，用之不尽的绿色能源，直接利用太阳光，减少照明用电的电能消耗需要我们进一步开发利用。目前我国在光直接利用方面，刚刚开始起步，通过合理设计开发导光管技术，设计光直接利用的设备，是非常有必要的。 参考文献 1门立山.一种太阳光传导管P.中国专利：201020226857.2，2010-06-04. 2刘庆，李光华.太阳能热水器的技术瓶颈及发展趋势J.家电科技，2010（8）：62-63. 3胡云岩，张瑞英，王军.中国太阳光伏发电的发展现状及前景J.河北科技大学学报，2014（2）：70-72. 4张雪.上海地区家用太阳能发电系统设计分析C/.第十届国际绿色建筑与建筑节