ПЛАНАРНЫЙ СВЕТОВОД Российский патент 2013 года по МПК G02B17/00 

Изобретение относится к солнечной энергетике, в частности к концентраторам солнечной энергии.

Известен призматический концентратор солнечного света (см. авторское свидетельство №851313, МПК³ G02B 5/04, опубликовано 30.07.1981 г.), представляющий собой оптическую призму с неправильными четырехугольниками в основаниях. Данный концентратор имеет низкий коэффициент концентрации солнечного излучения.

Известны более эффективные концентраторы солнечной энергии (патент US №5.877.874, МПК⁶ G02B 5/32, опубликован 02.03.1999 г., заявка US 2010/0142891 А1, МПК⁶ G02B 6/42, опубликована 10.06.2010 г.), в которых за счет использования сложной системы зеркальных коллекторов света увеличено количество собираемого света.

Указанные концентраторы сложны по конструкции, нетехнологичны и, как следствие, имеют значительную стоимость. Кроме того, указанные концентраторы работают при условии их постоянной ориентации на солнце, т.е. для их использования требуется наличие высокоточных сложных систем слежения за солнцем.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является солнечный фотоэлектрический модуль (планарный световод) по патенту RU №2133415, МПК F24J 2/42, опубликован 20.07.1999 г.

Известный планарный световод выполнен в виде оптического клина, на рабочей грани которого, воспринимающей солнечное излучение, установлен светоотклоняющий элемент, представляющий собой решетку из расположенных рядами зеркальных экранов с двухсторонними зеркальными поверхностями.

В известном световоде падающий свет отклоняется зеркалами светоотклоняющего элемента к рабочей грани клина, проникает внутрь последнего, где, испытывая полное внутреннее отражение, концентрируется, в конечном счете, на его основании.

Основным недостатком известного световода, обусловленным потерей значительной части лучей, не испытавших полного внутреннего отражения в оптическом клине, является низкий коэффициент концентрации солнечной энергии.

Задачей предлагаемого изобретения является создание планарного световода с высоким коэффициентом концентрации солнечной энергии.

Основным техническим результатом изобретения является высокий коэффициент концентрации солнечной энергии, кроме того, другим техническим результатом является универсальность применения устройства.

Технические результаты изобретения достигаются за счет того, что планарный световод, содержащий оптический клин и светоотклоняющий элемент, дополнительно содержит второй оптический клин, установленный своей рабочей гранью смежно и с зазором относительно аналогичной рабочей грани первого клина, при этом зазор между клиньями заполнен оптической средой.

Светоотклоняющий элемент может быть расположен над рабочей, воспринимающей свет гранью первого оптического клина, под рабочей гранью второго оптического клина, а также в зазоре между оптическими клиньями.

Кроме того в оптическую среду между клиньями может быть введен люминофор.

В качестве светоотклоняющих элементов могут быть использованы призмы, дифракционные решетки.

На фиг.1 представлен разрез планарного световода, на фиг.2 - принцип работы световода.

Планарный световод содержит оптические клинья 1, 2 с рабочими гранями 3, 4 и основаниями 5, светоотклоняющий элемент 6, оптическую среду 7 с люминофором 8.

Принцип работы световода следующий.

Солнечные лучи, падая на рабочую грань 3 оптического клина 1, частично отражаются, а частично, испытывая преломление на границе раздела, проникают внутрь клина. В зависимости от коэффициента преломления материала клиньев и оптической среды 7 и угла клина лучи, попавшие в клин 1, либо отражаются от его грани 4 (луч I), либо проходят сквозь нее и оптическую среду 7 (лучи II, III), имеющую показатель преломления, меньший, чем показатели преломления оптических клиньев 1 и 2, внутрь клина 2. При этом, вследствие эффекта полного внутреннего отражения лучи, отразившиеся от грани 4 клина 1, попадают в конечном счете на основание 5 оптического клина 1. Лучи, прошедшие в оптический клин 2, проходят через его рабочую грань 3 и попадают на светоотклоняющий элемент 6, отражаясь им обратно в оптические клинья 1 (луч II) и 2 (луч III). Светоотклоняющий элемент 6 выполнен таким образом, что отраженные от него лучи входят в клинья 1 и 2 под углами, обеспечивающими их полное внутреннее отражение внутри клиньев с дальнейшим попаданием их на основания 5 клиньев.

При расположении светоотклоняющего элемента 6 над рабочей гранью 3 оптического клина 1 или в зазоре между оптическими клиньями 1 и 2, угол отклонения изначально рассчитывают таким образом, чтобы лучи, отразившиеся от светоотклоняющего элемента 6, в дальнейшем испытали полное внутреннее отражение в клиньях 1 и 2.

При наличии в оптической среде 7 люминофора 8 солнечные лучи, проходящие через границу раздела клиньев 1 и 2, частично поглощаются люминофором 8 с последующим разнонаправленным переизлучением света, основная часть которого описанным выше образом попадает в конечном счете на основания 5 клиньев 1 и 2.

В предлагаемом устройстве использование двух оптических клиньев позволяет задерживать и доставлять к их основаниям большее количество солнечных лучей, что обеспечивает высокий коэффициент концентрации солнечной энергии.

Кроме того, световод технологичен, а также может быть использован, в зависимости от типа внешнего устройства, размещенного на основаниях клиньев, как в качестве концентратора, так и в качестве рассеивателя света.

Изобретение относится к солнечной энергетике, в частности касается концентраторов солнечной энергии для световодов. Предлагаемый планарный световод состоит из двух оптических клиньев, установленных своими аналогичными рабочими гранями смежно и с зазором относительно друг друга, и светоотклоняющего элемента. При этом зазор между клиньями заполнен оптической средой, а светоотклоняющий элемент может быть расположен над воспринимающей свет рабочей гранью первого оптического клина, под рабочей гранью второго оптического клина, а также в зазоре между клиньями. Техническими результатами изобретения являются высокий коэффициент концентрации солнечной энергии и технологичность изделия. Кроме того, в зависимости от типа устройства (преобразователя или источника света), размещаемого на основаниях клиньев, изобретение может быть использовано, соответственно, как в качестве концентратора, так и в качестве рассеивателя света. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Планарный световод, включающий оптический клин и светоотклоняющий элемент, отличающийся тем, что содержит второй оптический клин, установленный своей рабочей гранью смежно и с зазором относительно аналогичной рабочей грани первого клина, при этом зазор между клиньями заполнен оптической средой.

2. Планарный световод по п.1, отличающийся тем, что светоотклоняющий элемент расположен над воспринимающей свет рабочей гранью первого оптического клина.

3. Планарный световод по п.1, отличающийся тем, что светоотклоняющий элемент расположен под рабочей гранью второго оптического клина.

4. Планарный световод по п.1, отличающийся тем, что светоотклоняющий элемент расположен в зазоре между оптическими клиньями.

5. Планарный световод по п.1, отличающийся тем, что в оптическую среду введен люминофор.