对于另类光纤之太阳能光纤照明的应用

摘要：  城市中，许多高层楼宇的房间由于采光不足，白天也亮着灯，这是许多城市普遍存在的问题。在楼顶或外墙安装带凸镜的采光装置，状如小型雷达，阳光聚集后通过光纤导向室内，期间还经过光源强化过程;室内则是一个漫射器，如球形灯般安装在天花或墙壁上，导入室内的阳光经过漫射，能保证室内需要的照明。这个原理简单却实用的产品名为“太阳光纤照明系统”。如果能投入高楼应用，将节省大量电能，而且自然可靠。

关键字：  太阳光纤照明系统，  

城市中，许多高层楼宇的房间由于采光不足，白天也亮着灯，这是许多城市普遍存在的问题。在楼顶或外墙安装带凸镜的采光装置，状如小型雷达，阳光聚集后通过光纤导向室内，期间还经过光源强化过程;室内则是一个漫射器，如球形灯般安装在天花或墙壁上，导入室内的阳光经过漫射，能保证室内需要的照明。这个原理简单却实用的产品名为“太阳光纤照明系统”。如果能投入高楼应用，将节省大量电能，而且自然可靠。

一个狂想————“点”亮整个地球

我们都知道由于地球自转等因素的影响产生了黑夜和白天，我们把上文所说的需要光的地方扩大化，即想象为在某一时刻地球无法照到的地方，那我们是否可以借助光纤照明系统来达到这一目的呢?

为了达到这一“奇迹”，首先我们要建立一个庞大的双向的吸收，传输释放装置系统(双向是考虑到地球的自转中，某地一天必定有黑夜和白昼。而聚光装置与末端装置的原理上光路的可逆性给我们提供了一些便利)。

然后要解决的事情是光的传输问题。现行的光纤照明系统由于光衰减的原因传输最大距离只能达到30米。我们可以通过两条途径来解决这一问题：一就是用类似于光纤通信，用跨洲际的光纤引导光线。但是这一条首先要在光纤的材料上有所突破，成功研制出更低衰减率的光纤或是“超导”光纤。

二就像科学家计划建设太空发电站考虑采用将电能转化为电磁波传回地球一样我们可以考虑将光线转换为其他形式进行传递.但是由于光本身就是电磁波，我们可以采取改变它的频率或采取其它措施以减少在光纤传导中消耗。

这一狂想实施的困难主要在于1许多技术难关未攻破。比如：由于现在使用的光纤衰减率很高，不适合传输光能。此系统庞大，不易规划且目前光纤照明的成本较高(点发光光纤价格约为7元/m～8元/m，线发光光纤价格约为17元/m～18元/m，发光器价格约为2500～3500元)。

建筑采光应用

自1983年以来，国际照明委员会就先后召开了四次国际建筑采光学术会议，1998年在德国Bregenz召开的照明大会(Licht""""98)会上，与会700多人，特别是建筑师对建筑采光十分关注。

建筑中如何有效地利用太阳光，近年来国内外建筑采光工作者提出了不少利用太阳光的采光方法和设想。

1. 光导纤维法。此法是结合太阳跟踪，透镜聚焦等一系列专利技术，在焦点处大幅提升太阳光亮度，通过高通光率的光导纤维将光线引到需要采光的地方。能进行紫外线大幅拦截，有利于人类健康。目前产品商业运用已趋成熟，通过一组光纤把阳光引入室内，照明中庭及中庭的绿色植物，照明效果很好。这一专利方法制造的产品，目前在国外已开始普及推广，人们将其与健康紧密联系受到推崇，使得太阳光采光的商业化运用进程加速，成为时尚。

2. 使用平面反向镜的一次反射法。用反光镜一次将太阳光反射到室内需要采光的地方。这种方法对提高侧窗采光的均匀度具有较明显的效果，但光污染较严重。

3. 导光管法。用导光管将太阳集光器收集的光线传送到室内需要采光的地方，如中国建筑科学院已通过鉴定的无窗厂房和地下建筑天然采光研究成果，就是用此法进行天然采光的，但其对太阳光基本没有处理。

利用阳光的采光设计和采光窗的多样化

以往的建筑采光设计都是假定天空是阴天，不考虑直射阳光。这样的采光设计计算简单，对阳光多变带来的采光不稳定，过热、眩光和阳兴的光化作用等问题都回避掉了。随着科学技术的发展，特别是节能的影响，人们对晴天和平均天空采光设计与计算进行了大量研究，并初步提出一套设计方法。国际照明委员会的天然采光技术员委会也专门组织各国专家对近年取得的采光设计经验和科技成果进行了总结，编写了《国际采光指南》，为设计、科研、教学和有关人员提供了设计依据和标准。利用晴天采光计算方法设计采光，约可减小15%的开窗面积，具有重要的节能和经济意义。另外直射阳光进入室内，不仅可给人们提供时间信息，多变的阳光和室内植物装饰，可增加室内视环境的情趣，赋于人有大自然的感受，可产生一种独特的艺术效果。

采光窗作为建筑构成一个元素，功能上要考虑光、热与隔声的问题，在艺术上应和建筑风格协调一致，在视觉上要求舒适，无眩光。建筑师根据不同建筑要求设计采光窗。目前除常见的侧窗和天窗外，天穹式采光窗、带反射挡光板的采光窗、薄膜采光窗、阳光凹井采光窗、带跟踪阳光的镜面格栅窗和全反射采光窗使用也不少，呈现出采光窗多样化的发展趋势。

太阳能光纤灯是利用太阳能作为能源：

直接地把太阳光引入室内进行照明，再通过光纤系统进行照明 。

光纤照明系统是由光源、反光镜、滤色片及光纤组成，如下图所示：

上图中的光源既可以是普通电源也可以是通过太阳能光伏发电产生，而最直接的方法是将其改造为直接利用太阳光作为光源.

室外的自然光透过采光罩导入到照明系统中进行重新分配，经过光导管(光纤)传输和强化后由系统底部的末端附件(室內末端投射装置)把自然光均匀高效的照射到室内，带来自然光照明的特殊效果.

集光器(即采光罩)安装在屋外可以整日不受任何限制随时采光，使集光效率发挥到最大。但是也可以加装太阳方位追踪器，可使集光器集光效果提升。

光纤照明的特点 :

1)光线柔性传播

2)满足不同环境下对光色彩的需求。

3)通过光纤尾件的设计和安装，照明从抽象化转变为形象化。

4)光纤照明实现了光电分离，

5)光纤照明系统光色柔和，没有光污染.

6)发出无红外线和紫外线的冷光.

应用意义:

我国的照明约占总耗电量10%，而目前普遍使用的照明灯具只有约15%转化成光能，也就是说有80%多的能量是以热形式耗去的.合理利用自然资源，让廉价的太阳能资源充分发挥出它的效能，营造出一个绿化的社会，缓解电能的需求，延长不可再生能源(如煤等)的使用寿命，符合国家产业政策，是国家大力提倡和支持的产业方向。 由于光纤照明的独特优点，它已广泛地应用于各种场合，并在不断地推广中.它主要适合在商场、运动场馆、写字楼、地下室、飞机、剧院等地的昼间照明。例如很多大商场在白天都需要保证足够的照明度，因此装备了较多的灯具，虽然这些灯具具有一定的美化环境的作用，但却浪费了大量的电能。如果采用阳光照明系统来保证日间的照明，不仅节省电费开支，减少环境的污染，而且还提供了来自大自然的舒适光线。

太阳能光纤照明是一种新颖的照明技术，随着产品的成熟及新应用领域的开发，将会得到更广泛的应用同时在大力普及中不断提高，成本不断降低，产品更为成熟。让光纤照明早日走进寻常百姓家，为大众服务。

设计师欲借光缆将阳光引入地下 让废车站变公园

一群美国设计师决定实施一项名为“LowLine”的计划，利用光缆将阳光引入地下，让纽约曼哈顿下东区一个占地1.5英亩(约合9亩)的废弃地下有轨电车终点站变身为公园。目前，LowLine计划仍处在商讨阶段。不过，纽约大都会运输署以及当地商业领袖已经对这一想法产生浓厚兴趣。

设计师表示：“为了打造这个公园，我们决定采用一项现有的先进技术。目前，我们正在设计原型。这一系统将利用光缆捕获和集中阳光，同时将阳光反射入地下，地下车站的天花板将安装一个阳光分配盘，负责将阳光传播到各个角落。”

下东区地下有轨电车终点站建于1903年，1948年废弃。目前，设计师正试图通过融资平台Kickstarter筹集资金，以启动LowLine计划。他们指出：“引入地下的阳光波长能够支持光合作用。也就是说，我们可以在这个地下公园栽种树木和花草。此外，光缆也会阻挡可导致晒伤的紫外线。”现在，LowLine计划仍处在商讨阶段。不过，纽约大都会运输署以及当地商业领袖已经对这一想法产生浓厚兴趣。目前，设计师正在制造一个实体模型，以让大都会运输署了解这项计划的可行性。