太陽能光纖導(dǎo)光技術(shù)在照明中的應(yīng)用

田海濤 楊文婷

摘? ?要：本文介紹了基于光纖導(dǎo)光技術(shù)實(shí)現(xiàn)在照明中太陽能直接利用的兩種方式，即主動采光技術(shù)和被動采光技術(shù)。同時介紹了兩種技術(shù)的特點(diǎn)以及應(yīng)用價值。最后對上述技術(shù)未來的發(fā)展進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：太陽能? 光纖導(dǎo)光? 主動采光技術(shù)? 被動采光技術(shù)

太陽能作為可再生的綠色能源已被廣泛利用，目前太陽能利用技術(shù)主要分為太陽能光熱技術(shù)和光伏發(fā)電技術(shù)。前者靠太陽能產(chǎn)生熱量并加以利用，如太陽能熱水器;后者利用太陽能發(fā)電，然后將電能直接使用或由蓄電池儲存起來。這兩種技術(shù)都需要將太陽能進(jìn)行轉(zhuǎn)化，存在轉(zhuǎn)化效率低下問題。如果將太陽能的照明價值直接利用，必將發(fā)揮它的最高效率，而光纖導(dǎo)光技術(shù)的出現(xiàn)為太陽能直接用于照明提供了新的途徑。光纖導(dǎo)光是利用全反射原理將太陽光傳送至某指定位置，使用靈活多變、局限性小。

1? 技術(shù)介紹

1.1 基于光纖導(dǎo)光的主動采光技術(shù)

太陽能光纖導(dǎo)光裝置屬于主動采光技術(shù)，它是將太陽光收集后導(dǎo)入光纖中，再通過光纖傳導(dǎo)至末端的出光裝置，為人們提供光源。該系統(tǒng)由太陽光聚光裝置、導(dǎo)光光纖、出光裝置組成，太陽光聚光組件主要有菲涅爾透鏡和異形凹面鏡兩種，自動跟蹤收集太陽光的方式主要有根據(jù)不同地域太陽軌跡預(yù)先設(shè)定控制程序和實(shí)時探測太陽位置進(jìn)行控制兩種，出光裝置可以將光線散開，提高照射范圍和改變照射方式[1]。如果在系統(tǒng)中增加光伏發(fā)電、蓄電功能，可以利用光轉(zhuǎn)換的電能為系統(tǒng)運(yùn)行提供動力，也可以在夜晚、陰雨太陽光缺乏時為系統(tǒng)提供光源。

1.2 基于光纖導(dǎo)光的被動采光技術(shù)

被動采光技術(shù)是通過建筑自身被動的接收太陽光，如設(shè)置采光窗。光纖導(dǎo)光混凝土屬于被動采光技術(shù)，它通過將光纖植入混凝土中，使混凝土具有導(dǎo)光功能，就可以利用該混凝土砌筑墻體、屋面等產(chǎn)生被動采光效果。

2? 特點(diǎn)及應(yīng)用

2.1 基于光纖導(dǎo)光的主動采光技術(shù)

（1）節(jié)能獨(dú)立。

該系統(tǒng)將太陽光通過光纖導(dǎo)入室內(nèi)實(shí)現(xiàn)照明，其自動追蹤太陽光裝置的運(yùn)行和夜晚、陰雨天氣備用照明也可采用光伏發(fā)電所儲存的電能，因此是完全利用太陽能的系統(tǒng)，具有綠色環(huán)保的特點(diǎn)。同時，該系統(tǒng)照明過程中產(chǎn)生的熱量僅為電燈照明的40%[2]，減小了空調(diào)系統(tǒng)降低室內(nèi)氣溫所需能耗。另外，由于該系統(tǒng)是利用太陽能的獨(dú)立系統(tǒng)，不需要供電線路，因此用于偏遠(yuǎn)孤立供電困難又需要照明的場所，可以節(jié)省電力運(yùn)輸成本。

該系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于各類建筑室內(nèi)照明，尤其是完全沒有太陽光照明的地下空間、太陽光匱乏的北面房間以及對照明要求較高的圖書館、體育館等場所。由于該系統(tǒng)具有獨(dú)立的特點(diǎn)，因此也被用于偏遠(yuǎn)孤立的交通隧道內(nèi)的照明，且研究表明光環(huán)境明亮度瞬間突變值小于35倍且基本亮度最小值不小于20Lux時，不會引起不舒服的視覺震蕩[3]，而該系統(tǒng)隧道內(nèi)照明強(qiáng)度變化與隧道外太陽光強(qiáng)度的變化保持自然實(shí)時一致，因此可以從根本上解決隧道“黑洞效應(yīng)”導(dǎo)致的視覺不適應(yīng)問題[4]。

（2）健康清潔。

該系統(tǒng)利用的為太陽光，相較電燈燈光其光色、頻率都更適合人眼長期使用，相較自然太陽光，該系統(tǒng)可以過濾掉紫外線、紅外線及有害射線，具有更加健康清潔的特點(diǎn)[5]。

該系統(tǒng)應(yīng)用于辦公室、教室、閱覽室等長時間用眼的場所可以起到護(hù)眼的效果，也可以在滿足紫外線殺菌的前提下過濾掉多余紫外線、紅外線及有害射線應(yīng)用于養(yǎng)老院、療養(yǎng)院、醫(yī)院等場所讓人們享受健康陽光，該系統(tǒng)還可以為室內(nèi)種植植物提供充足的光能。同時，去除紫外線、紅外線可以減少對紙制品、紡織品、木制品等物品的損壞，因此可以應(yīng)用于博物館、展覽館、資料館等場所。

（3）防火防爆防觸電。

該系統(tǒng)依靠光纖導(dǎo)光，本身不帶電不需要敷設(shè)電線，因此不會短路、打火、漏電，可以起到防火防爆防觸電的作用，并且相較防爆燈故障率低、維修方便[6]。

該系統(tǒng)應(yīng)用于易燃易爆需要防火防爆照明系統(tǒng)的場所，如石油、化工、廠房、倉庫等。由于該系統(tǒng)不帶電，所以還可以應(yīng)用于水下場所，如游泳池、水族館等。

2.2 基于光纖導(dǎo)光的被動采光技術(shù)

光纖導(dǎo)光混凝土實(shí)現(xiàn)了在不改變建筑外觀設(shè)計的基礎(chǔ)上增加采光功能，太陽光照射在外墻或屋面上通過混凝土中的光纖組分將部分光導(dǎo)入室內(nèi)，增加室內(nèi)亮度和產(chǎn)生藝術(shù)效果。該技術(shù)常被用于博物館、紀(jì)念館等藝術(shù)性較高的建筑，如上海世博會意大利館，還被用于住宅、商場等室內(nèi)裝飾領(lǐng)域。

3? 展望

太陽能作為綠色能源已被廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域當(dāng)中，而將它應(yīng)用于照明領(lǐng)域則是發(fā)揮了它最原始的價值，且相較電燈照明具有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。隨著光纖導(dǎo)光裝置、光纖導(dǎo)光混凝土等新技術(shù)的發(fā)展，太陽能照明領(lǐng)域?qū)⒊霈F(xiàn)更多創(chuàng)新性開發(fā)，太陽能照明必將有更廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 郝中騏，劉莉.太陽能光纖照明系統(tǒng)在節(jié)能型城市建設(shè)中的應(yīng)用[J].宜春學(xué)院學(xué)報，2011，33（8）：61-63.

[2] 甘源.上海世博園地下空間陽光導(dǎo)入技術(shù)分析[J].四川建筑，2016，36（5）：30-32.

[3] 馮守中.績黃高速玉臺隧道光纖照明應(yīng)用技術(shù)研究[J].地下空間與工程學(xué)報，2012，8（增刊）：1426-1430.

[4] 盧世杰，史玲娜，涂耘，等.短隧道采用太陽光光纖照明技術(shù)的優(yōu)勢分析[J].照明工程學(xué)報，2017，28（3）：62-65.

[5] 劉柯，鮑家聲.光纖采光照明系統(tǒng)在建筑中的應(yīng)用[J].南方建筑，2006（9）：91-94.

[6] 司文躍，智勇軍，呂杰，等.基于光纖燈技術(shù)的防火防爆防觸電照明系統(tǒng)[J].機(jī)電信息，2018（30）：26-29.