[发明专利]太阳光系统、相关部件及方法

说明书

太阳光系统可以包括两个阶段的聚光，在聚光阶段之间中间地去除红外辐射。第二阶段聚光可以准备具有可见光的经处理的太阳辐射的多个聚集光束，每个这样的聚集光束被引导到不同的相应光导管以传输到用于内部照明的内部空间。系统模块化可以提供灵活性以适应各种内部照明应用。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年7月2日提交的名称为“SOLAR LIGHT SYSTEMS，AND RELATEDCOMPONENTS AND METHODS(太阳光系统、相关部件及方法)”的美国临时专利申请62/188134的权益，其每一部分通过引用并入本文。

联邦政府赞助的研究或开发

本发明是在政府的支持下由能源部授予的拨款奖励号DE-SC0010115进行的。政府对本发明有一定的权利。

技术领域

本公开涉及用于太阳能内部采光和其他应用的太阳光系统及方法，其涉及制备具有高度聚集的太阳光源可见光的经处理的太阳辐射。

背景技术

电气照明占美国用电量的20％左右，包括用于发光和用于空间冷却所消耗的以适应照明效率低下的灯泡热量的电力，商业建筑使用比所有其他部门的总和更多的内部空间照明。商业建筑中的大多数内部照明是在白天进行的，而且在这种应用中使用太阳能内部照明的可能性早已被人们所认识。太阳能内部照明的一种方法是使用天窗，基本上是在屋顶上的窗户。然而，这种方法需要直接将太阳能收集到待照明的空间中，从本质上限制了单层建筑的技术。第二种方法是收集太阳光并将光引导到需要光的内部空间。光井和内部反射光导管代表简单的光引导技术，但是具有挑战性的在于规定路线、消耗大量的建筑空间并干扰建筑结构。已经尝试将收集的太阳光聚集数百倍或更多，并将聚集的光传输到光纤的内部空间。一种方法是使用聚光镜聚集光，并将聚集的光输入到光纤中。这种方法的一个重要问题是在用于聚集光并将聚集的光引导到光纤中的设备中产生显著的热量的可能性，特别是由于收集的太阳光的红外辐射分量。

橡树岭国家实验室工作的一项技术通过去除聚集的光中的红外辐射然后将聚集的光引入光纤从而减少了热量问题。这种技术显著改善了热性能，但是即使去除绝大部分的红外辐射，已经证明难以以合理的成本为内部照明应用提供高度聚集的太阳辐射的系统。部件过热的可能性仍然是通过使用昂贵的设备(例如通过使用极其精确的太阳跟踪器和/或高成本玻璃光纤)以不同程度解决的重要问题，以在非常高的光聚集倍数1000或更多操作或者通过在低得多的光聚集倍数下操作，但是使用较低成本的部件(例如使用较不精确的太阳跟踪器和/或塑料光纤)以及安装的系统往往针对每个特定的应用高度定制，并且不容易适应其他情况。适用于各种内部照明情况的实用的、坚固耐用的、具有成本效益的太阳能内部照明解决方案仍然遥遥无期。

发明内容

公开了使用包括高度聚集的可见光的经处理的太阳辐射的太阳能内部采光，高度聚集的可见光可以相对于入射的太阳辐射聚集例如1000倍或更多倍。高度聚集的经处理的太阳辐射可以通过光导管(例如光纤)传输到内部空间。太阳辐射处理可以包括至少两个聚光阶段，其中在聚集阶段之间进行光谱调节以去除红外辐射和/或可见光范围之外的其它辐射，并且在并行光处理装置中具有使用多个聚光元件的第二阶段聚光以进一步聚集在光谱调节之后的第一阶段聚集的光的不同空间部分。每个聚光元件可以对应于与多个第二阶段聚光元件对应的多个光导管中的单独的光导管。该技术可以允许可见光聚集的非常高的倍数，而减少由于热量产生的问题，同时使用较不昂贵的部件比如塑料光纤和/或较不精确的太阳跟踪系统，并且该技术有助于模块化系统设计的灵活性，以适应各种太阳能内部采光的情况。