太阳能光纤导光技术在照明中的应用

田海涛 杨文婷

摘   要：本文介绍了基于光纤导光技术实现在照明中太阳能直接利用的两种方式，即主动采光技术和被动采光技术。同时介绍了两种技术的特点以及应用价值。最后对上述技术未来的发展进行了展望。

关键词：太阳能  光纤导光  主动采光技术  被动采光技术

太阳能作为可再生的绿色能源已被广泛利用，目前太阳能利用技术主要分为太阳能光热技术和光伏发电技术。前者靠太陽能产生热量并加以利用，如太阳能热水器;后者利用太阳能发电，然后将电能直接使用或由蓄电池储存起来。这两种技术都需要将太阳能进行转化，存在转化效率低下问题。如果将太阳能的照明价值直接利用，必将发挥它的最高效率，而光纤导光技术的出现为太阳能直接用于照明提供了新的途径。光纤导光是利用全反射原理将太阳光传送至某指定位置，使用灵活多变、局限性小。

1  技术介绍

1.1 基于光纤导光的主动采光技术

太阳能光纤导光装置属于主动采光技术，它是将太阳光收集后导入光纤中，再通过光纤传导至末端的出光装置，为人们提供光源。该系统由太阳光聚光装置、导光光纤、出光装置组成，太阳光聚光组件主要有菲涅尔透镜和异形凹面镜两种，自动跟踪收集太阳光的方式主要有根据不同地域太阳轨迹预先设定控制程序和实时探测太阳位置进行控制两种，出光装置可以将光线散开，提高照射范围和改变照射方式[1]。如果在系统中增加光伏发电、蓄电功能，可以利用光转换的电能为系统运行提供动力，也可以在夜晚、阴雨太阳光缺乏时为系统提供光源。

1.2 基于光纤导光的被动采光技术

被动采光技术是通过建筑自身被动的接收太阳光，如设置采光窗。光纤导光混凝土属于被动采光技术，它通过将光纤植入混凝土中，使混凝土具有导光功能，就可以利用该混凝土砌筑墙体、屋面等产生被动采光效果。

2  特点及应用

2.1 基于光纤导光的主动采光技术

（1）节能独立。

该系统将太阳光通过光纤导入室内实现照明，其自动追踪太阳光装置的运行和夜晚、阴雨天气备用照明也可采用光伏发电所储存的电能，因此是完全利用太阳能的系统，具有绿色环保的特点。同时，该系统照明过程中产生的热量仅为电灯照明的40%[2]，减小了空调系统降低室内气温所需能耗。另外，由于该系统是利用太阳能的独立系统，不需要供电线路，因此用于偏远孤立供电困难又需要照明的场所，可以节省电力运输成本。

该系统已广泛应用于各类建筑室内照明，尤其是完全没有太阳光照明的地下空间、太阳光匮乏的北面房间以及对照明要求较高的图书馆、体育馆等场所。由于该系统具有独立的特点，因此也被用于偏远孤立的交通隧道内的照明，且研究表明光环境明亮度瞬间突变值小于35倍且基本亮度最小值不小于20Lux时，不会引起不舒服的视觉震荡[3]，而该系统隧道内照明强度变化与隧道外太阳光强度的变化保持自然实时一致，因此可以从根本上解决隧道“黑洞效应”导致的视觉不适应问题[4]。

（2）健康清洁。

该系统利用的为太阳光，相较电灯灯光其光色、频率都更适合人眼长期使用，相较自然太阳光，该系统可以过滤掉紫外线、红外线及有害射线，具有更加健康清洁的特点[5]。

该系统应用于办公室、教室、阅览室等长时间用眼的场所可以起到护眼的效果，也可以在满足紫外线杀菌的前提下过滤掉多余紫外线、红外线及有害射线应用于养老院、疗养院、医院等场所让人们享受健康阳光，该系统还可以为室内种植植物提供充足的光能。同时，去除紫外线、红外线可以减少对纸制品、纺织品、木制品等物品的损坏，因此可以应用于博物馆、展览馆、资料馆等场所。

（3）防火防爆防触电。

该系统依靠光纤导光，本身不带电不需要敷设电线，因此不会短路、打火、漏电，可以起到防火防爆防触电的作用，并且相较防爆灯故障率低、维修方便[6]。

该系统应用于易燃易爆需要防火防爆照明系统的场所，如石油、化工、厂房、仓库等。由于该系统不带电，所以还可以应用于水下场所，如游泳池、水族馆等。

2.2 基于光纤导光的被动采光技术

光纤导光混凝土实现了在不改变建筑外观设计的基础上增加采光功能，太阳光照射在外墙或屋面上通过混凝土中的光纤组分将部分光导入室内，增加室内亮度和产生艺术效果。该技术常被用于博物馆、纪念馆等艺术性较高的建筑，如上海世博会意大利馆，还被用于住宅、商场等室内装饰领域。

3  展望

太阳能作为绿色能源已被广泛应用于众多领域当中，而将它应用于照明领域则是发挥了它最原始的价值，且相较电灯照明具有很多独特的优点。随着光纤导光装置、光纤导光混凝土等新技术的发展，太阳能照明领域将出现更多创新性开发，太阳能照明必将有更广泛的应用。

参考文献

[1] 郝中骐，刘莉.太阳能光纤照明系统在节能型城市建设中的应用[J].宜春学院学报，2011，33（8）：61-63.

[2] 甘源.上海世博园地下空间阳光导入技术分析[J].四川建筑，2016，36（5）：30-32.

[3] 冯守中.绩黄高速玉台隧道光纤照明应用技术研究[J].地下空间与工程学报，2012，8（增刊）：1426-1430.

[4] 卢世杰，史玲娜，涂耘，等.短隧道采用太阳光光纤照明技术的优势分析[J].照明工程学报，2017，28（3）：62-65.

[5] 刘柯，鲍家声.光纤采光照明系统在建筑中的应用[J].南方建筑，2006（9）：91-94.

[6] 司文跃，智勇军，吕杰，等.基于光纤灯技术的防火防爆防触电照明系统[J].机电信息，2018（30）：26-29.