光纖另類應用——太陽能光纖照明

城市中，許多高層樓宇的房間由于采光不足，白天也亮著燈，這是許多城市普遍存在的問題。在樓頂或外墻安裝帶凸鏡的采光裝置，狀如小型雷達，陽光聚集后通過光纖導向室內(nèi)，期間還經(jīng)過光源強化過程;室內(nèi)則是一個漫射器，如球形燈般安裝在天花或墻壁上，導入室內(nèi)的陽光經(jīng)過漫射，能保證室內(nèi)需要的照明。這個原理簡單卻實用的產(chǎn)品名為“太陽光纖照明系統(tǒng)”。如果能投入高樓應用，將節(jié)省大量電能，而且自然可靠。

一個狂想————“點”亮整個地球

我們都知道由于地球自轉(zhuǎn)等因素的影響產(chǎn)生了黑夜和白天，我們把上文所說的需要光的地方擴大化，即想象為在某一時刻地球無法照到的地方，那我們是否可以借助光纖照明系統(tǒng)來達到這一目的呢?

為了達到這一“奇跡”，首先我們要建立一個龐大的雙向的吸收,傳輸釋放裝置系統(tǒng)(雙向是考慮到地球的自轉(zhuǎn)中，某地一天必定有黑夜和白晝。而聚光裝置與末端裝置的原理上光路的可逆性給我們提供了一些便利)。

然后要解決的事情是光的傳輸問題?，F(xiàn)行的光纖照明系統(tǒng)由于光衰減的原因傳輸最大距離只能達到30米。我們可以通過兩條途徑來解決這一問題：一就是用類似于光纖通信，用跨洲際的光纖引導光線。但是這一條首先要在光纖的材料上有所突破，成功研制出更低衰減率的光纖或是“超導”光纖。

二就像科學家計劃建設(shè)太空發(fā)電站考慮采用將電能轉(zhuǎn)化為電磁波傳回地球一樣我們可以考慮將光線轉(zhuǎn)換為其他形式進行傳遞.但是由于光本身就是電磁波，我們可以采取改變它的頻率或采取其它措施以減少在光纖傳導中消耗。

這一狂想實施的困難主要在于1許多技術(shù)難關(guān)未攻破。比如：由于現(xiàn)在使用的光纖衰減率很高，不適合傳輸光能。此系統(tǒng)龐大，不易規(guī)劃且目前光纖照明的成本較高(點發(fā)光光纖價格約為7元/m～8元/m，線發(fā)光光纖價格約為17元/m～18元/m，發(fā)光器價格約為2500～3500元)。(資料)

建筑采光應用

自1983年以來，國際照明委員會就先后召開了四次國際建筑采光學術(shù)會議，1998年在德國Bregenz召開的照明大會(Licht''''98)會上，與會700多人，特別是建筑師對建筑采光十分關(guān)注。

建筑中如何有效地利用太陽光，近年來國內(nèi)外建筑采光工作者提出了不少利用太陽光的采光方法和設(shè)想。

1. 光導纖維法。此法是結(jié)合太陽跟蹤，透鏡聚焦等一系列專利技術(shù)，在焦點處大幅提升太陽光亮度，通過高通光率的光導纖維將光線引到需要采光的地方。能進行紫外線大幅攔截，有利于人類健康。目前產(chǎn)品商業(yè)運用已趨成熟，通過一組光纖把陽光引入室內(nèi)，照明中庭及中庭的綠色植物，照明效果很好。這一專利方法制造的產(chǎn)品，目前在國外已開始普及推廣，人們將其與健康緊密聯(lián)系受到推崇，使得太陽光采光的商業(yè)化運用進程加速，成為時尚。

2. 使用平面反向鏡的一次反射法。用反光鏡一次將太陽光反射到室內(nèi)需要采光的地方。這種方法對提高側(cè)窗采光的均勻度具有較明顯的效果，但光污染較嚴重。

3. 導光管法。用導光管將太陽集光器收集的光線傳送到室內(nèi)需要采光的地方，如中國建筑科學院已通過鑒定的無窗廠房和地下建筑天然采光研究成果，就是用此法進行天然采光的，但其對太陽光基本沒有處理。

利用陽光的采光設(shè)計和采光窗的多樣化

以往的建筑采光設(shè)計都是假定天空是陰天，不考慮直射陽光。這樣的采光設(shè)計計算簡單，對陽光多變帶來的采光不穩(wěn)定，過熱、眩光和陽興的光化作用等問題都回避掉了。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，特別是節(jié)能的影響，人們對晴天和平均天空采光設(shè)計與計算進行了大量研究，并初步提出一套設(shè)計方法。國際照明委員會的天然采光技術(shù)員委會也專門組織各國專家對近年取得的采光設(shè)計經(jīng)驗和科技成果進行了總結(jié)，編寫了《國際采光指南》，為設(shè)計、科研、教學和有關(guān)人員提供了設(shè)計依據(jù)和標準。利用晴天采光計算方法設(shè)計采光，約可減小15%的開窗面積，具有重要的節(jié)能和經(jīng)濟意義。另外直射陽光進入室內(nèi)，不僅可給人們提供時間信息，多變的陽光和室內(nèi)植物裝飾，可增加室內(nèi)視環(huán)境的情趣，賦于人有大自然的感受，可產(chǎn)生一種獨特的藝術(shù)效果。

采光窗作為建筑構(gòu)成一個元素，功能上要考慮光、熱與隔聲的問題，在藝術(shù)上應和建筑風格協(xié)調(diào)一致，在視覺上要求舒適，無眩光。建筑師根據(jù)不同建筑要求設(shè)計采光窗。目前除常見的側(cè)窗和天窗外，天穹式采光窗、帶反射擋光板的采光窗、薄膜采光窗、陽光凹井采光窗、帶跟蹤陽光的鏡面格柵窗和全反射采光窗使用也不少，呈現(xiàn)出采光窗多樣化的發(fā)展趨勢。

太陽能光纖燈是利用太陽能作為能源：

直接地把太陽光引入室內(nèi)進行照明，再通過光纖系統(tǒng)進行照明 。

光纖照明系統(tǒng)是由光源、反光鏡、濾色片及光纖組成，如下圖所示：

上圖中的光源既可以是普通電源也可以是通過太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)生,而最直接的方法是將其改造為直接利用太陽光作為光源.

室外的自然光透過采光罩導入到照明系統(tǒng)中進行重新分配，經(jīng)過光導管(光纖)傳輸和強化后由系統(tǒng)底部的末端附件(室內(nèi)末端投射裝置)把自然光均勻高效的照射到室內(nèi)，帶來自然光照明的特殊效果.

集光器(即采光罩)安裝在屋外可以整日不受任何限制隨時采光，使集光效率發(fā)揮到最大。但是也可以加裝太陽方位追蹤器，可使集光器集光效果提升。

光纖照明的特點 :

1)光線柔性傳播

2)滿足不同環(huán)境下對光色彩的需求。

3)通過光纖尾件的設(shè)計和安裝，照明從抽象化轉(zhuǎn)變?yōu)樾蜗蠡?/p>

4)光纖照明實現(xiàn)了光電分離,

5)光纖照明系統(tǒng)光色柔和,沒有光污染.

6)發(fā)出無紅外線和紫外線的冷光.

應用意義:

我國的照明約占總耗電量10%，而目前普遍使用的照明燈具只有約15%轉(zhuǎn)化成光能，也就是說有80%多的能量是以熱形式耗去的.合理利用自然資源，讓廉價的太陽能資源充分發(fā)揮出它的效能，營造出一個綠化的社會，緩解電能的需求，延長不可再生能源(如煤等)的使用壽命，符合國家產(chǎn)業(yè)政策，是國家大力提倡和支持的產(chǎn)業(yè)方向。 由于光纖照明的獨特優(yōu)點,它已廣泛地應用于各種場合,并在不斷地推廣中.它主要適合在商場、運動場館、寫字樓、地下室、飛機、劇院等地的晝間照明。例如很多大商場在白天都需要保證足夠的照明度，因此裝備了較多的燈具，雖然這些燈具具有一定的美化環(huán)境的作用，但卻浪費了大量的電能。如果采用陽光照明系統(tǒng)來保證日間的照明，不僅節(jié)省電費開支，減少環(huán)境的污染，而且還提供了來自大自然的舒適光線。

太陽能光纖照明是一種新穎的照明技術(shù)，隨著產(chǎn)品的成熟及新應用領(lǐng)域的開發(fā)，將會得到更廣泛的應用同時在大力普及中不斷提高，成本不斷降低，產(chǎn)品更為成熟。讓光纖照明早日走進尋常百姓家，為大眾服務。

設(shè)計師欲借光纜將陽光引入地下 讓廢車站變公園

一群美國設(shè)計師決定實施一項名為“LowLine”的計劃，利用光纜將陽光引入地下，讓紐約曼哈頓下東區(qū)一個占地1.5英畝(約合9畝)的廢棄地下有軌電車終點站變身為公園。目前，LowLine計劃仍處在商討階段。不過，紐約大都會運輸署以及當?shù)厣虡I(yè)領(lǐng)袖已經(jīng)對這一想法產(chǎn)生濃厚興趣。

設(shè)計師表示：“為了打造這個公園，我們決定采用一項現(xiàn)有的先進技術(shù)。目前，我們正在設(shè)計原型。這一系統(tǒng)將利用光纜捕獲和集中陽光，同時將陽光反射入地下，地下車站的天花板將安裝一個陽光分配盤，負責將陽光傳播到各個角落。”

下東區(qū)地下有軌電車終點站建于1903年，1948年廢棄。目前，設(shè)計師正試圖通過融資平臺Kickstarter籌集資金，以啟動LowLine計劃。他們指出：“引入地下的陽光波長能夠支持光合作用。也就是說，我們可以在這個地下公園栽種樹木和花草。此外，光纜也會阻擋可導致曬傷的紫外線。”現(xiàn)在，LowLine計劃仍處在商討階段。不過，紐約大都會運輸署以及當?shù)厣虡I(yè)領(lǐng)袖已經(jīng)對這一想法產(chǎn)生濃厚興趣。目前，設(shè)計師正在制造一個實體模型，以讓大都會運輸署了解這項計劃的可行性。