太阳能传输用空芯光纤研究及收集装置的设计

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1、武汉理工大学硕士学位论文摘要本文对大孔径低损耗传输太阳能用PMMA／Ag泄漏型空芯光纤薄膜制备工艺进行了深入的研究，与用于传输C02激光的空芯光纤不同的是，该空芯光纤传输的是300--1800nm波长范围的光，故在膜层厚度设计和材料选择上就有所区别。此波段的太阳能能量占太阳辐射能量中的85％以上，通过低损耗空芯光纤将太阳光传输到室内提供照明，即在一定程度解决了能源危机问题，又利于环保。通过分析比较，选择石英玻璃毛细管作为空芯光纤基材，内径为2mm：通过理论计算与薄膜材料的选择，确定在内壁先镀膜层厚度为0．21xm的高反射率银膜，再镀厚度为86nm的PMMA

2、电介质层；通过在石英基板上镀制银膜和PMMA电介质膜来确定薄膜的制备参数，综合优化工艺参数。在立式光纤镀膜机上制备空芯光纤的最佳反应条件是反应温度控制在17℃，蔽光，pH值控制在pH=8～9，还原液中加入少量的硝酸作催化剂，少量的聚乙二醇4000作稳定剂，另外，在还原液中加入少量乙醇可减小溶液的表面张力，利于反应的进行，银络合离子浓度为0．1mol／L，流量为18ml／min，反应时间定为1"--，2min；毛细管内制备PMMA电介质涂层和在基片上的制备工艺差别不大，主要在于流量的控制，通过实验比较，确定以质量比O．4％PMMA丙酮溶液，流量为50ml／m

3、in，镀制时间为30s。太阳能收集器是根据抛物面镜聚焦的原理设计的，把平行入射的太阳能汇聚成一个点光源，再导入空芯光纤进行传输。对高精度太阳能抛物面境收集器进行了结构和光学设计，使它在浓缩度和光斑直径上与制备好的空芯光纤相匹配。依据旋转抛物面镜的收集参数，选择了口径为D=250mm，边缘半角为矽=450的抛物面镜，该抛物面镜核心光斑直径为1．2mm，太阳光浓缩度为31218；最大收集效率的光斑直径为2mm，平均太阳光浓缩度15609。考虑到本设计以收集效率为主，选择空芯光纤直径为2mm。通过理论计算确定了平面反射镜的直径为15mm，光纤的输入端与平面镜的距

4、离h=6．7mm。利用类似太阳光谱的氙灯光源对制备的PMMA／Ag泄漏型空芯光纤的传输性能进行测试和分析，通过测量输入和输出的能量，根据公式可以计算出光纤的直传和弯曲损耗。把光纤与收集器组装后，测试整个系统的传输效率和损耗，综合评价该研究设计。与传统的太阳能利用装置相比较，本装置不需要进行能量转换，因此效率高，结构简单，可以实现聚焦后太阳能的远距离高效传输。关键词：空芯光纤，电介质，抛物面收集器，浓缩度武汉理工大学硕士学位论文AbstractThispaperdescribesanin-dapthstudyonfabricatingmembraneofPM

5、MA／Ag(PolymethylMethacrylate)leakagehollowopticalfiberswhichhavelargeapertureand10Wtransmissionattenuation．RelativetoconventionalhollowopticalfiberfortransmissionofC02laser,thistypeoffibertransmits300—1800nlnwavelengthofthesunlight．Sothethicknessoftheopticalfilminthedesignandmater

6、ialselectionhassomedifference．Thisbandofenergyaccounting85％ofsolarradiationenergy,throughlow-losshollowopticalfiber,transmitstoindoorlighting．Toacertainextent，itCansolvetheenergycrisisproblem，butalsobebeneficialtotheenvironment．Throughanalysisandcomparison,achoiceofquartzglasscapi

7、llaryhasbedoneashollowopticalfibermatrix，theinnerdiameterof2mm；throughtheoreticalcalculationandthechoiceofmaterialstodeterminethecoatingthicknessis‘0．2lainllighreflectivitysilvermembrane，thenplatingthicknessof90nmPMMAdielectriclayer；byplatingsilvermembraneandPMMAdielectricthinfilm

8、sonquartzsubstrates，overalloptimi