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《中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)》 2017年
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空间无源照明设备的关键技术研究

陈炎华  
【摘要】:太阳能是一种绿色无污染、可再生的新能源,取之不尽、用之不竭,随着传统的化石能源的日益衰竭,太阳能在能源利用方面发挥的作用越来越重要。尤其是在照明方面,太阳光是自然界中最健康、最舒适、最廉价的一种光源,利用太阳光进行室内照明无疑是一个非常好的举措,不仅能够节约照明用电,还能够营造一个舒适的自然光照明环境。太阳能光纤照明技术就是在此基础上发展而来的。太阳能光纤照明系统是指太阳光在不经过电、热和机械等能量转换的情况下,经由聚光装置进行收集汇聚后由传光光纤传输至需要照明的场所,它保留了太阳光大部分的自然特性。该系统的研究使得太阳能的应用有了新的领域,开辟了一种全新的照明技术,利用太阳光进行照明也逐渐成为近年来许多国家的研究重点。本文设计了一套空间无源照明系统,即应用于空间舱内照明的太阳能光纤照明系统。论文首先对地面以及空间的太阳能资源进行了对比分析,并在卫星轨道参数计算及其特性研究的基础上,利用卫星仿真软件分析了卫星在轨运行过程中的光照条件,从而分析太阳能光纤照明系统应用于空间照明的可行性。在上述基础上提出了太阳能光纤照明系统的总体设计方案,该系统主要由太阳光聚光装置、光纤传输装置、末端配光装置以及辅助照明装置构成,该系统结构简单,充分利用了空间太阳能的特性,为电源系统节约了大量的资源和成本。其中,该系统的核心部分,即太阳光聚光装置采用免跟踪形式,与跟踪式聚光装置相比,其聚光比一般比较低,但接收角宽,不需要跟踪太阳,因此没有运动的机械部分,简单可靠,成为系统的一大亮点。根据几何光学的原理,利用制图软件和光学软件对太阳能光纤照明系统的光学部分进行设计,包括太阳光聚光装置和末端配光装置的设计,使得来自外部的太阳光能够有效地传输到舱内进行照明。同时提供了LED辅助照明装置,当太阳光无法满足照明需求时,利用LED进行补充照明,以保证高质量的照明环境。通过研究,对太阳能光纤照明系统的关键技术有了较为全面和系统的认识,为未来空间太阳能光纤照明系统的进一步研究和发展提供了一定的理论依据和参考价值。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:V442

【参考文献】
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