Abstract Optical fiber solar lighting systems are an appealing approach for illumination applications with the aim of reducing energy consumption and greenhouse gas emissions from artificial lighting. This study presented the design, construction and assessment of an optical fiber based hybrid solar lighting system for illumination of interior spaces. The proposed system combines the features of optical fiber daylighting technology and photovoltaic power generation technology. Specifically, a secondary light concentrator was designed to improve the uniformity of flux distribution and solve the overheating problem of PMMA fibers. The technical feasibility of the hybrid solar lighting system was validated using the fabricated prototype in a 5 m2 darkroom during a whole day test. Experimental results showed that, an average illuminance of 105 lx at a distance of 2 m from the end of optical fiber bundle was achieved, saving 316.82 kWh and reducing 251.24 kg carbon dioxide emissions every year in the studied case. Finally, cost analysis of the proposed hybrid solar lighting system was carried out and compared with three conventional lighting systems. The total payback period of the hybrid solar lighting system was 3.7 years and further reduced to 1.7 years in mass production. In the studied case, the hybrid solar lighting system was economically competitive after 2 years and 12 years of operation in comparison with a 100 W incandescent bulb lighting system and a 30 W T8 fluorescent lamp lighting system, respectively.

中文翻译：

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基于光纤的混合太阳能照明系统的技术经济评价

摘要 光纤太阳能照明系统是一种有吸引力的照明应用方法，旨在减少人工照明的能源消耗和温室气体排放。本研究介绍了用于室内空间照明的基于光纤的混合太阳能照明系统的设计、构建和评估。该系统结合了光纤采光技术和光伏发电技术的特点。具体而言，设计了二次聚光器以提高光通量分布的均匀性并解决PMMA光纤的过热问题。混合太阳能照明系统的技术可行性在 5 平方米暗房中使用制造的原型在全天测试中得到验证。实验结果表明，在距光纤束末端 2 m 处实现了 105 lx 的平均照度，在所研究的案例中，每年可节省 316.82 kWh 并减少 251.24 kg 二氧化碳排放。最后，对所提出的混合太阳能照明系统进行了成本分析，并与三种传统照明系统进行了比较。混合太阳能照明系统的总投资回收期为 3.7 年，量产时进一步缩短至 1.7 年。在所研究的案例中，与 100 W 白炽灯泡照明系统和 30 W T8 荧光灯照明系统相比，混合太阳能照明系统在运行 2 年和 12 年后具有经济竞争力。在所研究的案例中，每年排放 24 公斤的二氧化碳。最后，对所提出的混合太阳能照明系统进行了成本分析，并与三种传统照明系统进行了比较。混合太阳能照明系统的总投资回收期为 3.7 年，量产时进一步缩短至 1.7 年。在所研究的案例中，与 100 W 白炽灯泡照明系统和 30 W T8 荧光灯照明系统相比，混合太阳能照明系统在运行 2 年和 12 年后具有经济竞争力。在所研究的案例中，每年排放 24 公斤的二氧化碳。最后，对所提出的混合太阳能照明系统进行了成本分析，并与三种传统照明系统进行了比较。混合太阳能照明系统的总投资回收期为 3.7 年，量产时进一步缩短至 1.7 年。在所研究的案例中，与 100 W 白炽灯泡照明系统和 30 W T8 荧光灯照明系统相比，混合太阳能照明系统在运行 2 年和 12 年后具有经济竞争力。7年量产。在所研究的案例中，与 100 W 白炽灯泡照明系统和 30 W T8 荧光灯照明系统相比，混合太阳能照明系统在运行 2 年和 12 年后具有经济竞争力。7年量产。在所研究的案例中，与 100 W 白炽灯泡照明系统和 30 W T8 荧光灯照明系统相比，混合太阳能照明系统在运行 2 年和 12 年后具有经济竞争力。