[实用新型]液态金属冷却的聚焦型太阳能热离子发电装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能发电装置，特别涉及一种利用阳光聚焦器将热离子发电器高温端提升到其最佳工作温度，并借助光电-电磁泵驱动液体金属的流动以冷却热离子发电器低温端，从而确保热离子发电器两端维持合适的温度水平和温差，以高效输出电能的液态金属冷却的聚焦型太阳能热离子发电装置。

背景技术

由于能源短缺，可再生能源特别是直接从太阳能获得电力的研究，受到了前所未有的重视。然而，当前的太阳能发电中还存在诸多技术障碍制约其推向大规模实际应用，其中最关键的环节之一是必须发展效率高、经济、自给自足的能源体系。

当前的太阳能发电装置中，利用光电池产生电力是最为重要的模式。此种发电装置依靠的基本结构是光电薄膜电池，其发电原理是：当光线照射到金属表面时，金属释放出电子(被称为光电效应)；光电薄膜材料一般有钻石、多晶硅、氮化钛、锌、钨等。其中，多晶硅薄膜太阳电池既具有体材料晶体硅电池性能稳定、工艺成熟和高效的优点，又有大幅度减少材料用量从而显著降低成本的潜力，因而成为目前光伏界的研究热点。但现有盛行的太阳能光电池还普遍存在转换效率和功率密度偏低等不理想之处。

此外，人们也考虑直接利用太阳光的热能来发电，即利用太阳能加热特定流体，使其蒸发而产生动力，再驱动叶轮转换成电力。此类方式目前存在机构复杂，成本高，可靠性不强等问题。

众所周知，受太阳能的照射，物体会在向阳和背阳面产生对应的温度梯度；如能高效地利用这部分免费的温度梯度来产生电力，则是很有意义的事。此方面，半导体热电元件是一种可能的电力产生装置，这类技术相对成熟，结构简单轻便，因而事实上很早就发挥了作用，并一直延续至今。但温差发电技术却长期被忽视，原因主要是效率较低。

除了半导体型热电转换方法外，利用温差发电的方式还有一种长期被忽略而性能非常独特的热离子辐射式；热离子电源具有很多优点，在大功率下其比功率远远高于太阳能电池系统，寿命极长，其许多用途为太阳能电池供电系统所无法取代。这种发电方式基于的基本结构是使用热离子电薄膜式转换器，该热离子转换器是一种将热能转化为电能的装置，其原理在于将射电部分(emitter)升至很高温度，沸腾的电子从表面射出，通过一个极狭窄的电极间隙，到达一个温度较低的集电部分(collector)；热离子转换器实际上是一种热机，所以其最高效率受到卡诺循环的限制；典型的热离子电工作参数如下：射电部分工作温度1600—2000K(此出也称高温端)；集电部分工作温度800—1100K(此出也称低温端)；电极间隙<0.5nm；电极效率>20％；能量密度1—10W/cm²；典型的热离子电材料如下：射电部分可采用W，Re，Mo等；集电部分可采用Nb，Mo等；绝缘材料可采用Al₂O₃，Al₂O₃/Nb金属陶瓷等；电极间可充气Cs，真空度在1Torr左右；以往，热离子电源发电中所采用的热源主要来自燃烧过程或核燃料，利用太阳能加热的尝试则很少被提及，原因主要是太阳能加热密度较低的缘故，采用聚焦加热的作法不多见，且热离子电薄膜两端若不进行合理的散热，很难达到理想的发电温度水平和温度差，此方面，传统的空气冷却或液体冷却不易实现这一目标；为此太阳能热离子发电至今未取得实质性进展。

发明内容

本实用新型目的在于：提供一种借助太阳光聚焦以提升热离子发电膜块热端温度，再通过电磁泵驱动液体金属冷却热离子发电膜块低温端，从而在该热离子发电膜两端建立起温差的高效率液态金属冷却的聚焦型太阳能热离子发电装置；而且，由于该装置的电池泵电能也来自太阳能驱动的光电池，因而该发电装置属于一种自维持型高效太阳能发电装置。

本实用新型的技术方案如下：

本实用新型提供的液态金属冷却的聚焦型太阳能热离子发电装置，包括：