[发明专利]基于光伏电池和温差电池的组合电池装置

说明书

技术领域

本发明涉及电池装置领域，特别是基于光伏电池和温差电池的组合电池装置。

背景技术

目前高电压输配电、深井探测、微波高塔、核电站等许多严酷的场合不能直接采用电源供电，而是通过光纤输送光能，然后通过光电转换获得电能的激光供能方式实现远地供电。激光供能采用大功率半导体激光器光源，将光能用光纤输送到需要供电的远端恶劣环境中，再由光电转换器件(光伏器件)将光能转换为电能，经过稳压后提供稳定的电源输出，可以给传感器供电并将传感信号用光纤送回。由于光纤采用石英材料制作，耐高温、绝缘性好、抗干扰能力很强，杜绝电火花的问题，光纤传输损耗又很低，而且激光二极管的工作特性可以确保光功率在一定温度条件下保持稳定，所以通过光伏器件转换后得到的电源输出功率也相对比较稳定。 这样的电源的纹波小，噪声低，有利于传感器的稳定工作，因此，激光供能方式已经成为多种传感器供电的一种既先进又稳定可靠的解决方案。

普通太阳能电池的光电转化效率只有10-20%。而为激光供能特殊应用设计制作的光伏器件，采用GaAs衬底，针对800~850nm波长，最大转换效率已经超过45%。 

一个单独的光伏电池由于半导体电池材料特性的限制，一般的输出电压比较低，不能满足绝多数的应用环境。因此通常的电池内部都包括了若干个电池单元，它们级联构成一个串联电池组，从而提高了输出电压，满足用户负荷电路所需要的额定电压要求。

此外，光伏电池的最终输出效率和电池的实现结构也有很大关系，反映在最后就是电池的形状因子，目前一般都有70%- 85%左右。但实际工作点一般达不到电池理想的工作点。因此，虽然，目前的电池在商用上已能做到45%以上的最佳理论效率，但这个最佳工作点是在特定的电路负载相匹配的条件下获得的。对一个加工好的电池芯片来说，它的工作点在一定光强下是固定不变的，但实际工作还必须考虑到外部负载的变动。因此外部负载在一定的变动范围内，实际工作效率就会大大下降，严重的情况下会下降到10-15%，这部分能量也以热能的形式消耗掉了。单独的光伏电池不能充分适应外界负载的变动。

特别的，在光伏电池应用中，光的辐射光强过大的时候，电池芯片的温度升高，这又会导致输出饱和电流和输出开路电压都下降，电池的内部电阻特性也会随温度改变，这样会进一步降低了电路中电池的光电转换效能，如果强光辐射，温度上升严重的话，那么效率下降得非常明显，同时其实际工作点又会严重偏离理想的工作点，效率下降，严重的可能只有30%不到。因此利用内部发热量采用温差电池转换为电能从而提高效率是一项改进途径。

而且，在这种严酷环境应用中，激光输送能量是非常宝贵的，不断地提高其供电转换效率是非常必要的。

理论上，通过组合电池装置的光伏电池前表面镀减反射膜或增透膜来降低入射光能的反射损失，那么除了转换为电能的一部分外，没有光能辐射损耗，其余的辐射能量都被电池本体材料晶格吸收和消耗在等效内电阻的发热上，因此光电池本体温度上升，通过传热给温差电池的热端就能够进一步产生电能。对目前最好的商用光伏电池的实测表明，一个商用化的特定激光波长的光伏电池在最佳负荷区大概也有55%的能量是以热能耗散的形式浪费了，而通常实际工作中可能会有70%的热量消耗，如果不能充分利用这部分能量，就非常可惜。

现有的利用光伏和温差效应的组合电池一般是针对太阳能的宽光谱来说，而且利用光伏电池所不能利用的太阳光谱其他光谱区能量透射后来集热发电。而光伏转换区内的能量和光伏电池本体热量没有充分加以利用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有半导体激光光伏电池的效率瓶紧的缺点，提供一种基于光伏电池和温差电池的组合电池装置，能充分、有效地利用光伏转换区内的光谱能量和光伏电池本体热量，提高激光供能的光电转换效率。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案为：基于光伏电池和温差电池的组合电池装置，用于将激光光能转换为电能，其不同之处在于：其包括至少一个光伏电池、与光伏电池相匹配的温差电池、内部匹配电路模块，所述光伏电池本体与温差电池之间设置有高导热体或高导热部件，光伏电池、温差电池通过内部匹配电路模块构成串联或者并联结构。

按以上方案，所述高导热体或高导热部件设置在光伏电池本体的边缘部位。

按以上方案，所述光伏电池与温差电池之间还设置有隔热材料。

按以上方案，所述光伏电池上沿光入射方向的侧面表涂覆有光吸收材料，从而避免入射光向侧面逃逸的辐射损耗。

按以上方案，所述光伏电池上与前端光接受面相对的背面也涂覆有光吸收材料，从而避免入射光对外辐射损耗。