[发明专利]一种电加热通用热光伏系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种热电直接转换装置，具体地，涉及一种通过电加热作为替代能源的通用热光伏发电系统。

背景技术

热光伏系统是通过发热源(同位素能源、太阳能、燃烧等)加热辐射器，并通过热辐射器有效调制辐射波段，获得很高的转换效率。其原理为：通过发热源加热辐射器，使其达到较高的温度，从而对外发出辐射能。在辐射器和光电池之间设置光谱滤波器，以使得电池可转换波段范围内的辐射能通过滤波器达到电池，并被光电池转化为电能对外输出，而电池无法转化的能量则被滤波器反射回辐射器以重新利用，保持辐射器较高的温度，以减少能量的损失。

早在19世纪60年代热光伏系统已经开始被研究，但直到上世纪90年代，随着低禁带的III—V族化合物(一种高效转换器材料)的出现，热光伏的优越性才得到了证实，并开始受到人们的广泛关注。热光伏电池在发电方面具有很多独特之处，使其在尖端科研领域和军事上有很大的潜在应用价值。目前热光伏技术的研究是个热点，美国、俄罗斯、德国、澳大利亚、英国、瑞士和日本等国的著名的光伏研究机构和大学都在积极开展热光伏系统的研究工作，力图通过基础研究使这项新技术进入实用化。

热光伏发电系统的一个主要优点即是热源广泛，国外学者已经设计出了使用不同燃料的热光伏系统。布罗曼等人用生物燃料作为热源设计了一套热光伏系统，辐射器温度高达1300K，并提出如果选用光谱性能良好的滤波器，辐射器温度将会进一步的提高，从而提高热光伏系统的转换效率。肖克等人用同位素燃料PuO₂作为热源设计了热光伏系统，该系统使用了禁带宽度为0.6eV的砷化铟镓电池，该系统转换效率达到17%，输出功率为100W，重量比功率可以达到14W/kg。

美国EDTEK公司制作的STPV系统，采用卡塞格伦型的聚光器，其太阳能会聚比为1000：1，该系统为混合型的热光伏系统，采用太阳能及燃料燃烧共同加热的方式，测得在辐射器表面温度为1400℃时，系统效率为22.3%，理论转换效率可达到25%。

    由此可见，热光伏系统相对于现有的温差发电系统等热电转换形式，效率已经有了一定的提高，但目前热光伏技术还处于实验室研制阶段，且原理样机多是基于燃烧供热和太阳能供热两种形式，系统结构形式较为多样，但缺乏通用性，要实现未来和同位素热源的接口匹配，需设计具有一定通用性，直接更换热源即可使用的热电转换通用装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于各种热源的通用热光伏发电系统，具有高转换效率和输出功率，增加能量的回收利用效率，并可以直接适用于任意热源。 

为了达到上述目的，本发明提供了一种电加热通用热光伏系统，其中，该系统包含支撑架、绝热垫片、加热管、热辐射器、滤波器、热光伏电池、散热器、绝热密封盖以及温控装置；所述的绝热垫片、加热管、热辐射器、滤波器、热光伏电池、散热器以及绝热密封盖均设置在支撑架之上；所述的加热管设置在支撑架上方的中心处；所述的热辐射器、滤波器、热光伏电池和散热器分别同轴环绕所述加热管从内到外依次设置；所述的绝热密封盖设置在散热器的内侧以及所述加热管、热辐射器、滤波器和热光伏电池的上方所述的绝热垫片设置在加热管与支撑架之间；所述的温控装置与加热管和热辐射器相连接。

上述的电加热通用热光伏系统，其中，所述的温控装置控制加热管为热辐射器提供热能，所述热辐射器的温度升高到预定温度后保持稳定。热辐射器优选陶瓷材料制成，对外发出红外辐射能量。

上述的电加热通用热光伏系统，其中，所述的预定温度高于1000℃。

上述的电加热通用热光伏系统，其中，所述的热辐射器在保持稳定后，当其温度波动大于1℃时，温控装置接通加热管的电源进行加热，当热辐射器温度恢复稳定后，则切断所述电源。

上述的电加热通用热光伏系统，其中，所述的热辐射器辐射的能量通过滤波器，其中大小与热光伏电池禁带相匹配的能够透过滤波器后供热光伏电池将之转化为电能。

上述的电加热通用热光伏系统，其中，所述的热辐射器辐射的能量，其中小于热光伏电池禁带的能够反射回热辐射器，实现能量的回收利用。

上述的电加热通用热光伏系统，其中，所述的散热器为水冷散热器，其内部设有水冷流道。散热器内侧表面与热光伏电池相贴，将其废热带走。

上述的电加热通用热光伏系统，其中，所述的绝热密封盖内部设有水冷流道，以防止温度过高。

本发明提供的电加热通用热光伏系统具有以下优点：

1、光电转换部分具有较强的通用性，可适用于任意热源的热光伏系统。