[发明专利]一种空间半导体温差发电装置

说明书

本发明公开了一种空间半导体温差发电装置，包括：集热单元、空间辐冷器、热电转换组件、控制模块；所述的集热单元，用于收集太阳能或舱体废热，作为热源；所述的空间辐冷器，用于将热量通过热辐射的方式辐射至宇宙黑冷空间，作为冷源；所述热电转换组件，利用热源和冷源的温差实现热能到电能的转换；所述的控制模块，用于监测冷、热端温度，控制热电转换组件工作模式的切换。本发明结构紧凑，制造成本低、低振动、低噪音且维护周期长，既能在理想工况下连续稳定供电，又能应对供热不足的非理想工况，是一种前景广阔的空间发电技术。

技术领域

本发明涉及发电领域，具体涉及一种空间半导体温差发电装置。

背景技术

半导体温差发电技术是一种能够将热能转化为电能的绿色环保发电技术。它可以合理利用各类低品位热能，如太阳能、地热能、电子器件废热等，具有清洁、无噪音、无排放、稳定等优点，尤其适合空间应用。

光伏发电系统在空间发电领域应用广泛，但面临光电转换效率低和能量利用形式单一（仅能利用光能）的问题，难以形成高效的发电系统。随着半导体材料技术的不断发展，热电转换性能正在不断提高。此外，空间中同时存在的冷、热源利用成本低，便于建立温差。因此，温差发电技术有望凭借其高转化效率与灵活的能量利用形式在空间发电领域替代目前广泛应用的光伏发电技术。

目前，温差发电技术的空间应用已经得到了实现，以各种放射性同位素为热源的温差发电技术已趋于成熟，但同时放射性同位素热源也导致了空间电力系统的高成本和高风险。

近年来，有人提出了适用于空间发电的昼夜温差发电系统，（如CN102307030）采用蓄冷、蓄热的方法将宇宙空间中不同时间下的温差转换到同一时间进行利用，其结构除集冷、集热装置外，还包含蓄冷、蓄热系统及多个工质循环回路，系统复杂程度较高，维护相对困难。

目前温差发电技术研究中，常以热源侧供热充分为假设，以最大化输出功率为设计目标，却很少考虑到热源侧供热不足的情况。在实际应用中，尤其是外层空间的极端工作环境下，温差发电系统的集热效果波动较大。而传统的温差发电装置在系统供能不足、无法维持冷、热端温差的非理想工况下，热电转换效率明显下降，输出功率大大降低。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是针对空间这一独特的应用背景，提出一种以温差发电元件为核心的发电系统，既能在理想工况下连续稳定供电，又能应对系统供热不足的非理想工况，有效降低空间发电成本，提高发电系统效率与稳定性。

为实现以上目的，本发明提供了一种空间半导体温差发电装置，包括：集热单元、空间辐冷器、热电转换组件、控制模块；

所述的集热单元，用于收集太阳能或舱体废热，作为热源；

所述的空间辐冷器，用于将热量通过热辐射的方式辐射至宇宙黑冷空间，作为冷源；

所述热电转换组件，利用热源和冷源的温差实现热能到电能的转换；

所述的控制模块，用于监测冷、热端温度，控制热电转换组件工作模式的切换。

所述集热单元与热电转换组件热端平面之间、所述的空间辐冷器与热电转换组件冷端平面之间，直接连接，或者引入肋片结构将热源和冷源分别与所述的热电转换单元两侧相连，强化换热，并提供支撑与固定。

所述肋片结构通过插接的形式实现连接，所述肋片结构形式包括等截面、变截面直肋。

所述的集热单元包括聚光型太阳能集热装置、非聚光型的太阳能集热装置、或者余热回收装置。

所述的集热单元采用太阳能集热板，连接日光追踪装置，用于及时调整太阳能集热板朝向。

所述的空间辐冷器包括方锥型，W型、L型或V型辐冷器。