[发明专利]一种热辐射能量转换的热光伏装置应用的生产线防护段

说明书

本发明公开一种热辐射能量转换的热光伏装置，包括热辐射吸收体和光伏电池，热辐射吸收体与光伏电池组装在一起；所述热辐射吸收体由耐高温的表面等离子体材料制成，热辐射吸收体的表面制作成微纳结构。由于本发明的热辐射吸收体为耐高温表面等离子体材料，耐高温表面等离子体材料的表面制作微纳结构，产生表面等离子体效应，所以本发明利用了表面等离子体光学效应和热传递增强效应，来提高光热耦合效率。本发明还公开一种热辐射能量转换的热光伏装置应用的生产线防护段，包括传送装置，在传送装置上设置有上述的热光伏装置，热光伏装置之间留有传送热辐射产品的通道。

技术领域

本发明属于热辐射转换为电能的技术领域，特别炼钢、轧钢等生产线的废热回收利用的热光伏技术等应用领域，可以高效吸收不同热源的辐射光谱能量，如工业废热等。

背景技术

自然界中，绝对零度以上的物体都会辐射红外能量，这些具有一定温度物体尤其是高温物体辐射能量的利用，将大大提高能源的利用。

根据黑体辐射定律，物体温度越高，辐射光谱范围向短波段移动，如太阳表面温度接近6000℃，辐射光谱在可见光和近红外范围。

热光伏技术是能够将热能直接转换为电能的技术，它能够转换任何热源辐射的光谱，如太阳能、工业热源、冶金和航空航天等领域的废热、生物能、化学能等，为能源的有效利用和回收提供了很好的途径。如炼钢厂在冶炼钢铁过程中要持续24小时1400摄氏度的高温环境，如果将这一高温红外辐射能进行回收利用，将产生很大的经济效益，这将有赖于热光伏技术。

热光伏技术(TPV)是将高温物体红外辐射能量通过半导体光电材料直接转换成电能的技术。随着半导体光电材料的发展，低禁带的Ⅲ-Ⅴ半导体材料出现，实现红外辐射的高效转换，热光伏技术进一步得到广泛的关注。

如图1所示，典型的热光伏装置包括以下几个部分:耐高温金属11、光学滤波器12、热光伏电池13(转换器)，热源10的热辐射通过耐高温金属11传递到光学滤波器12，经过光学滤波器12后经热光伏电池13转换成电能。其他子装置是作为提高装置的转换效率或者为能量的回收循环利用而适当增加的,如热回收器14、辅助组件(图未示出)等。热回收器14进行热能装置化的再利用,辅助组件用于转换器的散热、废气废热的排放和整个装置的集成。由于实际的装置受热光伏电池PN结理论的限制，计算的预期效率只能达到20％～30％,如何高效的将辐射能量回收和辐射光谱选择是TPV的关键问题。

发明内容

本发明提出了一种热辐射能量转换的热光伏装置，该装置的辐射吸收体具有选择吸收作用，可以根据热源辐射的光谱进行设计；同时辐射吸收体在中红外波段具有辐射光谱选择性，与光伏电池的光谱匹配，得到较高的转换效率。

本发明还提出了一种热辐射能量转换的热光伏装置应用的生产线防护段，该生产线防护段的废热可以被高效吸收转换成电能。

本发明采用的技术方案如下：

一种热辐射能量转换的热光伏装置，包括热辐射吸收体和光伏电池，热辐射吸收体与光伏电池组装在一起；所述热辐射吸收体由耐高温的表面等离子体材料制成，热辐射吸收体的表面制作成微纳结构。

所述辐射吸收体的表面利用高能激光或喷砂工艺制作特定微纳结构，微纳结构是随机微纳结构或复杂周期微纳结构。

所述随机结构深度H均方根值在0.5～1.2μm之间，相关长度L大于0.5。

所述热辐射吸收体由耐高温金属钨、钽或半导体材料碳化硅、蓝宝石等表面等离子体材料制成，热辐射吸收体的表面镀三氧化二铝，氧化铪或碳化硅膜层，防止金属高温氧化。

所述光伏电池采用单晶硅或InGaAs/InP,InGaAsSb,GaSb光伏电池。

所述光伏电池的透光面采用耐高温玻璃封装，耐高温玻璃置于光伏电池与热辐射吸收体之间。