[發明專利]基于光伏電池和溫差電池的組合電池裝置

有效

• 申請號: 201110443983.2
• 申請日: 2011-12-23
• 公開（公告）號: CN102496615A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 彭定敏;盧小榮;劉文;文濤;方兵
• 申請（專利權）人: 武漢烽火富華電氣有限責任公司
• 主分類號: H01L25/16
• 分類號: H01L25/16;H01L31/0352;H01L31/058
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 鄧寅杰

技術領域

本發明涉及電池裝置領域，特別是基于光伏電池和溫差電池的組合電池裝置。

背景技術

目前高電壓輸配電、深井探測、微波高塔、核電站等許多嚴酷的場合不能直接采用電源供電，而是通過光纖輸送光能，然后通過光電轉換獲得電能的激光供能方式實現遠地供電。激光供能采用大功率半導體激光器光源，將光能用光纖輸送到需要供電的遠端惡劣環境中，再由光電轉換器件(光伏器件)將光能轉換為電能，經過穩壓后提供穩定的電源輸出，可以給傳感器供電并將傳感信號用光纖送回。由于光纖采用石英材料制作，耐高溫、絕緣性好、抗干擾能力很強，杜絕電火花的問題，光纖傳輸損耗又很低，而且激光二極管的工作特性可以確保光功率在一定溫度條件下保持穩定，所以通過光伏器件轉換后得到的電源輸出功率也相對比較穩定。?這樣的電源的紋波小，噪聲低，有利于傳感器的穩定工作，因此，激光供能方式已經成為多種傳感器供電的一種既先進又穩定可靠的解決方案。

普通太陽能電池的光電轉化效率只有10-20%。而為激光供能特殊應用設計制作的光伏器件，采用GaAs襯底，針對800~850nm波長，最大轉換效率已經超過45%。?

一個單獨的光伏電池由于半導體電池材料特性的限制，一般的輸出電壓比較低，不能滿足絕多數的應用環境。因此通常的電池內部都包括了若干個電池單元，它們級聯構成一個串聯電池組，從而提高了輸出電壓，滿足用戶負荷電路所需要的額定電壓要求。

此外，光伏電池的最終輸出效率和電池的實現結構也有很大關系，反映在最后就是電池的形狀因子，目前一般都有70%-?85%左右。但實際工作點一般達不到電池理想的工作點。因此，雖然，目前的電池在商用上已能做到45%以上的最佳理論效率，但這個最佳工作點是在特定的電路負載相匹配的條件下獲得的。對一個加工好的電池芯片來說，它的工作點在一定光強下是固定不變的，但實際工作還必須考慮到外部負載的變動。因此外部負載在一定的變動范圍內，實際工作效率就會大大下降，嚴重的情況下會下降到10-15%，這部分能量也以熱能的形式消耗掉了。單獨的光伏電池不能充分適應外界負載的變動。

特別的，在光伏電池應用中，光的輻射光強過大的時候，電池芯片的溫度升高，這又會導致輸出飽和電流和輸出開路電壓都下降，電池的內部電阻特性也會隨溫度改變，這樣會進一步降低了電路中電池的光電轉換效能，如果強光輻射，溫度上升嚴重的話，那么效率下降得非常明顯，同時其實際工作點又會嚴重偏離理想的工作點，效率下降，嚴重的可能只有30%不到。因此利用內部發熱量采用溫差電池轉換為電能從而提高效率是一項改進途徑。

而且，在這種嚴酷環境應用中，激光輸送能量是非常寶貴的，不斷地提高其供電轉換效率是非常必要的。

理論上，通過組合電池裝置的光伏電池前表面鍍減反射膜或增透膜來降低入射光能的反射損失，那么除了轉換為電能的一部分外，沒有光能輻射損耗，其余的輻射能量都被電池本體材料晶格吸收和消耗在等效內電阻的發熱上，因此光電池本體溫度上升，通過傳熱給溫差電池的熱端就能夠進一步產生電能。對目前最好的商用光伏電池的實測表明，一個商用化的特定激光波長的光伏電池在最佳負荷區大概也有55%的能量是以熱能耗散的形式浪費了，而通常實際工作中可能會有70%的熱量消耗，如果不能充分利用這部分能量，就非?？上А?/p>

現有的利用光伏和溫差效應的組合電池一般是針對太陽能的寬光譜來說，而且利用光伏電池所不能利用的太陽光譜其他光譜區能量透射后來集熱發電。而光伏轉換區內的能量和光伏電池本體熱量沒有充分加以利用。

發明內容

本發明的目的在于克服現有半導體激光光伏電池的效率瓶緊的缺點，提供一種基于光伏電池和溫差電池的組合電池裝置，能充分、有效地利用光伏轉換區內的光譜能量和光伏電池本體熱量，提高激光供能的光電轉換效率。

為解決以上技術問題，本發明的技術方案為：基于光伏電池和溫差電池的組合電池裝置，用于將激光光能轉換為電能，其不同之處在于：其包括至少一個光伏電池、與光伏電池相匹配的溫差電池、內部匹配電路模塊，所述光伏電池本體與溫差電池之間設置有高導熱體或高導熱部件，光伏電池、溫差電池通過內部匹配電路模塊構成串聯或者并聯結構。

按以上方案，所述高導熱體或高導熱部件設置在光伏電池本體的邊緣部位。

按以上方案，所述光伏電池與溫差電池之間還設置有隔熱材料。

按以上方案，所述光伏電池上沿光入射方向的側面表涂覆有光吸收材料，從而避免入射光向側面逃逸的輻射損耗。

按以上方案，所述光伏電池上與前端光接受面相對的背面也涂覆有光吸收材料，從而避免入射光對外輻射損耗。