[發明專利]用于熱光伏器件的多層結構以及包括其的熱光伏器件

有效

• 申請號: 201380043194.7
• 申請日: 2013-08-12
• 公開（公告）號: CN104603540B
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: R·霍爾茨納;U·魏德曼
• 申請（專利權）人: 三角資源控股(瑞士)公司
• 主分類號: F23M20/00
• 分類號: F23M20/00;F23D14/12;F23C3/00
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司11127
• 代理人: 呂俊剛,劉久亮

技術領域

本發明涉及用于熱光伏器件的多層結構以及包括這種多層結構的熱光伏器件。

背景技術

隨著對電力的高需求以及甚至對清潔的CO₂中性能源的更高需求，收集能量的效率扮演越來越重要的角色。隨著許多工業化國家逐漸力求從核電力生產轉變，對替代能源的需求超過以往。然而，迄今為止已知的真正切實可行的替代能源即使有也是極少數。諸如風力發電機或太陽能電站的許多“經典”可再生能源具有顯著的缺點，從而妨礙了其推廣。

甚至，即使諸如風力發電機或太陽能電站的“經典”可再生能源的這些缺點被解決，仍存在這些可再生能源可用的地點常與需要電能的地點迥然不同的大問題。發電地點與能量消耗者之間的遙遠距離需要非常復雜、昂貴且環境不友好的基礎設施來輸送生成的電能。另外，不管最近這些基礎設施的改進，在電能的長距離輸送中仍存在顯著的損耗。因此，迫切需要分散式能量生產。換言之，能量生產的未來在于盡可能靠近消耗者來生成能量。這不僅降低/消除了傳輸損耗，而且在確保更高水平的靈活性的同時減輕了電網的負擔。

對于分散式能量生產而言極為引人關注的領域之一是熱光伏器件的領域，被設計為將儲存在燃料中的化學能轉化為電磁輻射，然后轉化為電力的器件。然而，現有熱光伏器件的相對降低的效率限制了它們的使用和大規模部署。

另外，從便攜式電子裝置到電動重型機械，對移動能量載體/發電機的需求越來越大。還需要多用途能量生成器，以用于選擇性地或同時生成熱；和/或光和/或電。

至于效率，這些化學能至電能轉換器的效率的最成問題的方面是一方面化學能轉換成電磁輻射的效率低，另一方面電磁輻射轉換成電力的效率低。

要解決的技術問題

因此，本發明的目的是提供一種用于熱光伏器件的多層結構，其使得能夠利用熱光伏元件將化學能高效地轉化成電力。

本發明的另一目的是提供一種包括這種多層結構的熱光伏器件。

本發明的又一目的是提供一種選擇性地和/或同時生成熱、光和電力的熱光伏系統。

發明內容

本發明的上述目的通過一種用于熱光伏器件的多層結構來解決，該多層結構包括熱傳遞-發射器單元，該熱傳遞-發射器單元具有由耐高溫材料，優選地陶瓷材料制成的腔室外殼，該腔室外殼限定流通熱傳遞室，該腔室外殼具有至少一個內表面和一個外表面。所述多層結構還包括：電磁輻射發射器，其與所述腔室外殼的外表面相鄰布置并且與所述外表面熱連接，所述電磁輻射發射器被配置為在經由與所述腔室外殼的所述熱連接暴露于高溫時發射主要近紅外輻射；光譜整形器，其被布置為使得輸入表面與所述電磁輻射發射器相鄰并且與所述電磁輻射發射器熱連接。所述光譜整形器在暴露于高溫時被配置成針對所述電磁輻射發射器所發射的第一最佳譜帶的輻射的帶通濾波器；和/或被配置成針對所述電磁輻射發射器所發射的另外的非最佳譜帶的輻射的反射器，使得隨著輻射被朝著所述電磁輻射發射器重新引導，所述第二非最佳譜帶輻射被重復利用。所述多層結構優選地設置有將化學能載體(燃料)的燃燒過程集中到所述流通熱傳遞室的表面的裝置。

本發明的所述另一目的通過一種熱光伏器件來解決，該熱光伏器件包括這種多層結構以及在其電磁輻射發射器的輻射方向上與所述多層結構相鄰地布置的光伏電池。

本發明的所述又一目的通過一種熱光伏系統來解決，該熱光伏系統包括這種熱光伏器件以及被布置為將可燃燃料混合物從所述燃料源朝著所述流通熱傳遞室的輸入側引導的燃料源，其中，所述燃料源和/或所述流通熱傳遞室被配置為使得燃燒被基本上限制到所述熱傳遞-發射器單元的表面，從而使得氣相的燃料混合物的燃燒最小化。

有益效果

本發明的最重要的優點在于通過優化能量轉換的所有階段以使各個階段的損耗最小化而實現了非常高的效率：

I)化學能轉換為熱輻射：

通過將化學能載體(燃料)的燃燒過程集中到流通熱傳遞室的表面和/或抑制氣相的燃燒反應，燃料與熱傳遞-發射器單元之間的熱進而能量傳遞被最大化，同時作為排放氣體的熱損耗被最小化；

II)熱能轉換為電磁輻射：

利用熱傳遞-發射器單元的適當結構，該熱傳遞-發射器單元包括被配置為發射主要近紅外輻射的電磁輻射發射器，轉化成電磁輻射的熱能的量被最大化；

III)將電磁輻射的光譜整形并且重復利用最終損耗：

-利用光譜整形器，該光譜整形器被配置成針對第一最佳譜帶的輻射的帶通濾波器；和/或

-通過向光譜整形器提供自發射材料，例如氧化鐿Yb₂O₃或鉑