[發(fā)明專利]一種空間半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810210892.6
• 申請日: 2018-03-14
• 公開（公告）號: CN108270371A
• 公開（公告）日: 2018-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫大明;潘洪浩;章杰;羅凱
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: H02N11/00
• 分類號: H02N11/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林松海

本發(fā)明公開了一種空間半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置，包括：集熱單元、空間輻冷器、熱電轉(zhuǎn)換組件、控制模塊；所述的集熱單元，用于收集太陽能或艙體廢熱，作為熱源；所述的空間輻冷器，用于將熱量通過熱輻射的方式輻射至宇宙黑冷空間，作為冷源；所述熱電轉(zhuǎn)換組件，利用熱源和冷源的溫差實現(xiàn)熱能到電能的轉(zhuǎn)換；所述的控制模塊，用于監(jiān)測冷、熱端溫度，控制熱電轉(zhuǎn)換組件工作模式的切換。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，制造成本低、低振動、低噪音且維護周期長，既能在理想工況下連續(xù)穩(wěn)定供電，又能應(yīng)對供熱不足的非理想工況，是一種前景廣闊的空間發(fā)電技術(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及發(fā)電領(lǐng)域，具體涉及一種空間半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體溫差發(fā)電技術(shù)是一種能夠?qū)崮苻D(zhuǎn)化為電能的綠色環(huán)保發(fā)電技術(shù)。它可以合理利用各類低品位熱能，如太陽能、地?zé)崮堋㈦娮悠骷U熱等，具有清潔、無噪音、無排放、穩(wěn)定等優(yōu)點，尤其適合空間應(yīng)用。

光伏發(fā)電系統(tǒng)在空間發(fā)電領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，但面臨光電轉(zhuǎn)換效率低和能量利用形式單一（僅能利用光能）的問題，難以形成高效的發(fā)電系統(tǒng)。隨著半導(dǎo)體材料技術(shù)的不斷發(fā)展，熱電轉(zhuǎn)換性能正在不斷提高。此外，空間中同時存在的冷、熱源利用成本低，便于建立溫差。因此，溫差發(fā)電技術(shù)有望憑借其高轉(zhuǎn)化效率與靈活的能量利用形式在空間發(fā)電領(lǐng)域替代目前廣泛應(yīng)用的光伏發(fā)電技術(shù)。

目前，溫差發(fā)電技術(shù)的空間應(yīng)用已經(jīng)得到了實現(xiàn)，以各種放射性同位素為熱源的溫差發(fā)電技術(shù)已趨于成熟，但同時放射性同位素?zé)嵩匆矊?dǎo)致了空間電力系統(tǒng)的高成本和高風(fēng)險。

近年來，有人提出了適用于空間發(fā)電的晝夜溫差發(fā)電系統(tǒng)，（如CN102307030）采用蓄冷、蓄熱的方法將宇宙空間中不同時間下的溫差轉(zhuǎn)換到同一時間進行利用，其結(jié)構(gòu)除集冷、集熱裝置外，還包含蓄冷、蓄熱系統(tǒng)及多個工質(zhì)循環(huán)回路，系統(tǒng)復(fù)雜程度較高，維護相對困難。

目前溫差發(fā)電技術(shù)研究中，常以熱源側(cè)供熱充分為假設(shè)，以最大化輸出功率為設(shè)計目標(biāo)，卻很少考慮到熱源側(cè)供熱不足的情況。在實際應(yīng)用中，尤其是外層空間的極端工作環(huán)境下，溫差發(fā)電系統(tǒng)的集熱效果波動較大。而傳統(tǒng)的溫差發(fā)電裝置在系統(tǒng)供能不足、無法維持冷、熱端溫差的非理想工況下，熱電轉(zhuǎn)換效率明顯下降，輸出功率大大降低。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是針對空間這一獨特的應(yīng)用背景，提出一種以溫差發(fā)電元件為核心的發(fā)電系統(tǒng)，既能在理想工況下連續(xù)穩(wěn)定供電，又能應(yīng)對系統(tǒng)供熱不足的非理想工況，有效降低空間發(fā)電成本，提高發(fā)電系統(tǒng)效率與穩(wěn)定性。

為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供了一種空間半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置，包括：集熱單元、空間輻冷器、熱電轉(zhuǎn)換組件、控制模塊；

所述的集熱單元，用于收集太陽能或艙體廢熱，作為熱源；

所述的空間輻冷器，用于將熱量通過熱輻射的方式輻射至宇宙黑冷空間，作為冷源；

所述熱電轉(zhuǎn)換組件，利用熱源和冷源的溫差實現(xiàn)熱能到電能的轉(zhuǎn)換；

所述的控制模塊，用于監(jiān)測冷、熱端溫度，控制熱電轉(zhuǎn)換組件工作模式的切換。

所述集熱單元與熱電轉(zhuǎn)換組件熱端平面之間、所述的空間輻冷器與熱電轉(zhuǎn)換組件冷端平面之間，直接連接，或者引入肋片結(jié)構(gòu)將熱源和冷源分別與所述的熱電轉(zhuǎn)換單元兩側(cè)相連，強化換熱，并提供支撐與固定。

所述肋片結(jié)構(gòu)通過插接的形式實現(xiàn)連接，所述肋片結(jié)構(gòu)形式包括等截面、變截面直肋。

所述的集熱單元包括聚光型太陽能集熱裝置、非聚光型的太陽能集熱裝置、或者余熱回收裝置。

所述的集熱單元采用太陽能集熱板，連接日光追蹤裝置，用于及時調(diào)整太陽能集熱板朝向。

所述的空間輻冷器包括方錐型，W型、L型或V型輻冷器。