一種熱管式太陽能熱光伏光熱一體化裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種熱管式太陽能熱光伏光熱一體化裝置，利用熱光伏電池與熱管技術(shù)，實(shí)現(xiàn)太陽能高效熱電聯(lián)產(chǎn)，屬于新能源技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]利用一種裝置將太陽輻射能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電方式稱為太陽能發(fā)電。太陽能發(fā)電目前主要有兩種基本途徑:一種是先將太陽輻射能轉(zhuǎn)換為熱能，然后再按照某種發(fā)電方式將熱能轉(zhuǎn)換為電能，這種發(fā)電方式稱為太陽能熱發(fā)電；另一種是通過光電器件直接將太陽輻射能轉(zhuǎn)換為電能。電池的綜合利用是當(dāng)前開發(fā)研究新能源的熱點(diǎn)之一，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家于1954年成功研制出世界上第一個(gè)實(shí)用型單晶硅P—η結(jié)電池，隨后，光伏發(fā)電首先在太空領(lǐng)域得到應(yīng)用，由于太陽電池能長(zhǎng)期在大范圍陽光強(qiáng)度和溫度下工作，還具有高可靠性、高效率、長(zhǎng)壽命和良好的抗輻射性能(包括空間帶電粒子引起的輻射和紫外輻射)等優(yōu)點(diǎn)，使得它作為一種較為理想的空間電源獲得了廣泛應(yīng)用。此外，太陽電池在地面的應(yīng)用非常廣泛，主要集中在照明、通信、交通等領(lǐng)域。而光伏發(fā)電與建筑物的結(jié)合以及并網(wǎng)發(fā)電是當(dāng)今光伏應(yīng)用新的趨勢(shì)。但由于太陽輻射能流密度很低，且受季節(jié)性變化和天氣狀況等不確定因素影響，限制了 PV電池的發(fā)展，此外太陽電池轉(zhuǎn)換效率仍然較低。太陽能熱發(fā)電技術(shù)又可分為兩大類型:一類是太陽能熱動(dòng)力發(fā)電，另一類是太陽能熱能發(fā)電。太陽能熱動(dòng)力發(fā)電是先把太陽福射能轉(zhuǎn)換為熱能，再把熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，最后再把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，這種類型的太陽能熱發(fā)電技術(shù)目前已達(dá)到實(shí)際應(yīng)用水平，美國等一些國家已建成具有一定規(guī)模的實(shí)用太陽能熱發(fā)電站。根據(jù)聚光太陽能集熱器的類型，可將太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)分為三類即槽式系統(tǒng)、塔式系統(tǒng)和碟式系統(tǒng)，目前只有槽式系統(tǒng)已進(jìn)入商業(yè)化階段，其峰值效率也僅有20%，年凈效率為11?16%，且成本較高。太陽能熱能直接發(fā)電是先把太陽輻射能轉(zhuǎn)換為熱能，然后再把熱能直接轉(zhuǎn)換為電能，包括利用半導(dǎo)體材料或金屬材料的溫差發(fā)電、真空器件中的熱電子和熱離子發(fā)電、堿金屬的熱電轉(zhuǎn)換、磁流體發(fā)電等。早在上世紀(jì)70年代就提出可用TPV(Thermophotovoltaic)將熱能轉(zhuǎn)化為電能，從而獲得高且穩(wěn)定的PV電池能流密度。太陽能熱光伏系統(tǒng)(Solar Thermophotovoltaic，STPV)是目前太陽能熱能直接發(fā)電的又一種途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:針對(duì)上述現(xiàn)有存在的問題和不足，本發(fā)明一種熱管式太陽能熱光伏光熱一體化裝置的目的是解決太陽能轉(zhuǎn)換效率低的問題。
[0004]技術(shù)方案:一種熱管式太陽能熱光伏光熱一體化裝置，包括熱管(I)、電池(2)、濾光鏡(3)、第一層石英玻璃板(4)、第二層石英玻璃板(5)、碳化硅輻射器(6)、真空夾層石英玻璃罩(7)、側(cè)面隔熱板(8)、下夾緊鋼板(9)、上夾緊鋼板(10)、緊固螺栓(11)、冷卻水集箱(12)、頂層隔熱板(13);
碳化硅輻射器(6)為空心圓柱狀，進(jìn)光口安裝第一層石英玻璃板(4)，碳化硅輻射器(6)另一端口安裝在頂層隔熱板(13)，頂層隔熱板(13)安裝在上夾緊鋼板(10)上，碳化硅輻射器(6)外邊安裝真空夾層石英玻璃罩(7)，真空夾層石英玻璃罩(7)與碳化硅輻射器(6)中間為真空結(jié)構(gòu)；
所述電池(2)正面安裝濾光鏡(3)，電池(2)背面用導(dǎo)熱膠粘貼在熱管(I)的蒸發(fā)段，熱管(I)的蒸發(fā)段其他部位填充側(cè)面隔熱板(8)材料，下夾緊鋼板(9)與上夾緊鋼板(10)將熱管(I)、電池(2)、濾光鏡(3)、第一層石英玻璃板(4)、碳化硅輻射器(6)、真空夾層石英玻璃罩(7)、側(cè)面隔熱板(8)壓緊，第二層石英玻璃板(5)安裝在下夾緊鋼板(9)中間開孔位置，第二層石英玻璃板(5)與第一層石英玻璃板(4)圓心對(duì)其，第二層石英玻璃板(5)與第一層石英玻璃板(4)中間為真空結(jié)構(gòu)，下夾緊鋼板(9)與上夾緊鋼板(10)使用緊固螺栓(11)夾緊，熱管(I)的冷凝段穿過上夾緊鋼板(10)，在熱管(I)的冷凝段安裝冷卻水集箱(12)
一種熱管式太陽能熱光伏光熱一體化裝置，其特征在于電池(2)背光面粘貼在熱管(I)的蒸發(fā)段，電池(2)的迎光面安裝濾光鏡(3)，由熱管(I)、電池(2)、濾光鏡(3)構(gòu)成一組接收器，總計(jì)六組接收器，均勻分布在圓形真空夾層石英玻璃罩(7)外圓，濾光鏡(3)與真空夾層石英玻璃罩(7)之間為真空。
[0005]所述熱管(I)為扁平狀，便于電池(2)的裝配，冷凝段穿過上夾緊鋼板(10)的裝配孔后，安裝冷卻水集箱(12)，冷卻水集箱(12)中通入冷卻水。
[0006]所述電池(2)用來實(shí)現(xiàn)輻射能和電能的轉(zhuǎn)化。目前作為熱光伏電池材料，GaSb電池具有較高的轉(zhuǎn)換效率，且和輻射器發(fā)射光譜較為匹配?？蛇x用美國JX Crystal公司生產(chǎn)的基于Zn擴(kuò)散工藝的GaSb電池。
[0007]所述濾光鏡(3)以石英玻璃為基底，采用PVD真空鍍膜技術(shù)加工制作了周期性一維Si/Si02微結(jié)構(gòu)濾波。
[0008]所述第一層石英玻璃板(4)與第二層石英玻璃板(5)共同構(gòu)成碳化硅輻射器(6)采光口設(shè)置的阻熱元件，透光率高，并且隔熱效果好，與第二層石英玻璃板(5)形成真空結(jié)構(gòu)，能夠有效減小能力的損失。
[0009]所述碳化硅輻射器(6)輻射吸收器是STPV系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換部件，用于實(shí)現(xiàn)太陽能到紅外熱輻射能的轉(zhuǎn)換。SiC材料在高溫條件下具有近黑體輻射特性，且能承受較高的溫度，被廣泛用于STPV系統(tǒng)。本發(fā)明中輻射器采用SiC材料燒制而成。
[0010]所述真空夾層石英玻璃罩(7)，電池(2)與碳化硅輻射器(6)之間盡量減小對(duì)流損失，利用真空夾層石英玻璃罩(7)實(shí)現(xiàn)減小對(duì)流損失。
[0011]所述側(cè)面隔熱板(8)由保溫材料構(gòu)成，防止熱量損失。
[0012]所述下夾緊鋼板(9)由鋼板構(gòu)成，中間有通孔，用以裝配一層石英玻璃板(4)，周邊有通孔，用以與上夾緊鋼板(10)進(jìn)行緊固。
[0013]所述上夾緊鋼板(10)由鋼板構(gòu)成，有熱管(I)冷凝段裝配孔和緊固孔。
[0014]所述緊固螺栓(11)由螺栓和螺母構(gòu)成，用以裝配下夾緊鋼板(9)與上夾緊鋼板(1)0
[0015]所述冷卻水集箱(12)安裝在熱管(I)的冷凝段，通入冷卻水。
[0016]所述頂層隔熱板(13)用于保溫碳化硅輻射器(6)的輻射能。
[0017]工作原理:太陽光經(jīng)過聚光后從第一層石英玻璃板(4)口進(jìn)入，到達(dá)第二層石英玻璃板(5)，進(jìn)入碳化硅輻射器(6)空腔內(nèi)部，碳化硅輻射器(6)將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，向四周輻射，輻射能穿過真空夾層石英玻璃