用于太陽能溫差發(fā)電系統(tǒng)的黑體腔的制作方法
【專利摘要】本實用新型揭示了一種用于太陽能溫差發(fā)電系統(tǒng)的黑體腔，具有封閉狀的鋁合金外殼，在鋁合金外殼頂部設(shè)有光射入的窗口，在鋁合金外殼內(nèi)部與窗口相對的一側(cè)順序布設(shè)有光吸收層、相變儲熱材料層、傳熱器及熱電芯片，且在窗口與光吸收層間的鋁合金外殼內(nèi)側(cè)全覆蓋設(shè)有金屬反射層。應(yīng)用本實用新型的人造黑體腔，適用于單軸太陽跟蹤系統(tǒng)及聚光系統(tǒng)且利用相變儲熱材料層，能高效實現(xiàn)熱電芯片對太陽能中高溫度的選擇，從而提高溫差發(fā)電的能效及輸出功率、延長發(fā)電時間、降低溫差發(fā)電的系統(tǒng)成本。
【專利說明】用于太陽能溫差發(fā)電系統(tǒng)的黑體腔

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種能源利用設(shè)備，尤其涉及一種太陽能溫差發(fā)電技術(shù)，用于光集熱系統(tǒng)中的光熱能量轉(zhuǎn)換。

【背景技術(shù)】
[0002]太陽能作為可再生能源應(yīng)用的焦點，科學(xué)家們提出了多種有效且達到一定效率的太陽能應(yīng)用方式及綜合應(yīng)用方式。比較多的是結(jié)合硅半導(dǎo)體工藝開發(fā)的太陽能電池，以及以此為基礎(chǔ)構(gòu)建而成的各種規(guī)模的太陽能發(fā)電站、分布式太陽能發(fā)電系統(tǒng)等。
[0003]事實上，另有一種高效的太陽能發(fā)電應(yīng)用方式，基于溫差發(fā)電的系統(tǒng)。利用太陽能蘊含的高能量對特定物體表面加熱，在通過設(shè)置與之相對的冷源，即可形成較為明顯的溫度階梯。只需配置適合的熱電芯片，即可實現(xiàn)一定功率要求的溫差發(fā)電。
[0004]然而傳統(tǒng)溫差發(fā)電系統(tǒng)多為敞開式結(jié)構(gòu)，太陽光通過直接輻照的方式對物體進行加熱。但這種方式效率地下，物體表面在加熱的同時也在大幅散熱，并且由于太陽的持續(xù)位置變化，物體難以得到穩(wěn)定、持續(xù)的加熱，或許要配置更多的設(shè)備裝置以實時跟蹤太陽，造成了溫差發(fā)電系統(tǒng)的成本增加、控制難度增大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本實用新型的目的是提出一種用于太陽能溫差發(fā)電系統(tǒng)的黑體腔，解決太陽能熱能的高效收集且提高溫差發(fā)電品質(zhì)的問題。
[0006]本實用新型的上述目的，將通過以下技術(shù)方案得以實現(xiàn):用于太陽能溫差發(fā)電系統(tǒng)的黑體腔，其特征在于:所述黑體腔具有封閉狀的鋁合金外殼，在所述鋁合金外殼頂部設(shè)有光射入的窗口，在招合金外殼內(nèi)部與窗口相對的一側(cè)順序布設(shè)有光吸收層、相變儲熱材料層、傳熱器及熱電芯片，且在窗口與光吸收層間的鋁合金外殼內(nèi)側(cè)全覆蓋設(shè)有金屬反射層。
[0007]進一步地，所述鋁合金外殼的內(nèi)壁與金屬反射層、相變儲熱材料層、熱電芯片之間均設(shè)有絕熱層，所述絕熱層為鋁箔與尼龍交替排列復(fù)合層或鋁箔與玻璃纖維交替復(fù)合層。
[0008]進一步地，所述窗口為適用于線聚光系統(tǒng)和單軸太陽跟蹤系統(tǒng)的窄縫線狀窗口。
[0009]進一步地，所述窗口以玻璃為基體，且在玻璃朝向入射光一側(cè)設(shè)有減反射層，在背向減反射層的另側(cè)設(shè)有紅外增反射層，其中減反射層為MgF2、A1203、Si02、S1、Si3N4、AlN的單層減反膜或多層減反膜；所述紅外增反射層為ZnO、SnO2, ITO膜層。
[0010]進一步地，所述光吸收層為鈷、鎳、鉻的金屬氧化物或至少為W-A1N，Mo-Al2O3的金屬復(fù)合陶瓷，所述光吸收層面向窗口的表面為吸收、光捕獲增強型的結(jié)構(gòu)，且光吸收層背向窗口一側(cè)設(shè)有金屬反射膜。
[0011]進一步地，所述相變儲熱材料層為熔融鹽或熔融鹽復(fù)合陶瓷。
[0012]進一步地，所述傳熱器為用于在熱端溫度降低時斷開與熱電芯片連接的導(dǎo)熱層，至少包括熱脹冷縮或機械轉(zhuǎn)動的熱接觸開關(guān)。
[0013]本實用新型人造黑體腔的實施，較之于以往技術(shù)的突出效果為:該黑體腔適用于單軸太陽跟蹤系統(tǒng)及聚光系統(tǒng)且利用相變儲熱材料層，能高效實現(xiàn)熱電芯片對太陽能中高溫度的選擇，從而提高溫差發(fā)電的能效及輸出功率、延長發(fā)電時間、降低溫差發(fā)電的系統(tǒng)成本。
[0014]以下便結(jié)合實施例附圖，對本實用新型的【具體實施方式】作進一步的詳述，以使本實用新型技術(shù)方案更易于理解、掌握。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型黑體腔的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是本實用新型黑體腔的俯視外觀示意圖。
[0017]圖3是本實用新型黑體腔窗口的分層結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖4是本實用新型黑體腔絕熱層的分層結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖5是本實用新型黑體腔光吸收層的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖6是本實用新型黑體腔溫差熱發(fā)電部分的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0021]本實用新型提出了一種應(yīng)用于中高溫太陽能溫差發(fā)電用的人造黑體腔設(shè)計方案。該方案通過人造黑體腔的陷光特性并輔助以入射光減反射涂層、對太陽光譜透明的紅外反射涂層以及表面織構(gòu)化的吸光涂層實現(xiàn)了對太陽光譜能量的充分吸收。本方案還特別增加了儲熱模塊，依靠相變儲熱材料的高熱容以及恒溫特性，可以緩解太陽輻照強度變化造成的熱端溫度波動，進而提高太陽能溫差發(fā)電裝置輸出功率的穩(wěn)定性，并延長其最佳工作點的工作時間。
[0022]如圖1至圖6所示，是本實用新型黑體腔的整體剖面結(jié)構(gòu)示意圖、俯視外觀示意圖、窗口的分層結(jié)構(gòu)示意圖、絕熱層的分層結(jié)構(gòu)示意圖、光吸收層的剖面結(jié)構(gòu)示意圖及溫差熱發(fā)電部分的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，從圖示可見其具體結(jié)構(gòu)如下。
[0023]概括來說，該黑體腔具有封閉狀的鋁合金外殼1，在鋁合金外殼I頂部設(shè)有光射入的窗口 2,在招合金外殼內(nèi)部與窗口相對的一側(cè)順序布設(shè)有光吸收層3、相變儲熱材料層4、傳熱器5及熱電芯片6,且在窗口 2與光吸收層3間的招合金外殼內(nèi)側(cè)全覆蓋設(shè)有金屬反射層7。
[0024]從各組成部分的細節(jié)來看:該鋁合金外殼I的內(nèi)壁與金屬反射層7、相變儲熱材料層4、熱電芯片6之間均設(shè)有相關(guān)的絕熱層8。如圖4所示，該絕熱層為交替復(fù)合層結(jié)構(gòu)，其可以是鋁箔81與尼龍82交替排列復(fù)合層，也可以是鋁箔與玻璃纖維交替復(fù)合層。
[0025]如圖2所示，該窗口 2窄縫線狀窗口，適合于各種線聚光系統(tǒng)以及單軸太陽跟蹤系統(tǒng)。相對于點聚光以及雙軸跟蹤系統(tǒng)，該產(chǎn)品更易于用戶集成和使用。如圖3所示，該窗口以玻璃21為基體，且在玻璃朝向入射光一側(cè)設(shè)有減反射層22，在背向減反射層的另側(cè)設(shè)有紅外增反射層23，其中減反射層為MgF2、Al203、Si02、Si0、Si3N4、AlN的單層減反膜或多層減反膜；該紅外增反射層為ZnO、SnO2, ITO膜層。
[0026]如圖5所示，該光吸收層3可以是金屬氧化物，如黑鈷、黑鎳或黑鉻等；也可以選用金屬復(fù)合陶瓷，如W-A1N，Mo-Al2O3等。光吸收層表面通過化學(xué)刻蝕或等離子體刻蝕形成表面織構(gòu)31，增強光吸收。光吸收層背面鍍有金屬反射膜32，減小紅外輻射。
[0027]該相變儲熱材料層4可以選擇NaCo3-BaC03/Mg0等熔融鹽復(fù)合陶瓷或NaCl等熔融鹽。該傳熱器5至少包括熱脹冷縮或機械轉(zhuǎn)動的熱接觸開關(guān)，其作用是在熱端溫度降低至設(shè)定值以下時，相變儲熱材料層與熱電芯片斷開，減少熱量的無效流失。
[0028]使用時該黑體腔的窗口安裝于聚光系統(tǒng)的焦點處。聚光系統(tǒng)可以是菲涅爾反射鏡，菲涅爾透鏡以及拋物面或雙曲面反射鏡等線性聚光單元。黑體腔的后端(儲熱部件的背光面)與熱電芯片相接觸。工作時，匯聚光通過特殊光學(xué)設(shè)計的窗口進入黑體腔，大部分光直接被光吸收層吸收，小部分光在腔壁內(nèi)多次反射后最終仍被光吸收層吸收。光吸收層吸收的光能量轉(zhuǎn)化為熱能傳遞給相變儲熱材料層。部分紅外熱輻射在墻壁內(nèi)多次反射最終又重新被光吸收層吸收。相變儲熱材料在相變區(qū)附近，在適當?shù)哪芰枯斎肱c輸出范圍內(nèi)，其溫度保持恒定，保證熱電芯片始終處于最佳工作點附近。
[0029]除上述實施例外，本使用新型根據(jù)應(yīng)用場景和需求的不同，還可以有其它多樣化的實施方式。
[0030]由上述可見，本實用新型人造黑體腔的實施，較之于以往技術(shù)的突出效果為:該黑體腔適用于單軸太陽跟蹤系統(tǒng)及聚光系統(tǒng)且利用相變儲熱材料層，能高效地使用熱電芯片對太陽能實現(xiàn)一端的高溫度，從而提高溫差發(fā)電的能效及輸出功率、延長發(fā)電時間、降低溫差發(fā)電的系統(tǒng)成本。
【權(quán)利要求】
1.用于太陽能溫差發(fā)電系統(tǒng)的黑體腔，其特征在于:所述黑體腔具有封閉狀的鋁合金外殼，在所述鋁合金外殼頂部設(shè)有光射入的窗口，在鋁合金外殼內(nèi)部與窗口相對的一側(cè)順序布設(shè)有光吸收層、相變儲熱材料層、傳熱器及熱電芯片，且在窗口與光吸收層間的鋁合金外殼內(nèi)側(cè)全覆蓋設(shè)有金屬反射層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于太陽能溫差發(fā)電系統(tǒng)的黑體腔，其特征在于:所述鋁合金外殼的內(nèi)壁與金屬反射層、相變儲熱材料層、熱電芯片之間均設(shè)有絕熱層，所述絕熱層為鋁箔與尼龍交替排列復(fù)合層或鋁箔與玻璃纖維交替復(fù)合層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于太陽能溫差發(fā)電系統(tǒng)的黑體腔，其特征在于:所述窗口為適用于線聚光系統(tǒng)和單軸太陽跟蹤系統(tǒng)的窄縫線狀窗口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于太陽能溫差發(fā)電系統(tǒng)的黑體腔，其特征在于:所述窗口以玻璃為基體，且在玻璃朝向入射光一側(cè)設(shè)有減反射層，在背向減反射層的另側(cè)設(shè)有紅外增反射層，其中減反射層為單層減反膜或多層減反膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于太陽能溫差發(fā)電系統(tǒng)的黑體腔，其特征在于:所述光吸收層面向窗口的表面為吸收、光捕獲增強型的織構(gòu)化結(jié)構(gòu)，且光吸收層背向窗口一側(cè)設(shè)有金屬反射膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于太陽能溫差發(fā)電系統(tǒng)的黑體腔，其特征在于:所述相變儲熱材料層為熔融鹽或熔融鹽復(fù)合陶瓷。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于太陽能溫差發(fā)電系統(tǒng)的黑體腔，其特征在于:所述傳熱器為用于在熱端溫度降低時斷開與熱電芯片連接的導(dǎo)熱層，至少包括熱脹冷縮或機械轉(zhuǎn)動的熱接觸開關(guān)。
【文檔編號】H02N11/00GK203951387SQ201320433207
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2013年7月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月22日
【發(fā)明者】金安君 申請人:金安君