本發(fā)明屬于新能源技術領域，涉及激光無線傳輸能量的光伏-光熱綜合發(fā)電或太陽能的光伏-光熱綜合發(fā)電應用，具體涉及一種熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電裝置。

背景技術：

太陽每年輻射至地球表面的能量約為3×10²⁴焦耳，相當于目前全球商業(yè)能源消耗量的10000倍左右。因此，太陽能作為一種清潔、環(huán)保和廣泛持久存在的新能源，是人類社會應對能源短缺、氣候變化與節(jié)能減排的重要選擇之一。將太陽能發(fā)電通過激光無線傳輸后并進行光電轉換和光熱轉換，能夠推動太陽能的更廣泛運用，并可以開拓太陽能應用新領域，是一個十分具有誘人商業(yè)前景的重要發(fā)展方向，如：在太空航天器、無人飛行器、機器人、無人艦船、無人車輛、工程設備等領域將有廣闊的應用前景。現(xiàn)階段，太陽能發(fā)電一般主要采用熱發(fā)電和光伏發(fā)電兩種發(fā)電方式。熱發(fā)電是將太陽輻射能轉換成熱能并加以發(fā)電應用；光伏發(fā)電是將半導體等材料的光伏效應原理制造太陽電池，將光能轉換為電能；太陽能光伏發(fā)電可以直接轉化太陽光能為電能，不需要燃料資源，也不會產(chǎn)生污染問題，同時具有許多優(yōu)勢，如維護難度較小，建設周期較短，不會產(chǎn)生噪聲、能量獲取容易等。因此近些年來，光伏發(fā)電得到了較快發(fā)展。但是，目前光伏發(fā)電在能源市場中所占比重還不太高，阻礙其發(fā)展的主要因素之一是其轉化效率還不太高的問題。當一束光線照射在太陽電池平整的硅片上時，約有32.6％的太陽光會被反射，硅太陽電池只能吸收67.4％的陽光，這意味著近三分之一的太陽光被反射浪費掉了，從經(jīng)濟和效率的角度來看，這種情況已成為太陽能吸收利用的主要障礙之一；而且太陽電池材料本身的光譜響應特性也造成大量浪費在短波光子被硅吸收后以熱量的方式釋放出來，許多被白白浪費掉，這部分占總能量的32％；波長大于截止波長的光子基本不能夠被吸收，這部分約占總能量的19％。所以目前人們在開展聚光太陽能光伏發(fā)電技術的開發(fā)應用方面取得了一定的進展，即通過采用透鏡或者反射鏡將光聚集到狹小的面積上來提高光伏電池的輸出功率，但也存在顯著的熱效應問題，從而會損害光伏電池的發(fā)電效率。熒光波導集光技術與傳統(tǒng)聚光太陽能技術相比具有相似點，都是將光聚集到小面積的光伏電池上來提高單位面積光伏電池的發(fā)電功率，但熒光波導集光技術比傳統(tǒng)聚光太陽能技術相比較具有較多優(yōu)勢，如：聚光方式不受太陽光入射角的影響，所以即可以吸收直接光也可以吸收散射光，但目前采用的熒光波導集光技術仍存在明顯的技術缺陷，如：當光照射在熒光波導集光層表面，會有部分光被反射，同時由于單層熒光光波導中的熒光材料吸收光譜范圍有限，只能夠吸收部分光譜，有部分光會反射或折射逃逸，其它光譜會透過熒光光波導，會造成損耗；對于熒光材料吸收光譜后產(chǎn)生的熒光，在傳輸過程中也會有部分熒光逃逸出熒光光波導層，形成能量損耗；在激光或者太陽光(或太陽聚光)長時間輻照下，熒光光波導層的溫度會升高，會產(chǎn)生一定的熱效應，從而影響光伏電池的光電轉換效率；裝置溫度的升高不光會影響光伏電池的正常工作，而且這部分產(chǎn)生熱效應的能量會白白浪費掉，會造成部分能量的損失。

如何能夠提高無線傳輸激光后的光電轉換效率；如何能夠提高太陽能(或太陽聚光)的光電轉換效率；如何能夠將熒光光波導層工作中產(chǎn)生的熱量加以綜合利用，來提高熒光光波導層和光伏電池以及整個裝置的工作效率；如何能夠進一步增強對激光或太陽光(或太陽聚光)的吸收，如何能夠減小對激光或太陽光(或太陽聚光)反射造成的能量損失；如何能夠將激光傳輸或太陽光(或太陽聚光)輻照后產(chǎn)生的光伏發(fā)電效應與光熱發(fā)電效應有機結合并加以綜合利用等，這些都急待人們?nèi)ソ鉀Q。

技術實現(xiàn)要素：

針對當前激光無線傳輸能量并進行電能轉換方面存在的技術問題，以及太陽能(或太陽聚光)光伏發(fā)電技術及裝置發(fā)展中存在的系列問題，本發(fā)明提供一種熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電裝置。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：構造一種熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電裝置，包括兩種類型：激光型熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電裝置、太陽能型熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電裝置；所述兩種類型裝置均包括：微納米光陷阱層、透光導熱層、熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電層；所述熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電層包括：熒光波導集光器、導熱層、熱電溫差發(fā)電器、光伏發(fā)電器、散熱器；所述微納米光陷阱層通過透光導熱層與熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電層的熒光波導集光器相連接；所述熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電層中熒光波導集光器的一側面與側面光伏發(fā)電器相連接，另一側面通過另一側面導熱層與另一側面熱電溫差發(fā)電器熱端相連接；所述另一側面熱電溫差發(fā)電器冷端與另一側面散熱器相連接；所述熒光波導集光器的下端面通過導熱層與下端面的熱電溫差發(fā)電器熱端相連接；所述下端面熱電溫差發(fā)電器的冷端與下端面散熱器相連接；所述激光型熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電裝置在激光輻照下能夠產(chǎn)生光伏發(fā)電效應和光熱發(fā)電效應，并能夠對外輸出光伏-光熱綜合發(fā)電的電能；所述太陽能型熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電裝置在太陽光(或太陽聚光)輻照下能夠產(chǎn)生光伏發(fā)電效應和光熱發(fā)電效應，并能夠對外輸出光伏-光熱綜合發(fā)電的電能。

上述方案中，所述透光導熱層具有透光和導熱的雙重作用，包括一層或多層；所述透光導熱層與熒光波導集光器的上端面或下端面緊密相連接，構成透光導熱的熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電整體結構；透光導熱層即能夠使激光或太陽光(或太陽聚光)通過，也能夠快速傳輸熒光波導集光器工作時產(chǎn)生的熱量，能夠降低光伏發(fā)電器工作時的溫度，提高光電轉換效率；所述透光導熱層包括：石墨烯薄膜、石墨烯復合薄膜、石墨烯涂料層、金剛石薄膜、硅基底金剛石薄膜、硅基底石墨烯薄膜、硅基底透明導熱薄膜、有機高分子薄膜、納米材料薄膜、復合材料薄膜。

上述方案中，所述激光型熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電裝置包括：能夠分別接受單束激光、多束激光、多束多種波長激光輻照后并能夠產(chǎn)生光伏-光熱復合發(fā)電效應；所述太陽能型熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電裝置包括：能夠分別接受太陽光或太陽聚光輻照后并能夠產(chǎn)生光伏-光熱復合發(fā)電效應；所述熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電層中熒光波導集光器至少一個，包括多個；所述多個熒光波導集光器的每個熒光波導集光器上端面和下端面均與透光導熱層或導熱層緊密相結合，順次疊置構成透光導熱的熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電整體結構；所述光伏發(fā)電器包括：光伏電池；所述光伏發(fā)電器至少一個，包括多個；所述散熱器至少一個，包括多個。

上述方案中，所述熒光波導集光器包括：將熒光材料沉積于透明介質表面，或者分散于透明介質中制成熒光波導層，熒光材料能夠吸收激光或太陽光(或太陽聚光)輻照并發(fā)射熒光；激光或太陽光(或太陽聚光)在熒光波導層內(nèi)被轉化成熒光后，受光波導效應的制約，大部分熒光進入光波導傳輸模式向側面或底端面?zhèn)鬏?，進入側面或底端面耦合的光伏發(fā)電器，實現(xiàn)光電轉換；在熒光波導集光器上端面和下端面的一層或多層透明導熱層能夠將大部分熱量傳輸給側面或底端面的熱電溫差發(fā)電器的熱端，實現(xiàn)光熱發(fā)電轉換；在側面或底端面的熱電溫差發(fā)電器的冷端分別與側面或底端面的散熱器相連接；所述熒光波導集光器包括：側面耦合光伏發(fā)電器的熒光波導集光器、底端面耦合光伏發(fā)電器的熒光波導集光器、側面與底端面都耦合光伏發(fā)電器的熒光波導集光器；所述熒光波導集光器還包括：單層結構熒光波導集光器、疊層結構熒光波導集光器；所述疊層結構熒光波導集光器包括：兩層或兩層以上熒光波導集光器順次構成疊層結構；所述疊層結構熒光波導集光器之間設置的透光導熱層具有透光功能，并能夠將各層熒光波導集光器工作時產(chǎn)生的熱量傳輸給熱電溫差發(fā)電器的熱端。

上述方案中，所述熒光材料包括：有機熒光染料材料、量子點熒光材料、納米熒光材料、納米長余輝熒光材料、稀土熒光材料、熒光薄膜材料、熒光條紋材料、熒光圖案材料、各向異性熒光材料；所述單層結構熒光波導集光器只采用一層熒光光波導集光器對激光或太陽光(或太陽聚光)進行吸收、傳輸；所述疊層結構熒光波導集光器包括：將多個不同吸收波段或發(fā)射波段的單層熒光波導集光器上下疊置；所述疊層結構熒光波導集光器的每一層光波導可以吸收不同波段的激光或太陽光，每一層所采用熒光材料不相同，其熒光材料發(fā)射波長與側面或底端面的光伏發(fā)電器吸收波段相匹配，能夠提高光電轉換效率。

上述方案中，所述單層結構熒光波導集光器上端面通過透光導熱層與微納米光陷阱層相連接；所述單層結構熒光波導集光器下端面有下端面反光層和下端面導熱層；所述下端面反光層包括：反光鏡；所述下端面導熱層在下端面反光層下端，其下端面導熱層與下端面熱電溫差發(fā)電器的熱端相連接；所述疊層結構熒光波導集光器上端面通過透光導熱層與微納米光陷阱層相連接，其下端面有下端面反光層和下端面導熱層；所述下端面導熱層在下端面反光層下端，其下端面導熱層與下端面熱電溫差發(fā)電器的熱端相連接；所述疊層結構熒光波導集光器的各層間透光導熱層將熱量傳輸給側面或底端面的熱電溫差發(fā)電器的熱端，并產(chǎn)生熱電溫差發(fā)電效應，即能夠降低熒光波導集光器和光伏電池的工作溫度，也能夠提高光伏發(fā)電器的光電轉換效率。

上述方案中，所述微納米光陷阱層包括：納米線、光子晶體、納米棒、納米管、納米球、納米顆粒、納米溝槽、微米溝槽、納米錐、微米錐、微米球、微納米結構復合材料、微納米結構材料涂層、黑硅、黑色金屬；所述微納米光陷阱層的微納米結構材料的直徑、長度、形態(tài)、分布、復合方式等參數(shù)均可根據(jù)使用的具體需要進行設計調節(jié)，能夠形成有效的微納米捕光“天線”結構形態(tài)，能夠形成多次反射或折射，使其對光的反射損失率降低，提高陷光、捕光效率，構成高效的微納米光陷阱層。

上述方案中，所述微納米光陷阱層中的黑硅其硅材料表面具有微納米結構及陣列，其中包括：圓錐或微錐形態(tài)陣列結構、柱狀陣列結構、孔狀陣列結構、絮狀結構、微納雙重結構陣列；所述微納雙重結構陣列包括：由規(guī)則排列的微米量級的尖錐陣列以及無序排列在尖錐陣列表面的納米量級的多孔層構成；所述黑硅由于陷光能力強，其表面呈黑色。

上述方案中，所述微納米光陷阱層中的黑色金屬其金屬表面具有微納米復合結構，其中包括：微納米多孔嵌套結構；所述黑色金屬由于金屬納米顆粒通過激發(fā)表面等離激元和形成局域表面等離激元共振，入射光大部分能量耦合到表面等離子波，使反射光能量急劇減少，來實現(xiàn)抗反射效果；所述微納米多孔嵌套結構其中包括：由微納米大尺寸的凹坑里嵌套著微納米小尺寸的孔洞構成，呈現(xiàn)黑色，具有寬譜抗反射效果；所述黑色金屬其中包括：表面具有微納米結構的金、銀、鉑、鈦、鋁、鎢。

上述方案中，所述微納米光陷阱層中的微納米結構材料涂層包括：單層微納米結構材料涂層、多層微納米結構材料涂層，其中包括：黑色涂層、碳黑涂層、鎳磷合金涂層、碳納米管涂層、石墨烯涂層、納米材料構成的梯度折射率涂層、特殊凸起或凹陷結構涂層。

上述方案中，所述熱電溫差發(fā)電器包括：熱端、熱電層、冷端；所述熱電層以溫差發(fā)電片為基體；溫差發(fā)電片通過串-并聯(lián)鏈接起來組成發(fā)電模塊；溫差發(fā)電片單體與溫差發(fā)電片單體之間的框型縫隙通過絕熱材料填滿，防止熱量從發(fā)電模塊的熱端直接流向冷端；所述熱端的一面與熱電層相連接；所述熱端的另一面通過導熱層與熒光波導集光器的側面或者底端面相連接；所述熱電層中溫差發(fā)電片包括：n型熱電元件、P型熱電元件；所述n型熱電元件、P型熱電元件交替排列；所述n型熱電元件與相鄰的P型熱電元件的頂端或底端相連接；每個n型熱電元件的頂端或底端僅與一個相鄰的P型熱電元件連接；每個P型熱電元件的頂端或底端僅與一個相鄰的n型熱電元件相連接；熱電溫差發(fā)電器的冷端與散熱器相連接；當激光或者太陽光輻照時產(chǎn)生的熱量通過導熱層傳輸至熱電溫差發(fā)電器的熱端，由于熱電溫差發(fā)電器的熱端與冷端產(chǎn)生的溫差驅使熱電溫差發(fā)電器進行發(fā)電并對外輸出電量。

上述方案中，所述光伏發(fā)電器的光伏電池包括：納米硅薄膜疊層太陽電池、量子點/納米寬帶譜太陽電池、納米結構太陽電池、硅納米線太陽電池、聚合物/納米粒子結構太陽電池、有機薄膜太陽電池、非晶硅薄膜太陽電池、微(多)晶硅薄膜太陽電池、鋁銦鎵磷光伏電池、鎵(銦)砷光伏電池、硅(鍺)光伏電池、銅銦硒基薄膜太陽電池、碲化鎘薄膜太陽電池、砷化鎵太陽電池、聚合物/富勒稀有機光伏電池、染料敏化太陽電池、高分子光伏電池、化合物半導體光伏電池、晶硅太陽電池。

上述方案中，所述散熱器包括：翅片散熱器、水循環(huán)散熱器、油循環(huán)散熱器、納米材料流體散熱器、傳熱介質散熱器。

本發(fā)明提供的熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電裝置的工作過程如下：

當多束激光束(具有不同的波長)或太陽光(或太陽聚光)照射在熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電裝置的中的微納米光陷阱層，微納米光陷阱層的微納米材料能夠形成多次反射或折射，產(chǎn)生陷光效應，能夠使其對光的反射損失率降低，提高捕光效率；光通過透光導熱層，照射在熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電層；熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電層包括：單層結構熒光波導集光器、疊層結構熒光波導集光器；疊層結構熒光波導集光器包括：兩層至多層熒光波導集光器從上至下順序疊置，層與層之間設置有透光導熱層，并構成透光導熱的熒光波導集光式疊層整體結構。

當多束激光束(具有不同的波長)或太陽光(或太陽聚光)照射在熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電裝置的中的微納米光陷阱層(以三疊層結構熒光波導集光器為說明例子)，通過透光導熱層后短波激光或太陽光(或太陽聚光)進入上層熒光波導集光器；上層熒光波導集光器中熒光材料吸收短波長激光或太陽光后發(fā)射出熒光，大部分熒光由于入射角大于全反射的臨界角而被全反射，折回光波導層內(nèi)，在上層熒光波導集光器上下兩個平行表面間來回反射并向側面?zhèn)鬏?，全反射熒光進入了光波導的傳輸模式，傳到上層光波導側面的熒光進入上層熒光波導集光器側面耦合的光伏電池，從而實現(xiàn)光電轉換。微納米光陷阱層與上層熒光波導集光器之間的透光導熱層和上層熒光波導集光器下端面透光導熱層具有透光功能，并能夠將多束激光束(具有不同的波長)或太陽光(或太陽聚光)輻照微納米光陷阱層時產(chǎn)生的熱量、上層熒光波導集光器工作產(chǎn)生的熱量、上層熒光波導集光器中熒光材料吸收激光或太陽光產(chǎn)生的熱量、上層一側面光伏電池工作產(chǎn)生的熱量快速傳輸給另一側面的熱電溫差發(fā)電器的熱端；另一側面的溫差熱電發(fā)電器的冷端與另一側面的散熱器相連接；由于另一側面的溫差熱電發(fā)電器的熱端與冷端形成的溫差產(chǎn)生了熱電效應，因此另一側面的溫差熱電發(fā)電器能夠對外輸出光熱發(fā)電的電量。透光導熱層即可以使多束激光束(具有不同的波長)或太陽光(或太陽聚光)透過進入熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電層，也可以將熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電層工作時產(chǎn)生的熱量快速傳輸出去，使上層側面的光伏發(fā)電器工作溫度得到降低，使光電轉換效率得到提高。

當多束激光束(具有不同的波長)或太陽光(或太陽聚光)照射在熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電裝置中的微納米光陷阱層，中波長激光或太陽光(或太陽聚光)進入中層熒光波導集光器；中層熒光波導集光器中熒光材料吸收中波長激光或太陽光(或太陽聚光)后發(fā)射出熒光，大部分熒光由于入射角大于全反射的臨界角而被全反射，折回光波導層內(nèi)，在中層熒光波導集光器上下兩個平行表面間來回反射向側面?zhèn)鬏?，進入了光波導的傳輸模式，傳到光波導側面的熒光進入中層熒光波導集光器側面耦合的光伏電池，從而實現(xiàn)光電轉換。在中層熒光波導集光器的上端面、下端面設置的透光導熱層具有透光功能，并可以將中層熒光波導集光器中的熒光材料吸收激光或太陽光(或太陽聚光)后產(chǎn)生的熱量、中層熒光波導集光器工作中產(chǎn)生的熱量、中層熒光波導集光器側面耦合的光伏電池工作時產(chǎn)生的熱量等傳輸給另一側面的熱電溫差發(fā)電器的熱端；另一側面的溫差熱電發(fā)電器的冷端與另一側面的散熱器相連接；由于另一側面的溫差熱電發(fā)電器的熱端與冷端形成的溫差產(chǎn)生了熱電效應，因此另一側面的溫差熱電發(fā)電器能夠對外輸出光熱發(fā)電的電量。

當多束激光束(具有不同的波長)或太陽光(或太陽聚光)照射在熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電裝置中的微納米光陷阱層，長波長激光或太陽光(或太陽聚光)進入下層熒光波導集光器；下層熒光波導集光器中熒光材料吸收長波長激光或太陽光(或太陽聚光)后發(fā)射出熒光，大部分熒光由于入射角大于全反射的臨界角而被全反射，折回光波導層內(nèi)，在下層熒光波導集光器上下兩個平行表面間來回反射向側面?zhèn)鬏?，進入了光波導的傳輸模式，傳到光波導側面的熒光進入下層熒光波導集光器側面或底端面耦合的光伏電池；由于底端面設置有反射層；所述反射層在底端面耦合光伏電池的下端，并與下端面導熱層相連接；下端面導熱層與下端面熱電溫差發(fā)電器熱端相連接；下端面熱電溫差發(fā)電器冷端與下端面散熱器相連接；反射層可以減少熒光逃逸并提高集光效果，可以使部分傳輸熒光重新進入光波導模式，被側面或底端面耦合的光伏電池再吸收利用；因此不能完全吸收的光和逃逸熒光在反射層作用下能夠被反射回光波導再利用；由于底端面光伏電池可以同時吸收直接照射激光或太陽光，以及吸收熒光光波導傳輸來的熒光，還有底端面反射層再反射傳輸?shù)臒晒?，因此光電轉換效率能夠顯著提高。在下層熒光波導集光器的上端面、下端面設置的透光導熱層具有透光功能，并可以將下層熒光波導集光器中的熒光材料吸收激光或太陽光后產(chǎn)生的熱量、下層熒光波導集光器工作中產(chǎn)生的熱量、下層熒光波導集光器側面耦合光伏電池工作時產(chǎn)生的熱量等傳輸給另一側面或底端面的熱電溫差發(fā)電器的熱端；由于另一側面或底端面的溫差熱電發(fā)電器的熱端與冷端形成的溫差產(chǎn)生了熱電效應，因此溫差熱電發(fā)電器能夠對外輸出光熱發(fā)電的電量。

在多束激光束(具有不同的波長)或太陽光(或太陽聚光)照射在熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電裝置中的微納米光陷阱層后，裝置由于將多個不同吸收波段/發(fā)射波長的單層熒光波導集光器按照從短波到長波順序上下疊置，并將多層透光導熱層與每層熒光波導集光器緊密相結合，即可以降低每層熒光波導集光器工作溫度和光伏發(fā)電器的工作溫度，也能夠提高光電轉換效率；由于每層熒光波導集光器采用的熒光材料各不相同，從上到下吸收波段/發(fā)射波長由短波向長波順序變化，側面耦合的光伏電池吸收波長與熒光材料的發(fā)射波長相匹配，由寬禁帶向窄禁帶順序改變，從而實現(xiàn)分波段吸收利用多束激光束(具有不同的波長)或太陽光(或太陽聚光)，進一步提高了裝置的光電轉換效率。

熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電裝置能夠產(chǎn)生熒光波導集光式的光伏發(fā)電效應和光熱發(fā)電效應，能夠對外輸出光伏發(fā)電和光熱發(fā)電的綜合電量。

實施本發(fā)明的熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電裝置具有以下有益效果：

a、本發(fā)明裝置采用的一層或多層透光導熱層與單層結構熒光波導集光器或疊層結構熒光波導集光器緊密相結合，構成透光導熱的熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電整體結構；透光導熱層即可以使多束激光束(具有不同的波長)或太陽光(或太陽聚光)透過進入熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電層，也可以將熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電層工作時產(chǎn)生的熱量快速傳輸出去；透光導熱層能夠傳輸出去的熱量包括：多束激光束(具有不同的波長)或太陽光(或太陽聚光)輻照微納米光陷阱層時產(chǎn)生的熱量、熒光波導集光器工作產(chǎn)生的熱量、熒光波導集光器中熒光材料吸收激光或太陽光時產(chǎn)生的熱量、側面光伏電池工作產(chǎn)生的熱量；這樣可以使裝置中的光伏發(fā)電器工作溫度得到降低，使其光電轉換效率得到提高；透光導熱層還能夠將熒光波導集光器工作產(chǎn)生的熱量傳輸給側面或底端面耦合的熱電溫差發(fā)電器熱端，裝置能夠產(chǎn)生熱電溫差發(fā)電；因此本發(fā)明裝置能夠高效率地產(chǎn)生光伏-光熱復合發(fā)電效應，裝置工作熱穩(wěn)定性也較高。

b、本發(fā)明裝置采用疊層結構熒光波導集光器，由于將多個不同吸收波段/發(fā)射波長的單層熒光波導集光器按照從短波到長波順序上下疊置，并將多層透光導熱層與每層熒光波導集光器緊密相結合，即可以降低每層熒光波導集光器和光伏發(fā)電器的工作溫度，也能夠提高光電轉換效率；由于每層熒光波導集光器采用的熒光材料各不相同，從上到下吸收波段/發(fā)射波長由短波向長波順序變化，其每層熒光波導集光器采用熒光材料的發(fā)射波長與側面或底端面耦合的光伏電池吸收波長相匹配，由寬禁帶向窄禁帶順序改變，從而實現(xiàn)分波段吸收利用多束激光束(具有不同的波長)或太陽光(或太陽聚光)，進一步提高了裝置的光電轉換效率。

c、本發(fā)明裝置采用微納米光陷阱層，微納米光陷阱層的微納米結構材料的直徑、長度、形態(tài)、分布、復合方式等參數(shù)均可根據(jù)使用的具體需要進行設計調節(jié)，能夠形成有效的微納米捕光“天線”結構形態(tài)，能夠形成多次反射或折射，使其對光的反射損失率降低，提高陷光、捕光效率，構成了高效的微納米光陷阱層，提高了裝置對激光或太陽光的利用率。

d、本發(fā)明裝置采用反射層，可以減少熒光逃逸并提高集光效果，可以使部分傳輸熒光重新進入光波導模式，被側面或底端面耦合的光伏電池再吸收利用；因此初始不能完全吸收的光和初始逃逸熒光在反射層作用下能夠被反射回光波導層再利用，因此光電轉換效率能夠顯著提高。

e、本發(fā)明裝置采用熒光波導集光器的光伏發(fā)電與透光導熱層結合熱電溫差發(fā)電構成的雙重發(fā)電效應，使本發(fā)明裝置的工作效率得到顯著提高，能夠對外輸出光伏發(fā)電和光熱發(fā)電的綜合電量；本發(fā)明裝置能夠運用于激光無線傳輸能量發(fā)電或太陽能發(fā)電，其運用領域十分廣闊，如：航天航空器、無人飛行器、機器人、無人車輛、無人艦船、工程設備等。

附圖說明：

下面將結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，

附圖中：

圖1是熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電裝置的結構示意圖；

圖2是單層結構熒光波導集光器的結構剖面示意圖；

圖3是疊層結構熒光波導集光器的結構剖面示意圖；

圖4是底端面耦合光伏電池的疊層結構熒光波導集光器的結構剖面示意圖。

具體實施方式

為了對本發(fā)明的技術特征、目的和效果有更清楚的理解，現(xiàn)對照附圖1、附圖2、附圖3、附圖4詳細說明本發(fā)明的具體實施方式。

實施例1：

本發(fā)明熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電裝置的實施例1采用激光型熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電裝置，其結構示意圖見圖1所示；并采用單層結構熒光波導集光器，其結構示意圖見圖2所示，包括：微納米光陷阱層1、透光導熱層2、熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電層；所述熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電層包括：熒光波導集光器3、導熱層4、熱電溫差發(fā)電器5、光伏發(fā)電器6、散熱器7；所述微納米光陷阱層1通過透光導熱層2與熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電層相連接；所述熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電層中熒光波導集光器3的一側面與側面光伏發(fā)電器6相連接，另一側面通過側面導熱層4與側面熱電溫差發(fā)電器5熱端相連接；所述側面熱電溫差發(fā)電器5冷端與側面散熱器7相連接；所述熒光波導集光器3的下端面通過導熱層4與下端面的熱電溫差發(fā)電器5熱端相連接；所述下端面熱電溫差發(fā)電器5的冷端與下端面散熱器7相連接；所述激光型熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電裝置在激光輻照下能夠產(chǎn)生光伏發(fā)電效應和光熱發(fā)電效應，并能夠對外輸出光伏-光熱綜合發(fā)電的電能。

本實施例1激光型熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電裝置中的透光導熱層2與熒光波導集光器3的上端面緊密相連接，熒光波導集光器3的下端面與反光層9和導熱層4相連接，并構成透光導熱的熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電整體結構；透光導熱層2能夠使激光通過，透光導熱層2和導熱層4能夠快速傳輸激光輻照產(chǎn)生的熱量、熒光波導集光器3工作時產(chǎn)生的熱量，能夠降低光伏發(fā)電器6工作時的溫度，提高光電轉換效率；本實施例采用透光導熱層2材料為：石墨烯復合薄膜。激光設備采用波長為524nm激光器，并采用一個熒光波導集光器3；光伏發(fā)電器6包括：光伏電池，采用兩個光伏發(fā)電器6，并分別設置在熒光波導集光器3的兩側面；光伏電池采用鋁銦鎵磷(AlInGaP)光伏電池6。熒光波導集光器3中熒光波導的熒光材料10采用有機熒光染料材料為Lumogen F Orange 240，其吸收波長為524nm,發(fā)射波長為539nm,量子效率為99％；并將有機熒光染料材料Lumogen F Orange 240分散于透明介質中制成熒光波導膠膜；熒光波導膠膜的上下兩個端面設置超白玻璃8，并構成三明治結構類型的熒光波導集光器3(見圖2所示)；熒光波導膠膜的上端面超白玻璃8通過透光導熱層2與微納米光陷阱層1緊密相連接，微納米光陷阱層1采用光子晶體；熒光材料Lumogen F Orange 240能夠吸收波長為524nm激光輻照并發(fā)射539nm熒光；激光在光波導內(nèi)被轉化成熒光后，受光波導效應的制約，大部分熒光進入光波導傳輸模式向側面?zhèn)鬏敚M入側面耦合的光伏發(fā)電器6，實現(xiàn)光電轉換；單層結構熒光波導集光器3下端面設置有反光層9和導熱層4；所述反光層9包括：反光鏡；導熱層4在反光層9下端，其導熱層4與下端面熱電溫差發(fā)電器5的熱端相連接。

本實施例1中的熱電溫差發(fā)電器5包括：熱端、熱電層、冷端；所述熱電層以溫差發(fā)電片為基體；溫差發(fā)電片通過串-并聯(lián)鏈接起來組成發(fā)電模塊；溫差發(fā)電片單體與溫差發(fā)電片單體之間的框型縫隙通過絕熱材料填滿，防止熱量從發(fā)電模塊的熱端直接流向冷端；所述熱端的一面與熱電層相連接；所述熱端的另一面通過導熱層與熒光波導集光器的側面或者底端面相連接；所述熱電層中溫差發(fā)電片包括：n型熱電元件、P型熱電元件；所述n型熱電元件、P型熱電元件交替排列；所述n型熱電元件與相鄰的P型熱電元件的頂端或底端相連接；每個n型熱電元件的頂端或底端僅與一個相鄰的P型熱電元件連接；每個P型熱電元件的頂端或底端僅與一個相鄰的n型熱電元件相連接；溫差熱電發(fā)電器5的冷端與散熱器7相連接；散熱器7采用翅片散熱器。

本發(fā)明提供的熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電裝置的實施例1采用激光型熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電裝置工作過程如下：

當524nm激光束照射在熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電裝置的中的微納米光陷阱層1，微納米光陷阱層1的光子晶體產(chǎn)生陷光效應，能夠使其對光的反射損失率降低，提高捕光效率；光通過透光導熱層石墨烯復合薄膜2，照射在熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電層；熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電層與透光導熱層石墨烯復合薄膜2和反光層9共同構成透光導熱的熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電整體結構。

當524nm激光束照射在熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電裝置的中的微納米光陷阱層1，通過透光導熱層石墨烯復合薄膜2后的激光進入熒光波導集光器3；熒光波導集光器3中熒光材料10有機熒光染料材料Lumogen F Orange240吸收激光后發(fā)射出539nm熒光，大部分熒光由于入射角大于全反射的臨界角而被全反射，折回光波導層內(nèi)，在熒光波導集光器3上下兩個平行表面間來回反射向側面?zhèn)鬏?，進入了光波導的傳輸模式，傳到光波導側面的熒光進入熒光波導集光器側面耦合的鋁銦鎵磷(AlInGaP)光伏電池6，從而實現(xiàn)光電轉換。微納米光陷阱層1與熒光波導集光器3之間的透光導熱層2具有透光功能，透光導熱層2和導熱層4能夠將激光束輻照微納米光陷阱層1時產(chǎn)生的熱量、熒光波導集光器3工作產(chǎn)生的熱量、熒光波導集光器3中熒光材料10吸收激光產(chǎn)生的熱量、一側面光伏電池6工作產(chǎn)生的熱量快速傳輸給另一側面的熱電溫差發(fā)電器5的熱端；溫差熱電發(fā)電器5的冷端與散熱器7相連接；由于溫差熱電發(fā)電器5的熱端與冷端形成的溫差產(chǎn)生了熱電效應，因此溫差熱電發(fā)電器5能夠對外輸出光熱發(fā)電的電量。透光導熱層2即可以使激光束透過進入熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電層3，透光導熱層2和導熱層4可以將熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電層工作時產(chǎn)生的熱量快速傳輸出去，使光伏發(fā)電器6工作溫度得到降低，使光電轉換效率得到提高。

本實施例1采用的反射層9(見圖1、圖2)設置在熒光波導集光器3的下端，并與導熱層4緊密相連接，反射層9可以減少熒光逃逸并提高集光效果，可以使部分傳輸熒光重新進入光波導模式，被側面耦合的光伏電池6再吸收利用；因此初始不能完全吸收的光和初始逃逸熒光在反射層9作用下能夠被反射回光波導再利用，因此光電轉換效率能夠顯著提高。

本實施例1激光型熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電裝置能夠產(chǎn)生熒光波導集光式的光伏發(fā)電效應和光熱發(fā)電效應，能夠對外輸出光伏發(fā)電和光熱發(fā)電的綜合電量。

實施例2

本發(fā)明提供的熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電裝置的實施例2采用太陽能型熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電裝置，其結構示意圖見圖1所示；并采用底端面耦合光伏電池的疊層結構熒光波導集光器，其結構示意圖見圖4所示，包括：采用上層熒光波導集光器3、中層熒光波導集光器15、下層熒光波導集光器18順序疊置(見圖4)；太陽能型熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電裝置包括：微納米光陷阱層1、透光導熱層2、熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電層；所述熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電層包括：上層熒光波導集光器3、中層熒光波導集光器15、下層熒光波導集光器18、透光導熱層14、透光導熱層17、反射層9、導熱層4、側面或底端面熱電溫差發(fā)電器5、光伏發(fā)電器6、16、19、13、散熱器7；光伏發(fā)電器6、16、19分別設置在上層熒光波導集光器3一側面、中層熒光波導集光器15一側面、下層熒光波導集光器18的一側面；光伏發(fā)電器13設置在下層熒光波導集光器18的底端面；光伏發(fā)電器13的下面設置有反射層9；反射層9下面設置有導熱層4；導熱層4的下端面與下端面的熱電溫差發(fā)電器5熱端相連接；下端面熱電溫差發(fā)電器5的冷端與下端面散熱器7相連接；微納米光陷阱層1通過透光導熱層2與上層熒光波導集光器3相連接；熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電層中上層熒光波導集光器3、中層熒光波導集光器15、下層熒光波導集光器18分別與側面的光伏發(fā)電器6、16、19相連接，另一側面通過側面導熱層4與側面熱電溫差發(fā)電器5熱端相連接；側面熱電溫差發(fā)電器5冷端與側面散熱器7相連接。

透光導熱層2與上層熒光波導集光器3的上端面緊密相連接，透光導熱層14與上層熒光波導集光器3的下端面緊密相連接，并構成上層透光導熱的熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電整體結構；透光導熱層2和透光導熱層14即能夠使太陽聚光通過，也能夠快速傳輸太陽聚光輻照產(chǎn)生的熱量、熒光波導集光器3工作時產(chǎn)生的熱量，能夠降低光伏發(fā)電器6工作時的溫度，提高光電轉換效率。

透光導熱層14也與中層熒光波導集光器15的上端面緊密相連接，透光導熱層17與中層熒光波導集光器15的下端面緊密相連接，并構成中層透光導熱的熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電整體結構；透光導熱層14和透光導熱層17即能夠使太陽聚光通過，也能夠快速傳輸太陽聚光輻照產(chǎn)生的熱量、熒光波導集光器15工作時產(chǎn)生的熱量，能夠降低光伏發(fā)電器6工作時的溫度，提高光電轉換效率。

透光導熱層17也與下層熒光波導集光器18的上端面緊密相連接，反射層9與下層熒光波導集光器18的下端面緊密相連接，在反射層9的下面有導熱層4，它們共同構成下層透光導熱的熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電整體結構；透光導熱層17能夠使太陽聚光通過，透光導熱層17和導熱層4也能夠快速傳輸太陽聚光輻照產(chǎn)生的熱量、熒光波導集光器18工作時產(chǎn)生的熱量，透光導熱層17和反射層4能夠降低光伏發(fā)電器6工作時的溫度，提高光電轉換效率。本實施例2的透光導熱層2、透光導熱層14和透光導熱層17采用的材料為：石墨烯復合薄膜。

本實施例2太陽能型熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電裝置中的上層熒光波導集光器3中熒光波導的熒光材料10采用有機熒光染料材料Lumogen F Violet570，其吸收波長為378nm,發(fā)射波長為413nm,量子效率為94％；上側面相匹配的光伏電池6采用鋁銦鎵磷(AlInGaP)光伏電池6；中層熒光波導集光器15中熒光波導的熒光材料11采用有機熒光染料材料Lumogen F Yellow170,其吸收波長為505nm，發(fā)射波長為,528nm,量子效率為90％；中側面相匹配的光伏電池15采用鎵(銦)砷(Ga(In)As)光伏電池15；下層熒光波導集光器18中熒光波導的熒光材料12采用有機熒光染料材料Lumogen F Red 305,其吸收波長為578nm，發(fā)射波長為613nm,量子效率為98％；下側面相匹配的光伏電池19采用硅(鍺)(Ge/Si)光伏電池19；熒光材料10、11、12分別分散于透明介質中制成熒光波導膠膜構成疊層熒光波導集光器整體結構(見圖4所示)。

本實施例2中的熱電溫差發(fā)電器5包括：熱端、熱電層、冷端；所述熱電層以溫差發(fā)電片為基體；溫差發(fā)電片通過串-并聯(lián)鏈接起來組成發(fā)電模塊；溫差發(fā)電片單體與溫差發(fā)電片單體之間的框型縫隙通過絕熱材料填滿，防止熱量從發(fā)電模塊的熱端直接流向冷端；所述熱端的一面與熱電層相連接；所述熱端的另一面通過導熱層與熒光波導集光器的側面或者底端面相連接；所述熱電層中溫差發(fā)電片包括：n型熱電元件、P型熱電元件；所述n型熱電元件、P型熱電元件交替排列；所述n型熱電元件與相鄰的P型熱電元件的頂端或底端相連接；每個n型熱電元件的頂端或底端僅與一個相鄰的P型熱電元件連接；每個P型熱電元件的頂端或底端僅與一個相鄰的n型熱電元件相連接；溫差熱電發(fā)電器5的冷端與散熱器7相連接；散熱器7采用翅片散熱器。

本實施例2太陽能型熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電裝置的工作過程如下：

當太陽聚光照射在太陽能型熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電裝置的微納米光陷阱層1，微納米光陷阱層1的光子晶體材料能夠形成多次反射或折射，產(chǎn)生陷光效應，能夠使其對光的反射損失率降低，提高捕光效率；通過透光導熱層2后的太陽光進入上層熒光波導集光器3；上層熒光波導集光器3中有機熒光染料材料Lumogen F Violet570吸收波長為378nm太陽光,發(fā)射波長為413nm熒光,大部分熒光由于入射角大于全反射的臨界角而被全反射，折回光波導層內(nèi)，在上層熒光波導集光器3上下兩個平行表面間來回反射向側面?zhèn)鬏敚M入了光波導的傳輸模式，傳到光波導側面的熒光進入上層熒光波導集光器3側面耦合的鋁銦鎵磷(AlInGaP)光伏電池6，從而實現(xiàn)光電轉換。微納米光陷阱層1與上層熒光波導集光器3之間的透光導熱層2，以及透光導熱層14能夠將太陽聚光輻照微納米光陷阱層時產(chǎn)生的熱量、上層熒光波導集光器3工作產(chǎn)生的熱量、上層熒光波導集光器中熒光材料10吸收太陽聚光產(chǎn)生的熱量、上層一側面光伏電池6工作產(chǎn)生的熱量快速傳輸給另一側面的熱電溫差發(fā)電器5的熱端；側面溫差熱電發(fā)電器5的冷端與側面散熱器7相連接；由于側面溫差熱電發(fā)電器5的熱端與冷端形成的溫差產(chǎn)生了熱電效應，因此側面溫差熱電發(fā)電器5能夠對外輸出光熱發(fā)電的電量。透光導熱層2可以使太陽聚光透過進入上層熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電層，透光導熱層2和透光導熱層14也可以將上層熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電層工作時產(chǎn)生的熱量快速傳輸出去，使側面光伏發(fā)電器6工作溫度得到降低，使光電轉換效率得到提高。

當太陽聚光照射在太陽能型熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電裝置的微納米光陷阱層1，太陽聚光進入中層熒光波導集光器15；中層熒光波導集光器15中有機熒光染料材料Lumogen F Yellow170吸收波長為505nm太陽光，發(fā)射波長為528nm熒光；中側面相匹配的是鎵(銦)砷(Ga(In)As)光伏電池15；大部分熒光由于入射角大于全反射的臨界角而被全反射，折回光波導，在中層熒光波導集光器15上下兩個平行表面間來回反射向側面?zhèn)鬏敚M入了光波導的傳輸模式，傳到光波導側面的熒光進入中層熒光波導集光器15側面耦合的Ga(In)As光伏電池15，從而實現(xiàn)光電轉換。在中層熒光波導集光器15的上端面、下端面由于設置有透光導熱層14、17，可以將中層熒光波導集光器15中的熒光材料11吸收太陽聚光后產(chǎn)生的熱量、中層熒光波導集光器15工作中產(chǎn)生的熱量傳輸給另一側面的熱電溫差發(fā)電器5的熱端；另一側面的溫差熱電發(fā)電器5的冷端與另一側面散熱器7相連接；由于另一側面溫差熱電發(fā)電器5的熱端與冷端形成的溫差產(chǎn)生了熱電效應，因此另一側面溫差熱電發(fā)電器5能夠對外輸出光熱發(fā)電的電量。

當太陽聚光照射在太陽能型熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電裝置的微納米光陷阱層1，太陽光進入下層熒光波導集光器18；下層熒光波導集光器18中有機熒光染料材料Lumogen F Red 305,其吸收波長為578nm太陽光，發(fā)射波長為613nm熒光；下層側面相匹配的光伏電池19為：硅(鍺)(Ge/Si)光伏電池19；大部分熒光由于入射角大于全反射的臨界角而被全反射，折回光波導層內(nèi)，在下層熒光波導集光器18上下兩個平行表面間來回反射向側面?zhèn)鬏?，進入了光波導的傳輸模式，傳到光波導側面的熒光進入下層熒光波導集光器18側面或底端面耦合的硅(鍺)(Ge/Si)光伏電池13、19；由于底端面設置有反射層9，可以減少熒光逃逸并提高集光效果，可以使部分傳輸熒光重新進入光波導模式，被側面或底端面耦合的硅(鍺)(Ge/Si)光伏電池13、19再吸收利用；因此初始不能完全吸收的光和初始逃逸熒光在反射層9作用下能夠被反射回光波導再利用；由于底端面光伏電池13可以同時吸收直接照射太陽光，以及吸收熒光光波導傳輸來的熒光，還有底端面反射層9再反射傳輸?shù)臒晒?，因此光電轉換效率能夠顯著提高。在下層熒光波導集光器18的上端面、下端面設置有透光導熱層17、導熱層4，可以將下層熒光波導集光器18中的太陽聚光輻照產(chǎn)生的熱量、熒光材料12吸收太陽聚光后產(chǎn)生的熱量、下層熒光波導集光器18工作中產(chǎn)生的熱量傳輸給另一側面或底端面的熱電溫差發(fā)電器5的熱端；另一側面或底端面的溫差熱電發(fā)電器5的冷端與散熱器7相連接；由于另一側面或底端面的溫差熱電發(fā)電器5的熱端與冷端形成的溫差產(chǎn)生了熱電效應，因此溫差熱電發(fā)電器5能夠對外輸出光熱發(fā)電的電量。

在太陽聚光照射在熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電裝置中的微納米光陷阱層1后，裝置由于將多個不同吸收波段/發(fā)射波長的單層熒光波導集光器按照從短波到長波順序上下疊置，并將多層透光導熱層與每層熒光波導集光器緊密相結合，即可以降低每層熒光波導集光器工作溫度和光伏發(fā)電器的工作溫度，也能夠提高光電轉換效率；由于每層熒光波導集光器采用的熒光材料各不相同，從上到下吸收波段/發(fā)射波長由短波向長波順序變化，側面或底端面的光伏電池吸收波長與熒光材料的發(fā)射波長相匹配，由寬禁帶向窄禁帶順序改變，從而實現(xiàn)分波段吸收利用太陽聚光，進一步提高了裝置的光電轉換效率和光熱轉換效率。

因此，太陽能型熒光波導集光式光伏-光熱復合發(fā)電裝置能夠產(chǎn)生熒光波導集光式的光伏發(fā)電效應和光熱發(fā)電效應，能夠高效率地對外輸出光伏發(fā)電和光熱發(fā)電的綜合電量。

上面結合附圖對本發(fā)明的實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護之內(nèi)。