一种热管式太阳能热光伏光热一体化装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种热管式太阳能热光伏光热一体化装置，利用热光伏电池与热管技术，实现太阳能高效热电联产，属于新能源技术领域。
【背景技术】
[0002]利用一种装置将太阳辐射能转换为电能的发电方式称为太阳能发电。太阳能发电目前主要有两种基本途径:一种是先将太阳辐射能转换为热能，然后再按照某种发电方式将热能转换为电能，这种发电方式称为太阳能热发电；另一种是通过光电器件直接将太阳辐射能转换为电能。电池的综合利用是当前开发研究新能源的热点之一，美国贝尔实验室的科学家于1954年成功研制出世界上第一个实用型单晶硅P—η结电池，随后，光伏发电首先在太空领域得到应用，由于太阳电池能长期在大范围阳光强度和温度下工作，还具有高可靠性、高效率、长寿命和良好的抗辐射性能(包括空间带电粒子引起的辐射和紫外辐射)等优点，使得它作为一种较为理想的空间电源获得了广泛应用。此外，太阳电池在地面的应用非常广泛，主要集中在照明、通信、交通等领域。而光伏发电与建筑物的结合以及并网发电是当今光伏应用新的趋势。但由于太阳辐射能流密度很低，且受季节性变化和天气状况等不确定因素影响，限制了 PV电池的发展，此外太阳电池转换效率仍然较低。太阳能热发电技术又可分为两大类型:一类是太阳能热动力发电，另一类是太阳能热能发电。太阳能热动力发电是先把太阳福射能转换为热能，再把热能转换成机械能，最后再把机械能转换为电能，这种类型的太阳能热发电技术目前已达到实际应用水平，美国等一些国家已建成具有一定规模的实用太阳能热发电站。根据聚光太阳能集热器的类型，可将太阳能热发电系统分为三类即槽式系统、塔式系统和碟式系统，目前只有槽式系统已进入商业化阶段，其峰值效率也仅有20%，年净效率为11?16%，且成本较高。太阳能热能直接发电是先把太阳辐射能转换为热能，然后再把热能直接转换为电能，包括利用半导体材料或金属材料的温差发电、真空器件中的热电子和热离子发电、碱金属的热电转换、磁流体发电等。早在上世纪70年代就提出可用TPV(Thermophotovoltaic)将热能转化为电能，从而获得高且稳定的PV电池能流密度。太阳能热光伏系统(Solar Thermophotovoltaic，STPV)是目前太阳能热能直接发电的又一种途径。
【发明内容】
[0003]发明目的:针对上述现有存在的问题和不足，本发明一种热管式太阳能热光伏光热一体化装置的目的是解决太阳能转换效率低的问题。
[0004]技术方案:一种热管式太阳能热光伏光热一体化装置，包括热管(I)、电池(2)、滤光镜(3)、第一层石英玻璃板(4)、第二层石英玻璃板(5)、碳化硅辐射器(6)、真空夹层石英玻璃罩(7)、侧面隔热板(8)、下夹紧钢板(9)、上夹紧钢板(10)、紧固螺栓(11)、冷却水集箱(12)、顶层隔热板(13);
碳化硅辐射器(6)为空心圆柱状，进光口安装第一层石英玻璃板(4)，碳化硅辐射器(6)另一端口安装在顶层隔热板(13)，顶层隔热板(13)安装在上夹紧钢板(10)上，碳化硅辐射器(6)外边安装真空夹层石英玻璃罩(7)，真空夹层石英玻璃罩(7)与碳化硅辐射器(6)中间为真空结构；
所述电池(2)正面安装滤光镜(3)，电池(2)背面用导热胶粘贴在热管(I)的蒸发段，热管(I)的蒸发段其他部位填充侧面隔热板(8)材料，下夹紧钢板(9)与上夹紧钢板(10)将热管(I)、电池(2)、滤光镜(3)、第一层石英玻璃板(4)、碳化硅辐射器(6)、真空夹层石英玻璃罩(7)、侧面隔热板(8)压紧，第二层石英玻璃板(5)安装在下夹紧钢板(9)中间开孔位置，第二层石英玻璃板(5)与第一层石英玻璃板(4)圆心对其，第二层石英玻璃板(5)与第一层石英玻璃板(4)中间为真空结构，下夹紧钢板(9)与上夹紧钢板(10)使用紧固螺栓(11)夹紧，热管(I)的冷凝段穿过上夹紧钢板(10)，在热管(I)的冷凝段安装冷却水集箱(12)
一种热管式太阳能热光伏光热一体化装置，其特征在于电池(2)背光面粘贴在热管(I)的蒸发段，电池(2)的迎光面安装滤光镜(3)，由热管(I)、电池(2)、滤光镜(3)构成一组接收器，总计六组接收器，均匀分布在圆形真空夹层石英玻璃罩(7)外圆，滤光镜(3)与真空夹层石英玻璃罩(7)之间为真空。
[0005]所述热管(I)为扁平状，便于电池(2)的装配，冷凝段穿过上夹紧钢板(10)的装配孔后，安装冷却水集箱(12)，冷却水集箱(12)中通入冷却水。
[0006]所述电池(2)用来实现辐射能和电能的转化。目前作为热光伏电池材料，GaSb电池具有较高的转换效率，且和辐射器发射光谱较为匹配。可选用美国JX Crystal公司生产的基于Zn扩散工艺的GaSb电池。
[0007]所述滤光镜(3)以石英玻璃为基底，采用PVD真空镀膜技术加工制作了周期性一维Si/Si02微结构滤波。
[0008]所述第一层石英玻璃板(4)与第二层石英玻璃板(5)共同构成碳化硅辐射器(6)采光口设置的阻热元件，透光率高，并且隔热效果好，与第二层石英玻璃板(5)形成真空结构，能够有效减小能力的损失。
[0009]所述碳化硅辐射器(6)辐射吸收器是STPV系统中的能量转换部件，用于实现太阳能到红外热辐射能的转换。SiC材料在高温条件下具有近黑体辐射特性，且能承受较高的温度，被广泛用于STPV系统。本发明中辐射器采用SiC材料烧制而成。
[0010]所述真空夹层石英玻璃罩(7)，电池(2)与碳化硅辐射器(6)之间尽量减小对流损失，利用真空夹层石英玻璃罩(7)实现减小对流损失。
[0011]所述侧面隔热板(8)由保温材料构成，防止热量损失。
[0012]所述下夹紧钢板(9)由钢板构成，中间有通孔，用以装配一层石英玻璃板(4)，周边有通孔，用以与上夹紧钢板(10)进行紧固。
[0013]所述上夹紧钢板(10)由钢板构成，有热管(I)冷凝段装配孔和紧固孔。
[0014]所述紧固螺栓(11)由螺栓和螺母构成，用以装配下夹紧钢板(9)与上夹紧钢板(1)0
[0015]所述冷却水集箱(12)安装在热管(I)的冷凝段，通入冷却水。
[0016]所述顶层隔热板(13)用于保温碳化硅辐射器(6)的辐射能。
[0017]工作原理:太阳光经过聚光后从第一层石英玻璃板(4)口进入，到达第二层石英玻璃板(5)，进入碳化硅辐射器(6)空腔内部，碳化硅辐射器(6)将太阳能转化为热能，向四周辐射，辐射能穿过真空夹层石英玻璃