荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种荧光波导集光式光伏‑光热复合发电装置，包括激光型荧光波导集光式光伏‑光热复合发电装置和太阳能型荧光波导集光式光伏‑光热复合发电装置两种类型；所述两种类型装置均包括：微纳米光陷阱层、透光导热层、荧光波导集光式光伏‑光热复合发电层；所述荧光波导集光式光伏‑光热复合发电层包括：荧光波导集光器、导热层、热电温差发电器、光伏发电器、散热器；所述两种类型装置分别在激光或太阳光或太阳聚光辐照下能够产生光伏发电效应和光热发电效应，并能够对外输出光伏‑光热综合发电的电能。本发明专利技术装置能够广泛用于航空航天器、无人飞行器、无人舰船、无人车辆、机器人、工程设备等领域。

【技术实现步骤摘要】
荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置
本专利技术属于新能源
，涉及激光无线传输能量的光伏-光热综合发电或太阳能的光伏-光热综合发电应用，具体涉及一种荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置。
技术介绍
太阳每年辐射至地球表面的能量约为3×1024焦耳，相当于目前全球商业能源消耗量的10000倍左右。因此，太阳能作为一种清洁、环保和广泛持久存在的新能源，是人类社会应对能源短缺、气候变化与节能减排的重要选择之一。将太阳能发电通过激光无线传输后并进行光电转换和光热转换，能够推动太阳能的更广泛运用，并可以开拓太阳能应用新领域，是一个十分具有诱人商业前景的重要发展方向，如：在太空航天器、无人飞行器、机器人、无人舰船、无人车辆、工程设备等领域将有广阔的应用前景。现阶段，太阳能发电一般主要采用热发电和光伏发电两种发电方式。热发电是将太阳辐射能转换成热能并加以发电应用；光伏发电是将半导体等材料的光伏效应原理制造太阳电池，将光能转换为电能；太阳能光伏发电可以直接转化太阳光能为电能，不需要燃料资源，也不会产生污染问题，同时具有许多优势，如维护难度较小，建设周期较短，不会产生噪声、能量获取容易等。因此近些年来，光伏发电得到了较快发展。但是，目前光伏发电在能源市场中所占比重还不太高，阻碍其发展的主要因素之一是其转化效率还不太高的问题。当一束光线照射在太阳电池平整的硅片上时，约有32.6％的太阳光会被反射，硅太阳电池只能吸收67.4％的阳光，这意味着近三分之一的太阳光被反射浪费掉了，从经济和效率的角度来看，这种情况已成为太阳能吸收利用的主要障碍之一；而且太阳电池材料本身的光谱响应特性也造成大量浪费在短波光子被硅吸收后以热量的方式释放出来，许多被白白浪费掉，这部分占总能量的32％；波长大于截止波长的光子基本不能够被吸收，这部分约占总能量的19％。所以目前人们在开展聚光太阳能光伏发电技术的开发应用方面取得了一定的进展，即通过采用透镜或者反射镜将光聚集到狭小的面积上来提高光伏电池的输出功率，但也存在显著的热效应问题，从而会损害光伏电池的发电效率。荧光波导集光技术与传统聚光太阳能技术相比具有相似点，都是将光聚集到小面积的光伏电池上来提高单位面积光伏电池的发电功率，但荧光波导集光技术比传统聚光太阳能技术相比较具有较多优势，如：聚光方式不受太阳光入射角的影响，所以即可以吸收直接光也可以吸收散射光，但目前采用的荧光波导集光技术仍存在明显的技术缺陷，如：当光照射在荧光波导集光层表面，会有部分光被反射，同时由于单层荧光光波导中的荧光材料吸收光谱范围有限，只能够吸收部分光谱，有部分光会反射或折射逃逸，其它光谱会透过荧光光波导，会造成损耗；对于荧光材料吸收光谱后产生的荧光，在传输过程中也会有部分荧光逃逸出荧光光波导层，形成能量损耗；在激光或者太阳光(或太阳聚光)长时间辐照下，荧光光波导层的温度会升高，会产生一定的热效应，从而影响光伏电池的光电转换效率；装置温度的升高不光会影响光伏电池的正常工作，而且这部分产生热效应的能量会白白浪费掉，会造成部分能量的损失。如何能够提高无线传输激光后的光电转换效率；如何能够提高太阳能(或太阳聚光)的光电转换效率；如何能够将荧光光波导层工作中产生的热量加以综合利用，来提高荧光光波导层和光伏电池以及整个装置的工作效率；如何能够进一步增强对激光或太阳光(或太阳聚光)的吸收，如何能够减小对激光或太阳光(或太阳聚光)反射造成的能量损失；如何能够将激光传输或太阳光(或太阳聚光)辐照后产生的光伏发电效应与光热发电效应有机结合并加以综合利用等，这些都急待人们去解决。
技术实现思路
针对当前激光无线传输能量并进行电能转换方面存在的技术问题，以及太阳能(或太阳聚光)光伏发电技术及装置发展中存在的系列问题，本专利技术提供一种荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置，包括两种类型：激光型荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置、太阳能型荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置；所述两种类型装置均包括：微纳米光陷阱层、透光导热层、荧光波导集光式光伏-光热复合发电层；所述荧光波导集光式光伏-光热复合发电层包括：荧光波导集光器、导热层、热电温差发电器、光伏发电器、散热器；所述微纳米光陷阱层通过透光导热层与荧光波导集光式光伏-光热复合发电层的荧光波导集光器相连接；所述荧光波导集光式光伏-光热复合发电层中荧光波导集光器的一侧面与侧面光伏发电器相连接，另一侧面通过另一侧面导热层与另一侧面热电温差发电器热端相连接；所述另一侧面热电温差发电器冷端与另一侧面散热器相连接；所述荧光波导集光器的下端面通过导热层与下端面的热电温差发电器热端相连接；所述下端面热电温差发电器的冷端与下端面散热器相连接；所述激光型荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置在激光辐照下能够产生光伏发电效应和光热发电效应，并能够对外输出光伏-光热综合发电的电能；所述太阳能型荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置在太阳光(或太阳聚光)辐照下能够产生光伏发电效应和光热发电效应，并能够对外输出光伏-光热综合发电的电能。上述方案中，所述透光导热层具有透光和导热的双重作用，包括一层或多层；所述透光导热层与荧光波导集光器的上端面或下端面紧密相连接，构成透光导热的荧光波导集光式光伏-光热复合发电整体结构；透光导热层即能够使激光或太阳光(或太阳聚光)通过，也能够快速传输荧光波导集光器工作时产生的热量，能够降低光伏发电器工作时的温度，提高光电转换效率；所述透光导热层包括：石墨烯薄膜、石墨烯复合薄膜、石墨烯涂料层、金刚石薄膜、硅基底金刚石薄膜、硅基底石墨烯薄膜、硅基底透明导热薄膜、有机高分子薄膜、纳米材料薄膜、复合材料薄膜。上述方案中，所述激光型荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置包括：能够分别接受单束激光、多束激光、多束多种波长激光辐照后并能够产生光伏-光热复合发电效应；所述太阳能型荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置包括：能够分别接受太阳光或太阳聚光辐照后并能够产生光伏-光热复合发电效应；所述荧光波导集光式光伏-光热复合发电层中荧光波导集光器至少一个，包括多个；所述多个荧光波导集光器的每个荧光波导集光器上端面和下端面均与透光导热层或导热层紧密相结合，顺次叠置构成透光导热的荧光波导集光式光伏-光热复合发电整体结构；所述光伏发电器包括：光伏电池；所述光伏发电器至少一个，包括多个；所述散热器至少一个，包括多个。上述方案中，所述荧光波导集光器包括：将荧光材料沉积于透明介质表面，或者分散于透明介质中制成荧光波导层，荧光材料能够吸收激光或太阳光(或太阳聚光)辐照并发射荧光；激光或太阳光(或太阳聚光)在荧光波导层内被转化成荧光后，受光波导效应的制约，大部分荧光进入光波导传输模式向侧面或底端面传输，进入侧面或底端面耦合的光伏发电器，实现光电转换；在荧光波导集光器上端面和下端面的一层或多层透明导热层能够将大部分热量传输给侧面或底端面的热电温差发电器的热端，实现光热发电转换；在侧面或底端面的热电温差发电器的冷端分别与侧面或底端面的散热器相连接；所述荧光波导集光器包括：侧面耦合光伏发电器的荧光波导集光器、底端面耦合光伏发电器的荧光波导集光器、侧面与底端面都耦本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种荧光波导集光式光伏‑光热复合发电装置，其特征在于，包括激光型荧光波导集光式光伏‑光热复合发电装置、太阳能型荧光波导集光式光伏‑光热复合发电装置两种类型；两种类型装置均包括：微纳米光陷阱层、透光导热层和荧光波导集光式光伏‑光热复合发电层；所述荧光波导集光式光伏‑光热复合发电层包括：荧光波导集光器、导热层、热电温差发电器、光伏发电器和散热器；所述微纳米光陷阱层通过透光导热层与荧光波导集光式光伏‑光热复合发电层的荧光波导集光器相连接；所述荧光波导集光式光伏‑光热复合发电层中荧光波导集光器的一侧面与侧面光伏发电器相连接，另一侧面通过另一侧面导热层与另一侧面热电温差发电器热端相连接；所述另一侧面热电温差发电器冷端与另一侧面散热器相连接；所述荧光波导集光器的下端面通过导热层与下端面的热电温差发电器热端相连接；所述下端面热电温差发电器的冷端与下端面散热器相连接；所述激光型荧光波导集光式光伏‑光热复合发电装置在激光辐照下能够产生光伏发电效应和光热发电效应，并能够对外输出光伏‑光热综合发电的电能；所述太阳能型荧光波导集光式光伏‑光热复合发电装置在太阳光或太阳聚光辐照下能够产生光伏发电效应和光热发电效应，并能够对外输出光伏‑光热综合发电的电能。...

【技术特征摘要】
1.一种荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置，其特征在于，包括激光型荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置、太阳能型荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置两种类型；两种类型装置均包括：微纳米光陷阱层、透光导热层和荧光波导集光式光伏-光热复合发电层；所述荧光波导集光式光伏-光热复合发电层包括：荧光波导集光器、导热层、热电温差发电器、光伏发电器和散热器；所述微纳米光陷阱层通过透光导热层与荧光波导集光式光伏-光热复合发电层的荧光波导集光器相连接；所述荧光波导集光式光伏-光热复合发电层中荧光波导集光器的一侧面与侧面光伏发电器相连接，另一侧面通过另一侧面导热层与另一侧面热电温差发电器热端相连接；所述另一侧面热电温差发电器冷端与另一侧面散热器相连接；所述荧光波导集光器的下端面通过导热层与下端面的热电温差发电器热端相连接；所述下端面热电温差发电器的冷端与下端面散热器相连接；所述激光型荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置在激光辐照下能够产生光伏发电效应和光热发电效应，并能够对外输出光伏-光热综合发电的电能；所述太阳能型荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置在太阳光或太阳聚光辐照下能够产生光伏发电效应和光热发电效应，并能够对外输出光伏-光热综合发电的电能。2.根据权利要求1所述的荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置，其特征在于，所述透光导热层具有透光和导热的双重作用，包括一层或多层；所述透光导热层与荧光波导集光器的上端面或下端面紧密相连接，构成透光导热的荧光波导集光式光伏-光热复合发电整体结构；所述透光导热层包括：石墨烯薄膜、石墨烯复合薄膜、石墨烯涂料层、金刚石薄膜、硅基底金刚石薄膜、硅基底石墨烯薄膜、硅基底透明导热薄膜、有机高分子薄膜、纳米材料薄膜、复合材料薄膜。3.根据权利要求1所述的荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置，其特征在于，所述激光型荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置能够分别接受单束激光、多束激光、多束多种波长激光辐照后并能够产生光伏-光热复合发电效应；所述太阳能型荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置能够分别接受太阳光或太阳聚光辐照后并能够产生光伏-光热复合发电效应；所述荧光波导集光式光伏-光热复合发电层中的荧光波导集光器设置有一个或多个；所述多个荧光波导集光器的每个荧光波导集光器上端面和下端面均与透光导热层或导热层紧密相结合，顺次叠置构成透光导热的荧光波导集光式光伏-光热复合发电整体结构；所述光伏发电器包括：光伏电池；所述光伏发电器设有一个或多个；所述散热器设有一个或多个。4.根据权利要求1所述的荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置，其特征在于，所述荧光波导集光器包括：将荧光材料沉积于透明介质表面制成的荧光波导层，或者分散于透明介质中制成的荧光波导层，荧光材料能够吸收激光或太阳光辐照并发射荧光；激光或太阳光在光波导层内被转化成荧光后，受光波导效应的制约，大部分荧光进入光波导传输模式向侧面或底端面传输，进入侧面或底端面耦合的光伏发电器，实现光电转换；在荧光波导集光器上端面和下端面的一层或多层透明导热层能够将大部分热量传输给侧面或底端面的热电温差发电器的热端，实现光热发电转换；在侧面或底端面的热电温差发电器的冷端分别与侧面或底端面的散热器相连接；所述荧光波导集光器包括：侧面耦合光伏发电器的荧光波导集光器、底端面耦合光伏发电器的荧光波导集光器、侧面与底端面都耦合光伏发电器的荧光波导集光器；所述荧光波导集光器还包括：单层结构荧光波导集光器、叠层结构荧光波导集光器；所述叠层结构荧光波导集光器包括：两层或两层以上荧光波导集光器顺次构成叠层结构；所述叠层结构荧光波导集光器之间设置的透光导热层具有透光功能，并能够将各层荧光波导集光器工作时产生的热量传输给热电温差发电器的热端。5.根据权利要求1所述的荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置，其特征在于，所述荧光材料包括：有机荧光染料材料、量子点荧光材料、纳米荧光材料、纳米长余辉荧光材料、稀土荧光材料、荧光薄膜材料、荧光条纹材料、荧光图案材料、各向异性荧光材料；所述单层结构荧光波导集光器只采用一层荧光光波导集光器对激光或太阳光或太阳聚光进行吸收、传输；所述叠层结构荧光波导集光器包括：将多个不同吸收波段或发射波段的单层荧光波导集光器上下叠置；所述叠层结构荧光波导集光器的每一层光波导可以吸收不同波段的激光或太阳光或太阳聚光，每一层所采用荧光材料不相同，其荧光材料发射波长与侧面或底端面的光伏发电器吸收波段相匹配，能够提高光电转换效率。6.根据权利要求1所述的荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁曦明，袁一楠，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北,42