太阳能系统、使用太阳能的方法、用于发电的方法和设备技术方案

本申请涉及太阳能系统、使用太阳能的方法、用于发电的方法和设备。一种以所希望的波长发射光子的方法，包括：提供一种材料，该材料具有在第一组辐射波长的高辐射吸收的第一区，第一区与在较短波长组的低辐射吸收的第二区相邻，以及在更短波长组高发射的第三区；在第一区处对上述材料施加能量，使得在上述材料的某一温度所述材料的大部分的有效黑体辐射将落在第二区内并被配置为将能量转移到所述第三区且不与第一区重叠；以及从通过所述施加能量而被提供能量的第三区的材料发射能量。

Solar system, method of using solar energy, method and equipment for power generation

【技术实现步骤摘要】
太阳能系统、使用太阳能的方法、用于发电的方法和设备本申请是申请号为201380051151.3的中国专利申请的分案申请。相关申请本申请要求2013年4月14日提交的美国临时专利申请61/811,741和2012年7月30日提交的美国临时专利申请61/677,070的优先权。所有上述申请的内容以引用方式结合于本文。
本专利技术在其一些实施方式中涉及能量转换系统，更具体地但不排他地，涉及将能量从较长波长上转换到较短波长的转换系统。
技术介绍
当被加热时，典型材料以取决于它们的发射率的方式而分布的波长发射能量。当被加热时，理想材料将以与黑体的那些波长对应的波长发射辐射。这被称为黑体辐射。典型的能量转换系统通过光刺激在例如荧光或在激光辐射中将能量从短波长转换到长波长。自从几十年前激光作用的发现，它已经在不同的系统和机制中得到实现。它们包括光泵激光器、电泵激光器、化学泵激光器和热泵激光器。所有已知激光器的一般原理是需要高能泵激发(高于激光光子能量)。在热力学形式中，上述原理描述了通过激发的化学势可以获得的功。显然，所有现有的激光器使用泵激发量子(pumpexcitationquanta，抽运激发量子)(电子、光子等)，其具有高于激光介质的能隙的能量。这是因为，发射激光需要在较高和较低的能隙态之间的粒子数反转(populationinversion，布居反转)，其是通过从该泵至较高能态的优选能量转移来获得。按照费米黄金定则(Fermi'sgoldenrole)，如果泵激发具有高于带隙的能量，这将会发生。为了理解泵机制的广泛图像，可以将泵作用与通过热力学系统执行的功相关联。在这里，每个光子的势能是通过它的化学势μ加以定义。这样，泵光子的常规吸收之后是红移光子的光致发光，同时释放热到环境是一种“光学热泵”作用。通过降低单泵光子的化学势(其伴有热量的除去)来实现生成单发射光子的功。以完全热力学的观点来看，系统可以产生的功量受限于它的吉布斯自由能G：G＝[P·V+T·S+Σμ·Ν]式中P是压力，V是容积，T是温度，S是熵，μ是化学势以及N是粒子(光子)的数目。在大多数光学系统中，P和V是恒定的，所以可以排除[P·V]的变化。一种例外现象是声致发光，其中，由于通过PV的急剧变化声音被转换成光而产生UV发射。化学势项∑μ·Ν涉及到所有已知的激光泵机制并且还涉及非线性过程(如第二谐波发生)的能量转换，其中光子的数目补偿光子的低个体化学势。使用这样的常规机制来生成10倍参量上转换导致微不足道的效率。另外的
技术介绍
包括：(1)A.Yariv,OpticalElectronicsinModernCommunications(OxfordUniversityPress,USA,ed.5,1997,pages273-287；(2)J.Warner,Parametricup-conversionfromtheinfra-red,Opto-electronics3,37-48(1971)；(3)R.F.Lucy,InfraredtoVisibleParametricUpconversion,Appl.Opt.11,1329-1336(1972)；(4)B.Henkeetal.,SaturationeffectsintheupconversionefficiencyofEr-dopedfluorozirconateglasses,JournalofPhysics:CondensedMatter22,155107(2010)；(5)A.Shalav,B.S.Richards,T.Trupke,K.W.H.U.Güdel,ApplicationofNaYF4:Er3+up-convertingphosphorsforenhancednear-infraredsiliconsolarcellresponse,AppliedPhysicsLetters86,013505(2005)；(6)S.Baluschevetal.,Up-ConversionFluorescence:NoncoherentExcitationbySunlight,Phys.Rev.Lett.97,143903(2006):(7)F.Auzel,UpconversionandAnti-StokesProcesseswithfanddIonsinSolids,Chem.Rev.104,139-174(2003)；(8)R.L.Carman,C.K.Rhodes,R.F.Benjamin,ObservationofharmonicsinthevisibleandultravioletcreatedinCO2-laser-producedplasmas,Phys.Rev.A24,2649-2663(1981)；(9)P.Wurfel,Thechemicalpotentialofradiation,JournalofPhysicsC:SolidStatePhysics15,3967-3985(1982)；(10)H.Ries,A.J.McEvoy,Chemicalpotentialandtemperatureoflight,JournalofPhotochemistryandPhotobiologyA:Chemistry59,11-18(1991)；(11)G.Smestad,H.Ries,R.Winston,E.Yablonovitch,Thethermodynamiclimitsoflightconcentrators,SolarEnergyMaterials21,99-111(1990)；(12)C.Kittel,H.Kroemer,ThermalPhysics(W.H.Freeman,SecondEdition.,1980),pages246-247；(13)B.P.Barber,S.J.Putterman,Observationofsynchronouspicosecondssonoluminescence,Nature352,318-320(1991)；(14)P.T.Landsberg,G.Tonge,Thermodynamicenergyconversionefficiencies,AppliedPhysicsReviews1980,1-1(1980)；(15)E.GallegoLluesma,G.Mendes,C.A.Arguello,R.C.C.Leite,Veryhighnon-thermalequilibriumpopulationofopticalphononsinGaAs,SolidStateCommunications14,1195-1197(1974)；(16)S.M.Rytov,TheoryofElectricFluctuationsandThermalRadiation(PN,1959,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太阳能系统，包括：/n所述太阳能系统的第一部件被配置为吸收太阳辐射并发射辐射；/n光伏电池，被配置为接收从所述第一部件发射的辐射的至少第一部分；和/n热传输装置，被配置为从所述第一部件接收能量。/n

【技术特征摘要】
20120730 US 61/677,070;20130414 US 61/811,7411.一种太阳能系统，包括：
所述太阳能系统的第一部件被配置为吸收太阳辐射并发射辐射；
光伏电池，被配置为接收从所述第一部件发射的辐射的至少第一部分；和
热传输装置，被配置为从所述第一部件接收能量。


2.根据权利要求1所述的太阳能系统，其中，被配置为吸收太阳辐射并发射辐射的所述太阳能系统的所述第一部件包括光致发光材料。


3.根据权利要求1所述的太阳能系统，其中，所述热传输装置被配置为接收从所述第一部件发射的辐射的第二部分的能量。


4.根据权利要求1所述的太阳能系统，其中，所述热传输装置被配置为以化学或机械形式传输要存储的能量。


5.根据权利要求1所述的太阳能系统，其中，所述热传输装置包括流体。


6.一种使用太阳能的方法，包括：
使用第一材料吸收太阳辐射并发射辐射；
使用被配置为接收从所述第一材料发射的辐射的至少第一部分的光伏电池以产生电；和
使用热传输装置从所述第一材料接收能量。


7.根据权利要求6所述的方法，其中，被配置为吸收太阳辐射并发射辐射的所述第一材料包括光致发光材料。


8.根据权利要求6所述的方法，其中，从所述第一材料接收能量包括：接收至少一部分能量，作为从所述第一部件发射的辐射的第二部分。


9.根据权利要求7所述的方法，还包括所述热传输装置以化学或机械形式传输能量以存储能量。


10.根据权利要求6所述的方法，其中，所述热传输装置包括流体。


11.一种用于发电的方法，包括：
将光致发光材料加热到温度T，其中T>(Eg2-Eg1)/3Kb，其中，Eg2是光伏材料的带隙能量，Eg1是所述光致发光材料的带隙能量，并且Kb是玻尔兹曼常数；
将所述光致发光材料暴露于入射辐射中，并使用所述光致发光材料吸收第一辐射光子，从而使所述光致发光材料以比所述第一辐射光子的波长短的波长发射第二光致发光辐射光子；和
放置光伏电池以吸收所述第二光致发光辐射光子并产生电。


12.根据权利要求11所述的方法，其中：
所述光伏电池包括比所述光致发光材料的带隙更高的用于吸收辐射光子的带隙；和
与当不加热所述光致发光材料时吸收由所述光致发光材料产生的光致发光辐射时相比，当吸收由加热的光致发光材料吸收所述第一辐射光子所产生的光致发光辐射时，所述光伏电池产生更大电流。


13.根据权利要求11或12所述的方法，还包括使用所述光致发光材料通过对流吸收热能。


14.根据权利要求11所述的方法，其中，加热所述光致发光材料包括通过吸收热辐射来加热所述光致发光材料。


15.根据权利要求11所述的方法，其中，加热所述光致发光材料包括使用所述光致发光材料通过吸收所述第一辐射光子来吸收热量。


16.根据权利要求11所述的方法，还包括使用绝缘来维持所述光致发光材料的温度T。


17.一种用于发电的设备，包括：
光致发光材料，用于：
吸收热量并吸收第一光子；
将所述第一光子的能量与所述热量的能量结合；和
以比所述第一光子短的波长发射第二光子；和
光伏电池，包括被配置为吸收所述第二光子并发电的光伏材料，
其中，所述设备被配置为：
使所述光致发光材料暴露于入射辐射；和
将所述光致发光材料的温度保持在温度T，其中T＞(Eg2-Eg1)/3Kb，其中，Eg2是所述光伏材料的带隙能量，Eg1是所述光致发光材料的带隙能量，并且Kb是玻尔兹曼常数。


18.根据权利要求17所述的设备，其中，所述光致发光材料被选择为在与所述光伏材料的吸收匹配的波长处具有发光峰值发射。


19.根据权利要求17所述的设备，其中，所述光伏材料包括与所述光致发光材料的带隙相比更高...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡梅尔·罗特希尔德，阿萨夫·马诺，
申请(专利权)人：工业研究与发展基金会有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列;IL