CN101498511B - 太阳能光分解应用系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及太阳能光分解应用系统，其核心部件为镜面通道红外线吸收装置。其工作原理根据二氧化碳(或蒸馏水)吸收红外线特性，将高压二氧化碳充入镜面通道内吸收红外线，利用碟形抛物面镜、透镜、或免跟踪球透镜阵列聚光器等点聚焦采集阳光装置，在沙漠上大面积采集阳光；之后并束至一根大口径管状光纤中传输，管状光纤中的高密度光通过镜面通道红外线吸收装置，被高压二氧化碳吸收其中的红外线和红色光转化成热能用于聚热发电；而透过的可见光、紫外线根据需要可同时用于聚光光伏发电和楼层农场(荧光粉吸紫外线)。本发明的优点：太阳能聚热发电主要靠红外线提供热能，光伏发电利用紫外线和大部分可见光产生电流；而将阳光分解可利用红外线至紫外线全部波长范围的光，即大大提高光能的使用效率。

Description

太阳能光分解应用系统
技术领域
本发明涉及太阳能光分解应用系统。
背景技术
众所周知，太阳光由红外线、可见光、紫外线组成，其中的热量来源主要由22％的红外线提供，紫外线粒子性较强，能使各种金属产生光电效应；普通硅电池吸收紫外线和大部分可见光产生光电效应，但红色光不能。
太阳能的应用通常分为二种形式：一种为光热，另一种为光伏。光热利用其最大价值是聚热发电，而光伏发电其未来的发展趋势是聚光光伏发电。聚热发电其中的热量来源主要由22％的红外线提供，而大部分可见光和7％紫外线却没有很好的被利用。光伏发电是利用硅电池吸收紫外线和大部分可见光产生电流，而其中的红外线和红色光却没能利用。
新成立的美国西奥尼克斯公司正在制作一种新型硅材料，这种被称作“黑硅”的材料能够捕捉几乎全部日光。公司总裁斯蒂芬·塞勒说：“它就像一块吸光海绵，可见光和红外线都能吸收，这种材料能够提高光的使用效率。”制作黑硅的方法是把普通硅放在充满六氟化硫气体的封闭空间内，然后用飞秒激光器的强力脉冲去轰击硅。这一过程可以把硅的表面变粗糙，在上面腐蚀出无数微小的锥体。西奥尼克斯公司与哈佛大学的研究员仍然在研究为什么同等光照下的黑硅比普通硅产生更多的电流，有理论认为这一原理叫作光电导增益现象。在普通硅中，每个光子会导致一个电子被释放到电流中。但在新材料中，每个光子会导致许多电子进入电流，于是电流强度增加了二三百倍。
黑硅的光电效率高，但其制造成本也高。在一个太阳光强下使用实际上是大材小用，应采用几十至几百倍的光强照射黑硅发电；但太高的聚光比，其中的长波红外线可能会使黑硅产生高温反而降低光电转化效率，因此很有必要将太阳光中的红外线分解出去用于聚热发电，这样可以大幅提高光能的密度即成千上万倍的光能(可见光和紫外线)照射黑硅电池发电，这显然会产生更多的电流和减少电池用量。
倘若能将太阳光分解应用，其光能的利用效率必将大大提高。而小面积的分解是没有经济价值的，只有大面积在沙漠上采集阳光分解应用才有价值。利用碟形抛物面镜、透镜等聚光器配置二维跟踪系统即可获得点聚焦采集阳光，聚焦的阳光通过微型透镜整合即可平行入射光纤中，之后并束至一根管状光纤中转输。二维跟踪采集阳光成本太高，一种新型的免跟踪球透镜阵列聚光器可望大幅降低采集阳光成本。
根据二氧化碳(或蒸馏水)吸收红外线特性，可设计一种新型的红外线吸收装置分解阳光。其设计原理：将高压二氧化碳充入一种镜面通道红外线吸收装置内，二氧化碳吸收红外线转化成热能，通过导热介质导热油传递给水，水吸收热能产生蒸汽推动汽轮机发电。而透过高压二氧化碳的可见光、紫外线通过管状光纤传输至聚光光伏系统处发电或楼层农场。(紫外线不利于植物的生长，只需在一小段管状光纤中镀上一层荧光粉涂层，荧光粉吸收紫外线发出可见光)。
镜面通道红外线吸收装置其结构特征：镜面通道两端设有镜片，镜片上镀有防反射涂层；高压二氧化碳填充在镜面通道与镜片的空腔内。镜面通道为承压式大口径铜管，内壁镀有反射膜，外壁设有导热肋片。镜面通道外层为带隔热层储油器，储油器通过绝热油管与水箱连接，绝热油管上设有油泵。
太阳光分解应用应属于最优化、最高效的，只有这样才有可能与煤电成本相抗衡！
发明内容
本发明在于提供一种太阳能光分解应用系统。
本发明是这样实现的：
一种太阳能光分解应用系统，其核心部件为：镜面通道红外线吸收装置。由镜面通道、高压二氧化碳、镜片组成，其中：镜面通道为承压式大口径铜管，内壁镀有反射膜，外壁设有导热肋片。
一种太阳能光分解应用系统，其中：镜面通道两端设有镜片，镜片上镀有防反射涂层；高压二氧化碳填充在镜面通道与镜片的空腔内吸收红外线。
一种太阳能光分解应用系统，由点聚焦采集阳光装置如：碟形抛物面镜、透镜、或免跟踪球透镜阵列等聚光器，在沙漠上大面积采集阳光；且并束至一根大口径管状光纤中传输，之后被镜面通道红外线吸收装置分解应用。其中：红外线被高压二氧化碳吸收用于聚热发电或海水淡化。
一种太阳能光分解应用系统，其中：透过高压二氧化碳的可见光、紫外线用于聚光光伏发电。
一种太阳能光分解应用系统，其中：透过高压二氧化碳的可见光用于楼层农场，而紫外线被管状光纤中一小段荧光粉涂层吸收发出可见光。
本发明的优点：太阳能聚热发电主要靠红外线提供热能，光伏发电利用紫外线和大部分可见光产生电流；而将阳光分解可利用紫外线至红外线全部波长范围的光，即大大提高光能的使用效率。
附图说明
图1为太阳能光分解应用系统结构示意图。
附图标记：镜面通道1、高压二氧化碳2、镜片3、导热肋片4、导热油5、带隔热层储油器6、绝热油管7、油泵8、水箱9、管状光纤10、聚光光伏系统11、楼层农场12、荧光粉涂层13。
具体实施方式：
下面结合实施例并对照附图对本发明进一步详细说明。
实施例1、一种太阳能光分解应用系统，由镜面通道1、高压二氧化碳2、镜片3、导热肋片4、导热油5、带隔热层储油器6、绝热油管7、油泵8、水箱9组成聚热系统用于热发电或海水淡化。其中：热量来源由高压二氧化碳2吸收红外线和红色光转化成热能传递给导热油5，导热油5在油泵8的强制循环下通过绝热油管7进入水箱9；导热油5中的热能通过导热肋片4被水快速吸收，水吸收热能产生高温蒸气，高温蒸汽推动汽轮机发电或用于海水淡化。
实施例2、一种太阳能光分解应用系统，由点聚焦采集阳光装置如：碟形抛物面镜、透镜、或免跟踪球透镜阵列等聚光器，在沙漠上大面积采集阳光；且并束至一根大口径管状光纤10中传输，之后被镜面通道红外线吸收装置1、2、3分解应用。
实施例3、一种太阳能光分解应用系统，其中：透过高压二氧化碳2的可见光、紫外线用于聚光光伏系统11发电。
实施例4、一种太阳能光分解应用系统，其中：透过高压二氧化碳2的可见光用于楼层农场12，而紫外线被管状光纤10中一小段荧光粉涂层13吸收放出可见光。

Claims (2)

1.一种太阳能光分解应用系统，其核心部件为镜面通道红外线吸收装置(1、2、3)，其特征在于：镜面通道(1)两端设有镜片(3)，镜片(3)上镀有防反射涂层，镜面通道(1)为承压大口径铜管，内壁镀有反射膜，外壁设有导热肋片(4)，镜面通道(1)外层为带隔热层储油器(6)，储油器(6)通过绝热油管(7)与水箱(9)连接，绝热油管(7)上设有油泵(8)，高压二氧化碳(2)或蒸馏水填充在镜面通道(1)与镜片(3)的空腔内吸收红外线用于聚热发电、海水淡化，透过镜面通道红外线吸收装置(1、2、3)中的高压二氧化碳(2)或蒸馏水的可见光、紫外线用于聚光光伏系统(11)发电或楼层农场(12)；当透过镜面通道红外线吸收装置(1、2、3)的大部分可见光、紫外线用于楼层农场(12)农产品的种植时，紫外线被管状光纤(10)中的一小段荧光粉涂层(13)吸收，从而只发出可见光。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能光分解应用系统，其特征在于：利用点聚焦采集阳光装置：碟形抛物面镜、透镜或免跟踪球透镜阵列聚光器，在沙漠上大面积采集阳光，且并束至一根大口径管状光纤(10)中传输，之后被镜面通道红外线吸收装置(1、2、3)分解应用。
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