CN101669221A - 太阳能热电转换 - Google Patents

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Abstract

讨论了利用太阳能发电机的系统和方法。公开的太阳能发电机具有辐射捕获结构和一个或多个热电转换器。在捕获结构中通过太阳辐射的撞击所产生的热能够保持热电转换器的一部分处在高温，而使用处在另一部分的低温以允许产生电。因此，不同于通常主要涉及光学辐射管理的光伏电池，太阳热电转换器通常关注用于热管理的各种机构。发电机包括任何数量的特征，这些特征包括选择的辐射表面、低发射率表面、平板配置，真空环境、和其它能够产生提供热集中的效果的概念。也公开了利用一个或者多个光学集中器的设计。

Description

太阳能热电转换
相关申请的交叉引用
【1】本申请要求在2006年11月13日提交的序列号为60/858,515的美国临时专利申请的权益。该临时申请的全部内容在这里通过引用被结合。
技术领域
【2】本申请总的涉及用于太阳能的转换的方法和装置，并且更具体的，涉及能够执行太阳能热电转换的方法和装置。
背景技术
【3】太阳能的利用可以被分类成太阳能光伏发电和太阳能热。太阳能光伏发电(PV)将光子能量直接转换成电力。另一个是太阳能热，其典型地通常通过光学集中器将光子能量转换成储存在诸如流体的陆地热源中的热，并且使用机械热力发动机来产生电力。光伏电池能够被用在屋顶上，而通过机械热力发动机的太阳能-热能转换更适合于大规模的发电应用。
【4】然而当前的太阳能热至电力的转换依赖于蒸汽产生和机械热力发动机，虽然已经进行了使用热电发电机材料将太阳能首先转换成热并且然后转换成电力的研究，但是由于热电装置的低效率，还不能被广泛利用。热电发电依赖于固体材料中的塞贝克效应，以便将热能转换成电力。通过下面的公式给出在热侧的温度Th和冷侧的温度Tc之间工作的热电装置的理论能量转换效率ηte，
【5】 η te = ( 1 - T c T h ) 1 + ZT - 1 1 + ZT + T c / T h
【6】其中因子(1-Tc/Th)是Carnot效率，并且第二因子通过热电材料的热电优值Z和平均温度T [＝0.5(Th+Tc)]来确定。热电优值(Z)通过Z＝S2σ/k与材料的塞贝克系数S、电导率σ和热导率k相关联。基于该效率的计算建议在ZT在1-2之间的情况中，在303-500K之间工作的热电装置能够具有9-14％的效率，而在ZT在1-2之间的情况中，在300-1000K之间工作的热电装置的效率能够达到17-25％。
【7】然而，已经证明难以在太阳能热电发电机中获得这样的工作条件。实际上，热损失和提供用于这样装置的充分的热集中的能力仍然是难以解决的。因此，存在提供与太阳能热电发电相关的改进技术的需要。
发明内容
【8】讨论使用太阳能发电机的技术。太阳能发电机能够具有辐射捕获结构和一个或者多个热电转换器。通过太阳辐射的撞击而在捕获结构中产生的热可以将热电转换器的一部分保持在高温，同时使用在另一部分处的低温以允许电力产生。因此，与通常主要涉及光学辐射管理的光伏电池不同，太阳能热电转换器通常涉及热管理的各种机构。
【9】一些实施例涉及太阳能发电机，其能够被配备在平板构造中。在一些实例中，该发电机表现出至少大约4％的太阳能转换效率。太阳能发电机能够包括辐射捕获结构，该辐射捕获结构至少部分地布置在隔离封装中(例如，真空封装或者填充有稀有气体的封装)。辐射捕获结构能够具有前表面和后表面。一个或者多个热扩散元件能够被选择性地布置在前表面和后表面之间，该热扩散元件能够具有高的热导率(例如，大于大约20W/mK)。这两个表面之一或全部能够表现低发射率。例如，对于大于大约1.5、2、3或者4微米的波长，该一个或者两个表面的发射率能够小于大约0.1、0.05、0.02或者0.01。能够在选择的温度范围内表现出低发射率，例如在大约0℃和大约500℃之间，或者在大约50℃和大约300℃之间，或者在大约100℃和大约300℃之间。前表面能够适用于暴露在太阳辐射下，和/或能够适用于响应太阳辐射的暴露而产生热。例如，前表面例如在侧向方向上能够表现出高的热导率。该热导率能够大于大约20W/mK，或者在从大约20W/mK到大约400W/mK的范围内。在一些实例中，前表面适用于对太阳辐射具有大于大约80％、90％或者95％的吸收率。通过实例，对于小于大约3微米的太阳辐射波长、或者在大约50nm和大约3微米之间的太阳辐射波长，能够获得这样的吸收率。
【10】能够在封装中至少部分地布置一个或多个热电转换器。热电转换器能够具有高温端部，该高温端部能够被热耦合到辐射捕获结构以接收所产生热的至少一部分。该热能够被用于获得横越转换器的温差。该温差能够至少是大约50℃、100℃、150℃、200℃或者250℃。任意一个转换器能够包括p型腿和n型腿，它们能够通过结被耦合在一起。该结能够被热耦合到辐射捕获结构。一个或者多个导电引线能够耦合到转换器，用于提取由该转换器产生的电能。
【11】太阳能发电机能够可选择地包括支持结构，该支持结构能够耦合到热电转换器的低温端部。该支持结构能够包括内表面，该内表面能够适用于面向辐射捕获结构的后表面。内表面对于所有波长或者大于大约1.5、2、3或者4微米的波长能够表现出低发射率，例如小于大约0.1的发射率。该支持结构还能够用作为散热器，该散热器能够用于将热从一个或多个热电转换器的低温端部转移走。该支持结构还能够被热耦合到散热装置。
【12】其它实施例涉及包括辐射捕获结构和热耦合到该捕获结构的多个热电转换器的太阳能发电机，其中每个转换器能够接收来自该捕获结构的热的至少一部分。太阳能发电机能够表现出大于大约4％或者7％的效率。辐射捕获结构能够具有适用于暴露于太阳辐射以产生热的前表面，和后表面。该两个表面之一或者两者对于大于大约1、2或者3微米的波长能够表现出小于大约0.1的发射率。
【13】相对于辐射捕获结构来空间布置转换器，以使得响应入射到辐射捕获结构上的太阳辐射而在转换器的高温端部和低温端部之间产生温差。作为例子，该温差至少是大约50℃。低温端部可以保持在小于大约90℃、70℃或者50℃的温度。一个或者多个转换器能够包括p型腿和n型腿，其中这些腿在结处被耦合。在某些情况中，该结可以包括金属性结构，其可以互连p型腿和n型腿。p型腿和n型腿中的至少一个的特征在于横截面的面积对长度的比率处于大约0.0001米到大约1米的范围内。支持结构能够被耦合到转换器的低温端部。转换器能够表现出小于在辐射捕获结构和支持结构之间的总热传导的大约20％的集合的热传导。在一些实例中，该辐射捕获结构的特征在于捕获面积，并且多个热电转换器的特征在于转换器面积。在一些实施例中，捕获面积与转换器面积之间的比率大于大约100、400或者600。多个热电转换器能够被密封在相对于大气压的真空环境中，和/或被配备在平板构造中。
【14】本发明的一些实施例涉及太阳能发电机，其可选择地配置在平板配置中，包括至少一个n型热电腿和至少一个p型热电腿。这些腿被热耦合以形成结，并且每一个腿的特征在于轴向。该结可以包括在n型腿和p型腿之间的接触点，或者可以包括热耦合到至少一个p型腿和至少一个n型腿的捕获结构。该捕获结构适用于吸收撞击到该结构上的集中的太阳辐射以产生热。可以包括一个或多个辐射收集器以收集和集中入射的太阳辐射。辐射收集器适用于将集中的太阳辐射引导到结。这些腿还能够电耦合至该结处以形成热电转换器。每一个腿相对于另一个腿被布置成在这些腿的轴向之间的角度处于从大约0度到大约180度的范围内。例如，n型腿和p型腿能够线性排列。在另一个实施中，多对的n型和p型腿是成对地装配，每对具有一个n型腿和一个p型腿。每一对能够被线性排列，并且每一对能够具有对结。多个辐射收集器适用于将集中的太阳辐射引导到该对结。在一些实例中，多对可以共享公共结，该公共结可以具有任何其它结的任何特征。
【15】另一个实施例涉及包括至少一个热电转换器的太阳能发电机，其被容纳到平板配置中。太阳能发电机包括n型腿和p型腿。这些腿沿着例如线性路径的路径排列，并且共享一个结。该结能够位于热电转换器的端部之间。一个或者多个辐射收集器适用于收集和集中入射的太阳辐射。辐射收集器还适用于将集中的太阳辐射引导到该结。该结能够包括热耦合到腿的捕获结构。该捕获结构适用于吸收撞击到该结构上的集中的太阳辐射以产生热。
【16】一些实施例涉及包括多个热电转换器的太阳能发电机，该多个热电转换器通过结在它们的高温端部处热耦合在一起。这些转换器适用于在经受温差时产生电力。绝热材料能够被耦合到一个或者多个转换器的至少一部分以减少从其传递的热。这些转换器能够被容纳到平板配置中，容纳到可移除模块中，和/或密封在隔离环境中。转换器被配置成共享一个平面，并能够可选择地彼此平行地排列。一个或者多个转换器包括n型腿和p型腿，其中结能够包括在这些腿之间的耦合。能够包括一个或者多个光学集中器以收集和集中入射的太阳辐射。该集中器能够将集中的太阳辐射引导到结。结能够包括热耦合到多个转换器的捕获结构。该捕获结构适用于吸收撞击到该捕获结构的集中的太阳辐射以产生热。
【17】其它实施例涉及使用屏障结构以围成隔离环境的太阳能发电机。该隔离环境能够是具有低于大气压的热容量的环境，能够是相对于大气压的真空环境，和/或包括使用表现出低热传导的材料(例如绝热材料)。具有灯泡类形状的屏障结构能够至少部分地透射一个或多个波长的太阳辐射。在隔离环境中能够布置一个或者多个热电转换器。捕获结构能够被包含在屏障结构中并且被热耦合到转换器。捕获结构能够适用于吸收来自辐射集中器的集中的太阳辐射，并且能够产生热。辐射集中器能够被光学耦合到隔离环境，以便引导太阳辐射来对转换器的至少一部分加热，这能够有利于跨越转换器产生温差(例如跨越转换器的高温端部和低温端部)。辐射集中器能够适用于将太阳辐射集中到为入射的太阳辐射的至少大约10倍的水平。辐射集中器能够包括一个或者多个透镜元件、一个或者多个反射元件、或者一个或多个折射或衍射元件，每一个能够适用于引导太阳辐射以加热该热电转换器。能够包括太阳辐射跟踪器。该跟踪器能够适用于相对于一个或者多个转换器来移动辐射集中器以便保持太阳辐射暴露以用于加热转换器。还能够包括散热器，其适用于热耦合到转换器，这潜在地将热从转换器的至少一部分移除。在一些实例中，一个或者多个屏障结构能够热耦合、电耦合、和/或可移除地耦合到散热器。
【18】一些实施例涉及太阳能发电机，包括该捕获结构具有适用于暴露于太阳辐射以产生热的辐射吸收表面的辐射捕获结构、一个或者多个热电转换器，和光学集中器(例如抛物面反射镜收集器)，光学集中器能够光耦合到辐射捕获结构以便引导太阳辐射到那里。该转换器能够热耦合到捕获结构以接收来自其的热。转换器能够被容纳到真空封装中。捕获结构能够包括一个或多个突出元件。例如，突出元件能够基本上布置成垂直于捕获结构表面的切线，其在一些实例中是平坦的。突出元件适用于接收通过光学集中器引导到捕获结构的辐射的至少一部分。突出元件可以响应太阳辐射的暴露而产生热，并且能够热耦合到转换器的端部以传递热到那里。
【19】一些实施例涉及太阳能发电机，其能够包括一个或者多个辐射捕获结构，该辐射捕获结构适用于在吸收来自太阳能捕获表面的太阳辐射时产生热。可以包括一个或者多个热电转换器，其适用于热耦合到辐射捕获结构，并且在暴露于来自辐射捕获结构的热时产生电力。在一些实施例中，一个或者多个辐射捕获结构和热电转换器适用于作为多个平板装置，和/或容纳到相对于大气压的多个真空环境中。一个或者多个太阳能收集器适用于收集和集中入射的太阳辐射。每个太阳能收集器被配置成引导集中的太阳辐射到太阳能捕获表面的至少一部分。太阳能收集器可以具体化为一个或者多个透镜结构或者复合抛物面集中器。而且，多个太阳能集中器被配置成形成多个槽，其能够具体化为二维和/或三维结构。在一个实例中，多个太阳能集中器包括两个或者多个反射表面，其以相对于彼此成一个角度地布置。每个反射表面能够适用于反射太阳辐射到槽中。同样，多个转换器的至少一个的冷侧能够被热耦合到至少一个反射结构，其用作为散热装置。在另一个实例中，一个或者多个辐射捕获结构和多个转换器能够适用于作为多个平板装置。当适合地修改太阳能集中器时，每一个平板装置能够位于槽中。在另一个实例中，第一和第二辐射捕获结构的每一个都具有相关联的捕获表面。一个或者多个太阳能收集器能够包括适用于将太阳辐射引导到第一太阳能捕获表面的第一部分，和适用于将太阳辐射引导到第二太阳能捕获表面的第二部分。在一些实施例中，整个结构可以被密封在隔离环境中，包括太阳能集中器。在其它实施例中，太阳能集中器能够不被密封。
【20】在其它实施例，太阳能发电机能够包括适用于在吸收太阳辐射时产生热的辐射捕获结构。捕获结构的太阳能捕获表面能够捕获太阳辐射以产生热。一个或者多个热电转换器能够热耦合到辐射捕获结构，并且能够适用于在暴露于来自辐射捕获结构的热时产生电力。太阳能收集发射器能够被紧密地耦合(例如与其接触)至太阳能捕获表面，并且能够适用于收集和集中入射的太阳辐射到太阳能捕获表面。可以包括一个或者多个突出元件连同辐射捕获结构一起来收集来自太阳能收集发射器的太阳辐射，并且来捕获来自多个方向的太阳能辐射(例如，不能够被平坦表面捕获的多个方向)。
附图说明
【21】参考这里描述的附图、和权利要求书，能够更好地理解本申请中公开的目的和特征。该图没有按比例绘出，而是通常强调说明本发明的一个或多个原理。在附图中，贯穿于各个附图的同一附图标号用于表示同一部件。虽然在这里关于具体实例和具体实施例特定地示出和描述本发明，但是本领域的技术人员都应该理解在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以在形式和细节上进行各种变化。
【22】图1是与本发明的一些实施例相一致的太阳能发电机模块的平板配置的侧视图；
【23】图2示出了与本发明的一些实施例相一致的作为波长函数的不同抛光铜表面的反射率的曲线图，允许推断发射率；
【24】图3是与本发明的一些实施例相一致的具有一个p型腿和一个n型腿的太阳能发电机模块的平板配置的侧视图；
【25】图4是与本发明的一些实施例相一致的封装到隔离环境中的多个平板模块的侧视图；
【26】图5A是与本发明的一些实施例相一致的使用透镜作为太阳能集中器的太阳能发电机的侧视图；
【27】图5B是与本发明的一些实施例相一致的使用两个反射结构作为太阳能集中器的太阳能发电机的侧视图；
【28】图5C是与本发明的一些实施例相一致的使用透射透镜作为接触太阳能捕获结构的太阳能集中器的太阳能发电机的侧视图；
【29】图6A是与本发明的一些实施例相一致的使用在水平位置中的太阳能集中器和热电转换器的太阳能发电机的侧视图；
【30】图6B是与本发明的一些实施例相一致的使用在水平位置中彼此堆叠在彼此顶部上的太阳能集中器和两个热电转换器的太阳能发电机的侧视图；
【31】图6C是与本发明的一些实施例相一致的使用在水平位置中的蘑菇形状的太阳能集中器和热电转换器的太阳能发电机的侧视图；
【32】图7是与本发明的一些实施例相一致的使用布置在槽设计中的多个反射表面作为多个太阳能集中器的太阳能发电机的侧视图；
【33】图8A是与本发明的一些实施例相一致的使用多个透镜结构作为多个太阳能集中器的太阳能发电机的侧视图；
【34】图8B是在图8A中示出的太阳能发电机的侧视图；
【35】图9是与本发明的一些实施例相一致的使用多个透镜结构作为多个太阳能集中器和具有接地转换器的单个太阳能热电发电机的太阳能发电机的侧视图；
【36】图10A是与本发明的一些实施例相一致的使用平坦的菲涅耳透镜作为太阳能集中器和将热电转换器封装在隔离环境中的屏障结构的太阳能发电机的侧视图；
【37】图10B是与本发明的一些实施例相一致的使用弯曲的菲涅耳透镜作为太阳能集中器和将热电转换器封装在隔离环境中的屏障结构的太阳能发电机的侧视图；
【38】图10C是与本发明的一些实施例相一致的使用两个反射表面以将太阳辐射集中到将热电转换器封装到隔离环境中的屏障结构上的太阳能发电机的侧视图；
【39】图11是与本发明的一些实施例相一致的使用抛物面反射表面以将太阳辐射集中到封装耦合到具有突出元件的捕获结构的转换器的屏障结构上的太阳能发电机的侧视图；
【40】图12A是与本发明的一些实施例相一致的耦合到基于流体的热传递系统的支持结构的侧视图，该热传递系统用于将来自该支持结构的热转移走；
【41】图12B是与本发明的一些实施例相一致的具有扩展的支持结构的侧视图，该扩展用于提高从该支持结构的热转移；
【42】图13A提供与本发明的一些实施例相一致的原型太阳能发电机的示意图；
【43】图13B提供在图13A中呈现的原型太阳能发电机中测试的功率相对于负载电阻的曲线图；
【44】图13C提供与在图13B中示出的数据相一致的测试的效率相对于负载电阻的曲线图。
具体实施方式
【45】本发明通常提供太阳能热电发电机，其提供了将太阳辐射能量转换成电力的高效率，例如大于大约4％的效率，优选地大于大约5％、6％、7％、10％、15％或者20％的效率。在许多实施例中，通过多个特征的组合来获得这样高的效率，诸如将有效率的太阳辐射吸收元件(例如二维的吸收层的形式)与能够使得辐射热损失最小化的低发射率表面结合在一起使用。在许多情况中，吸收层表现出高的侧向热传导，其允许它作为良好的热集中器运行用于将产生的热容易地传递到太阳能发电机的一个或者多个热电转换器。另外，在许多实施例中，太阳能发电机的各种元件被封装在隔离环境中(例如，真空环境或者包括具有低热导率的材料(例如稀有气体)的环境)，以使得传导热损失和/或对流热损失最小化。然而，在许多情况中，通过多个热电转换器的稀疏分布，使得跨越太阳能发电机的多个热电转换器的热泄漏最小化。另外，在许多实施例中，使用具有高ZT值的热电材料能够进一步提高热电发电机的效率。在一些情况中，使用光学集中器来收集和集中太阳辐射到热电转换器的高温端部上，以便进一步有利于产生跨越它们的温差。
定义
【46】除非上下文使用另外的建议，否则下面的限定应用到本申请的全文中使用的术语和短语。
【47】术语“一”和“一个”与短语“一个或者多个”是可互换的并且相同。
【48】术语“发射率”指材料发射辐射的趋势。如在这里使用的与材料相关联的发射率的值是材料的发射与在相同条件下的理想黑体的发射的比率。即
e = q ( e ) q b ( e )
其中e是发射率；q(e)是材料的每单位时间每单位面积发射的总辐射能量；q(e) b是理想黑体的每单位时间每单位面积发射的总辐射能量。由此，对应于理想黑体，材料的最大发射率是1。
【49】短语“低发射率”指元件表现出相对于黑体的发射率的小的值的趋势。低发射率的特征在于小于大约0.1、0.05、0.04、0.03、0.02、0.01、或0.005的值。同样的，对于电磁波谱的一个或多个波长，能够限定低发射率。例如，低发射率可以与红外线波长和/或更长的波长有关系。在另一个实例中，低发射率可以在大于大约1.5、2、3、或4微米的波长的范围之上。
【50】正如结合p型元件和n型元件使用的术语“结”指在两个元件之间的耦合地点。耦合能够指热耦合、电耦合和机械耦合的任何组合。耦合能够是在元件之间的直接接触，或者能够使用附着于元件的一个或多个中间结构。例如，结能够包括相互接触的n型元件和p型元件，并且具有也附着于这两个元件的太阳能捕获结构，这里太阳能捕获表面可以是良好的热导体和/或电导体。在另一个例子中，在p型和n型腿之间的结能够包括中间热导体，其中每一个腿仅直接接触该导体。在第三例子中，结能够包括2个n型腿和2个p型腿都位于的地点。热耦合能够存在于4个腿之间，而电耦合能够受限于电耦合到仅一个n型腿的每一个p型腿。由此，这些例子和其它配置都在能够构成结的范围内。
【51】短语“太阳辐射”指从太阳产生的辐射。在许多例子中，该短语的使用指在通过地球大气层的衰减之后在地球上接收的辐射。尽管太阳辐射具有多个波长分量，在许多例子中感兴趣的太阳辐射具有波长小于大约1.5至4微米或者小于大约3微米或者小于大约2微米或者小于大约1.5微米的分量。在一些例子中，感兴趣的太阳辐射指具有波长在大约50nm到大约1.5、2、3或4微米的范围内、或者在大约200nm到大约1.5、2、3或4微米的范围内的分量。
【52】在结合“太阳辐射”使用的术语“入射”指太阳辐射不是通过人造或者人为机构被人工集中或其它方式集中的。尽管“入射太阳辐射”作为太阳的输出和在地球上的位置的函数而变化，但是在一些例子中，假定入射太阳辐射值在大约400W/m2和1500W/m2之间，或者在上述范围内的单一值(例如，1000W/m2)。
【53】在结合“太阳辐射”使用的术语“集中”指太阳辐射具有高于入射太阳辐射的强度的测量值。在一些实例中，集中的太阳辐射能够指集中到高于400W/m2到高于1500W/m2的水平的太阳辐射。
【54】本发明的实施例涉及用于使用热电发电机来将太阳辐射转换成电力的各种设计和方面。多个特定实施例被描述为具有特定特征。在一个实施例中，描述了使用太阳能捕获表面的平板配置，该太阳能捕获表面具有太阳能的选择性吸收和低红外线发射率。在另一个实例中，结合太阳能集中器使用密封的配置。然而，应该理解，这些特定配置不代表当前公开的全部范围。来自任何实施例的任何数量的特征都能够与来自任何其它实施例组合的任何数量的特征相结合。例如，与本发明的一些实施例一致，在第一实例中描述的平板配置能够与太阳能集中器组合，或者在照明灯泡配置中重新布置，或者该二者。由此，所有这样的可能组合都被考虑并落入本发明的范围内。而且技术人员也将容易地确认能够与本公开一起使用的多种其它修改或变化。由此，所有的这种修改也将落入本发明的范围内。热集中器配置
【55】图1说明的装置举例说明了本发明的一些实施例。图1示出的太阳能发电机13的一个例子包括耦合到一个或多个(例如一对)热电转换器14的辐射捕获结构12。该捕获结构12包括辐射吸收层1a，该吸收层接着包括适用于直接或者通过集中器暴露给太阳辐射的前表面1b。尽管在该实例中，前表面1b是基本平坦的，但是在其它实例中该层1a能够是弯曲的。进一步，尽管在该实例中示出了辐射吸收层1a为连续的，在其它情况中，它能够形成为多个不连接的片段。撞击到前表面1b上的太阳辐射能够在捕获结构12中产生热，其能够被转移到每一个热电转换器14的一个端部15，如下面将详细描述的那样。更具体地，在该实例中，辐射吸收层1a能够由表现出对于太阳辐射(例如波长小于大约1.5、2、3或者4微米)为高吸收性而表现出低发射率、且由此的低吸收性(例如对于大于大约1.5、2、3或者4微米的波长)的材料形成。
【56】太阳辐射的吸收引起在吸收层1a中热的产生，该热能够通过热导中间层2发送到热导的后层3a。热电转换器14在端部15处热耦合到后层3a以接收所产生热的至少一部分。以这种方式，转换器的端部15(这里也被称为高温端部)被保持在升高的温度。在转换器的相对端16暴露到低温的情况中，热电转换器能够产生电力。正如下面将详细讨论的那样，上部的辐射吸收层1a表现出高侧向热传导(即在前表面1b的切线方向上的高热传导)以便更有效地发送所产生的热到该转换器。
【57】在一些实施例中，例如图1所示，支撑结构10(也被称为支持结构)耦合到热电转换器的低温端部16以便提供结构支持和/或将热从该端16转移掉，即起到散热器的作用。例如，支撑结构10能够热耦合到散热装置，诸如冷却流体或者环境空气或者包括落在本领域的技术人员的知识内的那些其它散热装置机构。例如，如图12A所示，支撑结构1220与热电转换器1210进行热传递。冷却液体回路1250耦合到支撑结构1220以将热从其移走。能够使用真空密闭配件1260来保持转换器1210周围的真空环境。管道1230能够允许热从支撑结构1220传递到回路1250中。能够使用热交换器1240以将热从回路1250中移走。耦合到热电转换器的相对端16的其它导热结构也能够如在图1所示那样被使用。例如，如图12B中所示，与热电转换器1210进行热传递的支撑结构1225能够包括一个或者多个扩展装置1226，其能够是类似散热片型的结构以便由于表面面积提高而提高从支撑结构1225中移掉的热。应该认识到这种具有冷却特征的支撑结构能够与这里公开的在图1所示之外的任何实施例一起使用。例如，散热片的使用能够被应用在如参考图10A、10B、10C和11所讨论(例如，在支持结构1030、1035上的散热片)的封闭的隔离环境模块上。
【58】对于图1中所示的发电机13，示出电极9将发电机13耦合到电负载。在图1中还示出了导电引线4、11，其能够提供在热电转换器内和/或之间的适合的电耦合，并且能够用于提取由转换器14产生的电能。
【59】图1示出的太阳能发电机13适用于具有平板配置，即发电机13具有至少一维的区域18，表示太阳能捕获表面，大于不表示太阳能捕获表面的至少一个其它维的区域17。这样的配置能够有利地提高对于太阳辐射捕获有效的面积，而提供充分的热集中以允许跨越热电转换器建立充分的温差，从而产生充分的电力。平板配置通过提供在屋顶或者其它人造结构上使用的低型面的装置来发现了实际应用。图1所示的装置具有平板配置，可以理解，图1的和其它的装置也能够被配置成非平坦的配置而保持可操作性。
【60】在许多实施例中，捕获结构的辐射吸收部分能够在其至少一部分中表现出高的侧向热传导，例如侧向热传导足够大以使得跨越吸收表面的温差小(例如，小于大约100℃、50℃、10℃、5℃或1℃)，以便起到有效率的热集中器的作用以用于将热传送到热电转换器的高温端部。在一些实施例中，例如通过图1中的衬底层2所表示的，辐射捕获结构还能够表现出在横向(例如在方向基本上垂直于吸收表面1b的情况中)和/或侧向上高的热传导以利于热从吸收层传送到转换器。例如，捕获结构能够包括由具有高热导率的材料形成的辐射吸收层，例如在大约20W/mk之上或者在大约20W/mk到大约400W/mk的范围内。在一些实施例中，在具有这样的热导率值的衬底上沉积薄膜。使用具有低热导率的更厚的材料也可以获得高热传导。能够被使用的材料的例子包括金属(例如含铜、含铝)、陶瓷、诸如定向聚合物(例如具有诸如在层的平面上是期望的方向的充分热传导)的各向异性材料、和玻璃的任何组合。通过图1中的单一衬底层2举例说明捕获结构的高热传导特性，可以理解，例如多个层叠材料的多结构也能够用于提供在一些实施例中所期望的高热传导特性。
【61】在一些实施例中，捕获结构能够包括适用于提供一个或者多个有优势的功能的多个部件。例如，图1中示出的捕获结构12的辐射吸收层1a能够适用于选择性地吸收太阳辐射。例如，辐射吸收层1a能够适用于吸收具有小于大约1.5、2、或3微米的波长、或者具有在大约50nm和大约1.5、2、或3微米之间的波长、或者具有在大约200nm和大约1.5、2、或3微米之间的波长的太阳辐射。根据能够被吸收的撞击的太阳辐射的部分，吸收层1a能够被适用于表现出能够大于大约70％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％或99％的太阳辐射的吸收率。例如，辐射吸收层1a能够获得对于在大约50nm到大约3微米的范围内的太阳辐射波长的这种吸收率。在一些实施例中，吸收层1a能够包括应用到衬底2的一个或者多个覆盖层以便提供期望的选择性太阳吸收率特性。通过一个或者多个具有不同光学指数的异质材料层(即一维的光子学结构)来具体化一个或者多个选择性的覆盖层。选择性的覆盖层也能够被具体化为光栅、表面纹理，或者其它合适的二维结构。在另一个例子中，通过将两种或者多种类型的材料制成合金或者复合物来具体化选择性的覆盖层，包括纳米复合物。衬底2还能够是可选择的表面1b的一部分。
【62】在一些实施例中，适用于暴露于太阳辐射的捕获结构的前表面或者其它表面能够表现出在波长范围内例如在大于大约1.5、2、3或4微米的辐射波长处的低发射率特性。例如，在上述的辐射捕获结构12中，前表面1b能够表现出在大于大约3微米的波长处的发射率，该发射率小于大约0.1、或者小于大约0.05、或者更优选的小于大约0.01。这种低发射率表面能够减少由于辐射发射而造成的来自太阳能捕获结构的热损失。尽管这样的低发射率还能够减少大于大约1.5、2、3或4微米的太阳辐射波长的吸收，但是由于在这样的波长处太阳辐照度显著降低，则其对吸收的影响是最小的。在这样的实例性实施例中，辐射捕获结构12的前表面1b和后表面3a都表现出了低发射率，例如在大于大约3微米的波长处的低发射率。前表面1b和后表面3a的低发射率特性不需要是相同的。例如，后表面能够表现出在更宽波长范围内的低发射率，这是因为不同于前表面1b，后表面不参与太阳辐射的吸收。在一些其它实施例中，仅前表面和后表面的其中之一能够表现出低发射率。
【63】而且，面向于辐射捕获结构12的后表面3a的支撑结构10的内表面3b能够表现出低发射率。低发射率能够在所有的波长范围内，或者能够在大于大约1.5、2、3或4微米的波长范围内。内表面3b的低发射率特性可以与辐射捕获结构的后表面3a的低发射率特性相类似，或者也可以不同。捕获结构12的后表面3a的低发射率与支撑结构10的内表面3b的低发射率的组合使得在这两个表面之间的辐射热传递最小化，由此有利于产生跨越热电转换器之间的温差。
【64】内表面3b能够由与支撑结构10的剩余物相同的材料形成，特别是在支撑结构是由金属制成时。可替换的，内表面3b能够由不同于支撑结构10的剩余物的材料形成，例如在红外线中具有提高的反射率的不同金属。该层或覆盖层能够是连续层，或者被分成彼此之间电绝缘的不同区域，或者被分成电耦合在一起的区域，其同样能够用作对热电元件的互连。具有高反射率的覆盖层(例如金)能够用作为低辐射发射器。通常，抛光金属相对于粗糙金属表面能够表现出高反射率，并且由此表现出低发射率。如图2所示，被抛光至更精细的铜表面产生具有高反射率的表面，即机械抛光的铜表面具有最高的反射率，接着是手工抛光的铜表面、和未抛光的铜表面。图2的反射率测量值可以具有3-5％的误差，这是因为基准铝反射镜可以具有略低于1的反射率。当反射率和相应的发射率的和为1时，在波长范围内的这种高反射率对应于在该波长范围内的低发射率。同样的，未氧化的表面相对于氧化表面趋向于具有低发射率。
【65】使用低发射率表面1b、3a、3b的任何组合能够起到防止热从捕获结构12转移掉的作用，并且由此保持跨越热电转换器14的实质的温度梯度。当使用多个低发射率表面时，这些表面能够具有类似特性，或者能够在它们的发射率特性方面为不同的。在一些实施例中，能够在可选择的温度范围内表现出一个或者多个结构的低发射率特性，例如在太阳能发电机的操作期间太阳能捕获表面或者捕获结构的其它部分所经受的温度范围。例如，在大约0℃到大约1000℃、或者大约50℃到大约500℃、或者大约50℃到大约300℃、或者大约100℃到大约300℃的温度范围内表现出低发射率特性。在一些实施例中，能够在电磁波谱的一个或者多个波长范围内表现出任何层的低发射率特性。例如，低发射率能够在包括红外线范围(例如，大于大约750nm的波长)的范围内。在另一个实例中，任何层的低发射能够在大于大约1.5、2、3或4微米的波长范围内。在其它实施例中，任何层的低发射率的特征在于表面在其工作温度下具有小于大约0.1、小于大约0.05、小于大约0.02、或者小于大约0.01的总发射率值。
【66】在一些实施例中，表面能够包括应用到其上的一个或者多个覆盖层以提供期望的低发射率特性，如前所述的那样。在另一个例子中，通过使用多层的金属电介质光子晶体能够获得低发射率，如在Narayanasywamy.A等人在Physical Review B，70，125101-1(2004)上的发表的“Thermal emission control with one-dimensionalmetallodielectric photonic crystals”中所描述的那样，其通过参考被全部并入到这里。在一些实施例中，其它结构也能够起到低发射率表面的一部分的作用。例如，参考图1的举例说明的实施例，衬底2也能够是低发射率表面1b的一部分。例如，用作衬底的高反射率金属也能够用作在红外线范围内的低发射率表面，而在该金属的顶部上的一个或者多个覆盖层能够被设计用来吸收太阳辐射。
【67】在一些实施例中，图1中的支撑结构的外表面(例如，在实例性的太阳能发电机13中的表面19)能够表现出例如对于红外线辐射波长的高发射率，以便有利于辐射冷却。例如这可以通过将合适的覆盖层沉积到该支撑结构的外表面上来获得。
【68】在图1所示的实施例中，连同这里的其它实施例一起，太阳能发电机能够包括被密封(例如，通过外壳)的部分以使得该部分经受隔离环境6(例如，相对于大气压被抽真空)。优选的，隔离环境被选择用来最小化从捕获结构12移走的热。由此，一些实施例使用在基本上小于大气压的压力下的真空环境。例如，真空环境能够具有小于大约1mtorr或者小于大约10-6torr的压力。如在图1中所示的，外壳5能够将整个装置13进行密封。至少是该外壳5的顶表面对于太阳辐射能够为充分透明，例如具有对于太阳辐射的高透射率和低反射率和吸收率。能够被使用的可能材料包括不同类型的玻璃或者半透明塑料。一个或者多个覆盖层能够被应用到外壳壁的一个或多个侧面以给予期望的特性(例如，低反射损失)。在一些实施例中，捕获结构12能够与外壳5具有很小或者没有物理接触以减少热从该捕获结构12转移走的可能性。尽管图1所示的实施例能够使用充分地密封整个太阳能发电机结构13的外壳5，但是其它实施例也能够以可替换的方式被配置。例如，太阳能捕获表面1b能够未被密封，以接收直接入射的太阳辐射，同时装置13的剩余部分或者在内表面3a、3b之间的区域能够被密封以便处于真空环境中。包含真空环境的外壳或者其它结构能够以在本领域的技术人员的知识范围内包括的任何可接受的方式被构造。
【69】在可替换实施例中，这里讨论的外壳和封装能够被用于封闭隔离环境，其特征在于低的热传导(例如，相对于环境大气)。由此，取代真空，封闭的环境能够包括具有低热容量的气体，例如惰性气体(例如，诸如氩气的稀有气体)。在另一个实例中，绝热材料能够被包括在封装内以限制热传递。例如，捕获表面的后表面和支撑结构的内表面能够包括附着于此的材料以便在使用低发射率层之外提供附加绝热。因此，也能够使用这些可替换的环境来实现这里讨论的使用“真空环境”的实施例。
【70】诸如图1中所示的转换器14的热电转换器能够在跨越它们建立充分的温差时产生电力。在一些实施例中，热电转换器元件包括p型热电腿和n型热电腿，这些腿例如在一端处被热耦合和电耦合以形成结，例如pn结。该结可以包括或者被耦合到辐射捕获结构，其能够用作热集中器，与这里讨论的结构一致。能够使用广泛的各种材料用于热电转换器。通常，其能够有优势地使用具有大的ZT值的材料(例如，具有大于大约0.5、0.8、1、1.2、1.4、1.6、1.8、2、3、4或5的平均ZT值的材料)。这样的材料的一些例子被描述在2004年10月29日提交的序列号10977363的美国专利申请公开文本US 2006-0102224A1中，和在2006年12月1日提交的标题为“Methods for High-Figure-of-Merit inNanostructured Thermoelectric Materials”具有序列号60872242的美国临时专利申请中，二者通过参考全文被并入到这里。
【71】关于p型和n型材料，例如使用本领域的技术人员公知的技术，能够执行材料的这种掺杂。被掺杂的材料能够基本上是具有特定水平的掺杂的单一材料，或者能够包括结合使用的多种材料，其在作为分段的配置的一些实例中是公知的。热电转换器还能够使用级联的热电发生器，其中两个或者多个不同的发生器被耦合，每一个发生器在不同的温度范围内工作。例如，每个p-n对能够是一堆p-n对，每一对被设计成在选择的温度下工作。在一些实例中，分段配置和/或级联配置适用于在大的温度范围内使用。
【72】P型和n型元件的布置能够以产生可操作的太阳能发电机的任何方式而变化。例如，p型和n型元件能够被布置成具有周期性或者缺乏周期性的图案。图1表示一个例子，其中p型7和n型腿8是紧密地集结在一起以形成热电转换器14。转换器的腿的组或者单个的转换器的腿能够被相等地或者不等地分隔开。p型和n型元件对能够以任何数量来使用，包括简单的一对。其它的可能配置能够将p型和n型元件进一步分隔开，如图3所示的太阳能发电机100举例说明的那样。装置100与图1所示的太阳能发电机13在一些方面是相似的，具有屏障结构5’以用于提供相对于大气压的真空环境6’，具有捕获表面1’的捕获结构12’，支撑结构10’，和电极9’。捕获机构12’和支撑结构10’能够由金属材料形成。能够形成层2b’的金属材料能够用作为在支撑结构10’中、和在层2a’，2b’中的散热器，以提供在热电结构7’，8’之间在该热电结构7’，8’的两端上的电耦合。注意在支撑结构10’上的层2b’通过绝缘分段20被分离以阻止该结构7’，8’的短路。由此，可以理解，如在这里的各种实施例中使用的覆盖层和/或层能够是连续的或者不连续的，以便提供期望的功能，诸如电耦合的期望配置。可选的，金属材料表面2a’，2b中的一个或者二者能够被抛光以具有低发射率，与这里描述的一些实施例一致。在图3中所示的装置100中，n型热电元件7’和p型热电元件8’相对于图1所示被进一步分隔开。当在太阳-热电发电机中使用多个热电转换器元件时，如与集结在一起不同，p型和n型热电元件能够被分隔开(例如，均匀)。例如，考虑到仅仅由于辐射引起的热损失，并且使用铜材料作为吸收器，在腿之间的间隔能够是0.3m。
【73】热电转换器元件的另一个可能布置在图4被示出，其中多个热电转换器的多个热电转换器元件(腿)210被集结成分隔开的组220。热电转换器元件210的组220被屏障230密封，以将整体封闭在真空环境中。当太阳辐射非均匀地分布在一个或者多个太阳能捕获表面上时可以有优势地使用这样的布置，正如在这里描述的使用光学集中器的实施例中的那样。当太阳全天都在捕获表面上方行进时，甚至不使用光学集中器，转换器元件的布置例如被配置成跟随太阳黑子的路径。对于图4所示的布置，物理地分开这些组。然而，可以理解，装置被具体化为具有彼此稀疏分离开的转换器元件组的单一整体。
【74】热电转换器元件的空间分布还能够影响太阳-热电发电机的电产生性能。在一些实施例中，热电转换器元件被空间布置，使得在热电转换器元件的高温部分和低温部分之间建立的最小温差。最小温差能够大于大约40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、100℃、150℃、200℃、250℃、280℃、或300℃。在一些例子中，当没有使用光学集中时，通过在将转换器的高温端部提高到不大于大约350℃的温度而保持转换器的低温端部处在低于大约95℃、90℃、80℃、70℃、60℃、或者优选地低于大约50℃的温度，能够获得跨越热电转换器的这种温差。对于低的太阳能集中(例如，不大于大约2至大约4倍的入射太阳辐射的集中)，温度能够不大于大约500℃。这样的温差能够确保太阳-热电发电机高效率地运行。具体的，这些温度规范能够被用于热电发电机，该热电发电机仅使用入射太阳辐射(即未集中的辐射)和/或集中的太阳辐射。
【75】可替换的，或者另外的，实施例能够使用提供了在热电转换器的相应端之间的有限热传导的热电转换器的空间分布。例如转换器的总收集热传导能够小于在太阳-热电发电机的辐射捕获结构和支持结构之间的总热传导的大约5％、10％、15％、或者20％。通过热电转换器的腿的长度还能够限制热传导-长的腿允许较少的热传导。因此，一些实施例限制腿的横截面面积与腿的长度的比率以有助于通过腿来降低热传导。例如，腿的横截面面积与腿的长度的比率能够在大约0.0001米到大约1米的范围内。
【76】在一些实施例中，热电转换器和/或转换器的腿能够以(例如，相对于太阳能捕获表面或支撑结构)稀疏的方式分布。热电元件的稀疏分布能够有助于减少通过元件从它们的高温端部到它们的低温端部的热转移。在图1和3中示出的热电转换器元件的布置提供稀疏分布元件的一些实例性实施例。
【77】在一些实施例中，一个或者更多热电转换器元件相对于太阳能捕获表面被稀疏分布，通过太阳能捕获面积(这里“捕获面积”)与关联于转换器元件的总横截面面积(这里“转换器面积”)的相对比率能够测量稀疏度。通过用于暴露于太阳辐射以产生热的所选太阳能捕获表面的面积总量来限定捕获面积。通过热电转换器元件的总有效横截面面积来限定转换器面积。例如，关于图1，假定对于一致的横截面面积所有的4个p型和n型元件在几何形状上是相似的，“转换器面积”能够被限定为4倍的p型或n型元件的横截面面积，通过横截面面积来限定的每个元件的横截面处于平行于与该元件交叉的捕获表面1b的推定的平面(putativeplane)中。通常，当捕获面积与转换器面积的比率增加时，转换器元件的分布变得更稀疏，即相对于太阳能捕获表面的总量存在更少的热电转换器元件。
【78】这里公开的各种实施例能够使用捕获面积对转换器面积的比率的范围。在一些实施例中，太阳能发电机的特征是捕获面积对转换器面积的比率等于或者大于大约200、大约400、大约500或者大约600。这样的实施例在与具有平板配置的太阳能发电机一起使用时特别有优势，该平板配置捕获太阳辐射而无需使用太阳能集中器。在一些实施例中，太阳能发电机的特征是捕获面积对转换器面积的比率大于大约50、100、200或者300。这种实施例在与捕获集中太阳辐射的太阳能发电机(即，使用太阳能集中器来收集和集中入射的太阳辐射到太阳能捕获表面上)一起使用时特别有优势。尽管讨论的实施例对于讨论的特定配置是有优势的，但是可以理解，这种实施例的范围不限于这种特定的配置。
光学集中器配置
【79】下面讨论的一些实施例使用适用于与一个或多个光学集中器一起使用的太阳-热电发电机的配置。光学集中器是指能够收集入射太阳辐射并且能够集中这样的太阳辐射的一个或者多个装置。光学集中器典型地还将集中的太阳辐射引导到例如太阳能捕获表面的目标。在许多使用光学集中器的实施例中，通过热电转换器的高温端部的更有效发热，该集中器能够有利于产生跨越热电转换器的更高的温差，这能够导致转换器输出的可能的更高电力。光学集中器还能够潜在地与具有低热集中能力(例如能够表现出更大热损失的较小太阳能捕获表面和/或捕获结构)的太阳能捕获结构一起使用，而潜在地保持太阳能发电机的性能。尽管关于图1、3和4描述的实施例能够适用于入射太阳辐射(即未集中)被使用的地方，但这样的实施例还能够结合光学集中器一起使用，使用这里讨论的任何数量的特征。类似的，参考太阳能集中器明确讨论的一些太阳-热电发电机设计不必需要这样的集中器。
【80】通过在图5A-5C中示出的实例性装置来说明包括使用光学集中器的太阳-热电发电机的一些实施例。如图5A所示，太阳能发电机510包括光学集中器、辐射捕获结构、热电转换器元件、和支撑结构。对于图5A所示的特定装置，光学集中器具体化为透射元件511，即能够透射通过其的太阳辐射的元件。透射元件可以是成像或者非成像透镜或者能够集中并且引导太阳辐射的其它透射结构。如图5A所示，入射太阳辐射517能够通过透射元件512被集中成引导到辐射捕获结构的太阳能捕获结构512上的集中的太阳辐射518。在该例子中，光学集中器511包括具有辐射捕获结构512的会聚光学透镜，该辐射捕获结构位于透镜焦点的附近以接收集中的太阳辐射。太阳辐射的集中能够可能地允许使用相对于使用入射太阳辐射的设计的更小的太阳能捕获表面。太阳辐射的这种捕获能够导致加热辐射捕获结构，这接着能够加热热电转换器516的n型元件514和p型元件515的热耦合端。支撑结构能够被配置成组合电极/散热器513的结构，其能够提供在n型元件514和p型元件515之间的电耦合并且热耦合到散热装置以便降低转换器元件的相对端的温度。
【81】图5B示出了太阳能发电机的另一实施例。对于太阳能发电机520，一组反射元件521、522用作为太阳能集中器。反射元件能够工作以重新引导辐射而无需辐射充分地穿过该元件。具有其它类型的反射覆盖层的反射镜和结构能够用作反射元件。对于图5B所示的特定实施例，通过结构524引导入射太阳辐射517到反射表面521，其在该例子中设置在热电转换器525的低温端部的附近。可选的透明和/或类似框的结构524能支持反射镜并且将太阳辐射向下引导，以使得通过下面的基板能够实现热扩散。辐射反射元件521将入射到其上的辐射反射到反射元件522上，其接着将太阳辐射反射到辐射捕获表面523上以用于加热热电转换器525的高温端部。在一些情况中，反射元件521能够具有弯曲形状(例如抛物线)的反射表面，其能够引起反射光集中到反射元件522上(其能够被放置在例如反射元件521的曲率的中心的附近)。这样集中的太阳辐射然后通过反射元件522被引导到辐射捕获结构523上，在一些情况中该反射元件522也能够提供它自己集中的太阳辐射。
【82】在图5C示出的实施例中使用了光学集中器的其它可替换物。太阳能发电机530能够包括用于收集并且集中入射太阳辐射的太阳能收集发射器531。该太阳能收集发射器531能够紧密地耦合到辐射捕获结构532(例如，接触或者具有非常小的空间或者其间具有薄的材料)以便直接将集中的太阳辐射引导至捕获结构，可能地导致更有效的能量传送。能够存在捕获结构532和发射器531之间的直接接触。可替换的，薄的热绝缘体(例如由多孔玻璃或者聚合体材料制成)能够置于结构531、532之间。由于紧密地热耦合到热电转换器元件533，图示的实施例也能够不需要将装置密封到抽真空的环境中而被实现。同样的，当太阳能的集中为高(例如大约10倍或50倍的入射太阳辐射)，对流损失不太重要。然而，应该理解，装置也可以用于在真空环境中。
【83】一些实施例涉及太阳能发电机，其中热电转换器在对于图5A-5C所示的那些为可替换的结构中排列。如图6A所示，热电转换器614能够被配置成使得其n型元件(腿)614a和p型元件(腿)614b沿着路径排列以使得具有两个端部601。如图6A中特定举例说明的那样，两个腿的端部601限定了基本线性区域。这里，元件是p型腿614a和n型腿614b，每一个腿的特征在于伸长(这里也称为轴)方向，尽管其它腿结构也能够被使用，诸如弯曲形状。在该例子中，腿被布置在公共平面，它们的轴方向基本共对准。一般地说，具有轴向的这样的腿能够以彼此相对为一个角度地布置在公共平面内，其中该角度能够从0度(即共对准)到小于大约180度、或者大约45度到大约180度，或者大约90度到大约180度。在其它实施例中，三个或者更多的腿以变化的相对角度被耦合。在图6A中，腿614a、614b以线性配置排列。特别是，腿614a、614b能够相对于图5A-5C所示的腿(这是垂直方向的)被水平设置。这样的配置能够提供多个潜在优势。例如，相对于使用垂直定向的腿，水平定向的腿能够提供更坚固的机械结构，这是因为用于热电转换器的整个装置外壳能够具有低型面(lower profile)。低型面配置能够有助于构造太阳能发电机的平板配置和/或当这样的实施例进一步使用真空环境时提供更小的体积用于密封，如这里讨论的。
【84】如图6A所示，元件614a、614b共享位于热电转换器614的端部601之间的结617。对于这里所示的实施例，结617包括用作为捕获结构的热收集器616，尽管该结也能够包括提供在元件614a、614b之间的热和/或电耦合的其它类型的元件。可替换的，p型元件614a和n型元件614b能够物理接触以产生结。一个或者多个辐射收集器能够被用于收集并且捕获入射辐射，和将集中的辐射引导到热电转换器上以便加热该结。对于图6A的具体情况，透镜611将集中的太阳辐射引导到热收集器616上，这能够导致在收集器616中产生热。当热收集器616热耦合到结617时，它将在其中产生的热(或者该热的至少一部分)传送到该结，因此使得该结617经受升高的温度。热收集器616也能够是太阳辐射吸收器，同时具有低发射率，如关于这里的其它实施例所描述的那样。这样的热收集器材料的例子是一个或者多个碳石墨层。进一步，结构612、613能够用作散热器，以便将元件614a、614b的耦合端保持在低温，允许热电转换器614产生电力。
【85】可以理解，各种各样的几何形状能够被用作捕获结构，其能够用作为热集中器以便将热能引导到结，如图6A和6B所示。在一些实施例中，使用具有对于热能被引导至的结为相对大的捕获面积的捕获结构是有优势的。图6C示意性示出了捕获结构作为热传导元件630的一个例子，其能够热耦合到热电转换器650的结640，以便将由于暴露到太阳辐射而在这里产生的热传送到结640。热传导元件630具有带辐射捕获部分632的类似蘑菇的形状，该辐射捕获部分能够响应对太阳辐射的暴露而产生热。也能够使用其它类型的形状。适用于热耦合到结640的热传导杆634提供在辐射捕获部分632和结640之间的热路径。也能够使用捕获结构的其它例子，其具有对于结面积为更大的捕获面积用于太阳辐射的捕获。
【86】当图6A中示出的装置610使用一个热电转换器时，应该理解，其它实施例能够使用多个热电转换器。这样的配置的一个例子被示出在图6B中，其示出了在太阳能发电机620中的两个热电转换器614、615。该转换器614、615的每一个都具有p型腿614a、615b和n型腿614b、615a，其中对应的p型和n型的腿被热耦合和电耦合。转换器614、615共享包括热导体616的公共结618。在该实施例中，两个转换器的p型腿和n型腿被基本布置在公共平面内。该结618位于转换器615、614的端部602、603之间。光学集中器611将太阳辐射引导到该热导体上，并因此到结618，以便加热转换器腿614a、614b、615a、615b的端部，即转换器614、615的高温端部。在该实例中，光学集中器包括会聚光学透镜，其相对于热电转换器615、614被定位成其主轴PA基本平行于p型和n型热电腿被布置在的公共平面。转换器614、615的层叠和水平方向能够作用于辅助设计低型面的、更加机械稳固性的太阳能发电机。
【87】对于图5A、5B、5C、6A、6B、和6C中示出的各种元件，这样的元件能够包括与关于本发明的各种其它实施例所描述的这样元件相关联的任意特征或变化。由此，例如能够以任何的结合实现一个或者多个低发射率表面的使用、配置装置为平板配置、密封装置或其一部分到隔离(例如真空)环境中、并且空间分布热电转换器。
【88】同样，图5A、5B、5C、6A、6B、和6C中示出的实施例能够使用附加元件来增强太阳能发电机的性能。例如，如图6A所示，在一些实施例中，能够包括太阳跟踪装置660以保持入射的太阳辐射到一个或者多个太阳能集中器元件611上。典型地，太阳跟踪装置能够包括用于移动太阳能集中器611的一个或者多个元件以跟踪太阳的运动以便帮助提高太阳能捕获的机构665。可替换的，太阳跟踪装置还能够用在没有太阳能集中器的系统中。在这样的例子中，热电模块能够包括太阳能捕获表面，其中该跟踪装置能够移动该捕获表面以便保持入射的太阳辐射撞击在该表面上。尽管这里讨论的一些实施例能够被配置成不使用跟踪装置，但是可以理解，太阳跟踪装置通常能够结合这里讨论的任何实施例来使用，除非有明确地禁止。
【89】本发明的其它实施例涉及使用多个太阳能收集器的太阳能发电机，该太阳能收集器能够将太阳辐射集中在多个区域中以提供对一个或多个太阳能捕获结构的加热。一些实施例使用诸如在图7中被举例说明的多个反射太阳能收集器。如图所示，多个太阳能收集器710、720被具体化为一组反射表面713、715、723、725，其被配置成形成多个槽711、721。分离的热电模块717、727能够位于该槽711、721中。反射表面713、715、723、725能够反射太阳辐射到该槽711、721中，使得太阳辐射撞击到热电模块717、727的每一个的捕获表面上。热电转换器和光学集中器的这种布置能够超出图中所示的布置之外被扩展。在该情况中，太阳能收集器710和720的彼此面对的两个倾斜的反射表面715、723将光能传送到热电转换器717的辐射捕获表面上。类似的，多个其它热电转换器能够接收通过来自两个光学集中器的两个相对反射表面的辐射反射的集中的太阳辐射。这样的配置能够被用于提供低水平的太阳辐射集中(例如大于1并且高达大约4倍的入射太阳辐射的太阳通量)。太阳能收集器能够被适用于当太阳和地球彼此相对移动时，充分的太阳辐射量能够在槽中被持续地收集。由此，在这些实施例的一些应用中避免使用太阳跟踪器，尽管在其它应用中可以使用这样的跟踪器。在可替换的实施例中，图7的V型收集器能够被使用作为辅助收集器，其中具有太阳跟踪装置的大太阳能集中器被用于将太阳辐射投射到V型收集器上。同样的，V型收集器能够被减小以适合由屏障结构包围的隔离环境。
【90】图7示出的多个热电模块被具体化为在抽真空的环境中密封的平板装置。可以理解，包括这里披露的任何装置或者装置的功能部件的其它模块配置能够被替代地使用。然而，在一些实施例中，将模块选择为与这样的太阳能收集器产生的太阳通量一致(例如，使用从1到4倍的入射太阳辐射值的太阳辐射通量工作的模块，其能够取决于收集角度)。可以理解，尽管图7示出了二维布置，但是槽也能够在三维布置中被体现，其中每一个槽更类似于凹坑，允许太阳能发电模块的三维分布。
【91】使用在不同布置中的不同类型的太阳能收集器，能够配置使用多个太阳能收集器的太阳能发电机的其它实施例。例如，在图8A的透视图和图8B的部分横截面图中示出了太阳能发电机810。具体化为多个透镜结构825的太阳能收集器的组件820用来捕获入射的太阳辐射。每个透镜结构825能够将太阳辐射集中并且引导到热电模块830上，这里对于每个透镜结构825，提供相应的模块830。每个模块830能够以任何数量的配置被体现，包括在本申请中描述的任何配置。在图8B中示出的那样，每个模块830能够被配置成水平方向的一组热电转换器，如图6A和图6B所示。由此，透镜结构825被适用于将太阳辐射引导到模块830的对应结上。模块830能够耦合到支撑结构840，其能够可选择地配置为散热装置，以便保持转换器的端部831在相对于高温端部832的低温下。类似于图7所举例说明的实施例，使用多个透镜结构825能够将太阳辐射引导到指定位置，并且可能地避免了对太阳跟踪装置的需要。
【92】尽管图7和8举例说明了一些实例性实施例，其中多个集中器与多个热电模块一起使用，但是可以理解，该集中器也能够被配置成与单个热电模块一起使用。这样的配置的一个实例被示在图9中。作为透镜结构920举例说明的一组太阳能收集器能够被用于捕获和集中入射的太阳辐射到热电模块910上，其能够被用于从该集中的太阳辐射中产生电力。这样的模块能够包括关于图1示出的模块所描述的任何多个特征(例如，低发射率表面、平板配置，和/或真空环境)。对于图9所示的特定配置，模块910能够包括p型腿和n型腿915的分组916，它们相对于捕获结构913被分隔开。每个透镜结构920能够适用于将集中的太阳辐射引导到捕获结构的太阳能收集表面的一部分911上，其中该部分能够对应于腿915的分组916的近似位置。可以理解，图9(正如对于图7和8的情况)中示出的系统的设计中的变化能够被用于符合本发明的实施例。例如，太阳能收集器的不同配置(例如，使用适合配置的反射表面)能够被使用来代替透镜结构。也能够关于图9示出的模块使用一个光学集中器。在这样的例子中，如果装置没有使用跟踪器，则聚焦/集中光斑能够跟随太阳移动。在该组中的一个热电单元由于尺寸减小而能够产生更高的效率，并且由此降低了辐射损失。
【93】尽管图7-9示出的实施例已经示出使用具有太阳能集中器的多种热电模块配置，其它模块设计也是可能的。在图10A和10B中示出了一个可替换的模块设计和其使用。如图10A所示，能够具体化为菲涅耳透镜或者一些其它类型的衍射元件的太阳能收集器1010被用于将集中的太阳辐射聚焦到热电模块1020上，它能够热耦合到散热器1030(或者更一般地耦合到支持结构)。其它类型的可能的太阳能收集器包括使用一个或者多个透镜元件、反射元件、和/或折射元件。在一些实施例中，热电模块1020能够可移除地耦合(例如机械、热、和/或电)到散热器1030。由此，模块1020能够被容易地替换成散热器以用于这样系统的加强的维护。
【94】在图10A的放大框1025中提供了热电模块1020的更详细的视图。该模块1020能够包括屏障结构1021(在该情况中是类似灯泡结构)，其将模块1020包围在隔离环境中。该隔离环境能够是相对于大气压的真空环境，或者能够包括具有相对于环境大气为低热传导的气体。例子包括使用具有低热容量的气体，诸如惰性气体。热绝缘材料也能够被并入到屏障结构1021中，以便减少来自热电模块的高温端部的热损失。屏障能够被适用于至少部分透射太阳辐射，其中该屏障能够包括任何数量的功能部件，如关于图1对密封所描述的那样。对于图10A中示出的特定配置，屏障结构1021形成类似灯泡封装的至少一部分；其它的几何形状配置也可以被预想到。屏障结构1021能够可选择地包括透镜结构1026，其还能够引导和/或集中撞击到屏障结构1021上的太阳辐射。在该封装中，辐射捕获结构1023能够耦合到热电转换器的腿1022。撞击到屏障结构1021上的太阳辐射能够被引导到捕获结构上以便产生热，并且保持腿1022的一端处于相对高温。转换器的腿1022产生的电力能够通过电极1024耦合到电负载。
【95】使用图10A中举例说明的屏障结构的热电模块能够给予很多优势。模块能够被紧凑地配置，具有减小的体积(例如，相对于较大的平板配置的体积)以有利于容易地保持真空环境。使用太阳能集中器(例如，提供高度集中的太阳能集中器，例如大于大约10倍的入射太阳辐射)能够允许对于热集中使用更小的捕获结构，这能够允许使用更小的体积。如前所述，这样的紧凑结构本质上也能够模块化，允许容易地替换这种模块。这一方面在包括多种模块的配置中特别具有优势。例如，图8A和8B所示的系统能够使用图10A的密封模块1020，而不是模块830。在一个模块损坏时，这能够提供容易的维护。然而，可以理解，图8A和8B所示的模块830也能够包含在被密封的可更换的模块配置中。
【96】能够预想到超出图10A中示出的配置之外的各种其它配置，包括对于本领域的技术人员来说是显而易见的那些修改。例如，菲涅耳透镜集中器能够被配置成如图10A中所示的平坦结构1010，或者如图10B中所示的具有弯曲1015的结构。同样的，能够使用在菲涅耳透镜之外的其它类型的光学集中器，例如其它类型的衍射元件。如图10C所示，太阳能发电装置1060能够使用两个反射器1040、1050作为引导太阳辐射到热电模块1020上的太阳能收集器，类似于关于图5B所描述的那样。散热器1070能热耦合到环境以提供散热装置。同样的，密封的设计能够使用太阳跟踪器，如这里讨论的，以便保持太阳辐射在密封的结构的一部分上。这种设计有助于保持特定水平的集中的太阳辐射到密封的结构上(例如，至少10倍的入射太阳辐射)。所有的这些变化和其它都在本公开的范围内。
【97】与这里讨论的各种太阳能发电实施例一起使用的其它模块配置被示出在图11中。在引导和集中太阳辐射中使用的太阳能集中器能够包括反射元件1140(例如，抛物面反射镜)。其它光学元件1130(例如，会聚透镜)也能够被用于将入射的太阳辐射引向反射元件1140。反射元件1140接着能够集中并引导太阳辐射入射到热电模块1110上。能够可选地密封到封装1120中以提供相对于大气压真空环境的模块1110能够包括辐射捕获结构1130，其能够包括用于吸收太阳辐射的一个或多个表面。捕获结构能够在暴露到太阳辐射时产生热。捕获结构能够包括一个或者多个突出元件1135，其能够适用于接收通过反射元件1140反射的太阳辐射的一部分，并且还能够被配置成通过吸收太阳辐射光谱的至少一部分来产生热。例如，如图11中所示，突出元件1135基本上垂直于捕获结构1130的平坦表面1133。由此，抛物面反射镜需要被配置成不仅将光引导到平坦表面上，而且还能够将光引导到突出表面上。这样的设计具有优势，这是因为它对于太阳能收集器的设计的要求方面能够提供灵活性，并且能够提高捕获结构的热产生能力。突出元件能够允许捕获结构吸收来自多个角度和方向(例如，包括不能被单一平坦表面捕获的方向)的太阳辐射。一个或者多个热电转换器1160能够耦合到捕获结构1130，该转换器的一端热耦合到捕获结构并且另一端耦合到散热器1150。突出元件能够根据在本申请中公开的任何捕获结构来组成和设计(例如，具有对于红外光的高选择性的太阳吸收率和/或低发射率的金属或者其它材料)。同样，能够在如关于图10A-10C讨论的可移除耦合的模块中设计具有突出元件的模块。
【98】提供下面的例子以说明本发明的一些实施例。该例子的目的不是限制使用的任何特定实施例的范围，并且不意图必需表明根据本发明教授的热电发电机的最佳性能。
【99】图13A说明了热电发电机的范例及其性能。图13A是范例的示意图。发电机由一对p型和n型商业上可获得的热电元件形成。在我们的热电元件中使用～1mm的厚度。腿的厚度能够在从20微米至达到5mm的范围。由铜形成的可选择的吸收器附着在腿的顶部并且还用作电互连。实验的装置在真空腔室内被测试。在～1000W/m2照度下从这一对腿输出的功率被示出在图13B中，并且效率被示出在图13C。该范例没有使用平行板并且不试图提高吸收器的背面的反射率。通过采用这样的措施，其中它们在本发明中被公开，能够可能地获得更高的效率。
【100】尽管已经讨论了本发明的具体实施例，但是上面的描述是举例说明的而不是限制性的。在阅读了本说明书之后，本发明的多种变化对于本领域的技术人员来说是显而易见的。本发明的全部范围应该通过参考权利要求书、连同其等效物的全部范围、和说明书、连同这样的变化被确定。除非另外指示，通过术语“大约”，表示在说明书和权利要求书中使用的成分、反应条件等的所有数字被理解为在所有的例子中都可以修改。由此，除非有相反的指示，在说明书和附属的权利要求书中阐述的数字参数是近似性的，其可以随通过本发明获得的期望特性而变化。

Claims (102)

1.一种太阳能发电机，包括：
真空封装，
至少部分布置在所述封装中的辐射捕获结构，所述辐射捕获结构具有前表面和后表面，所述前表面适用于暴露到太阳辐射以产生热，
至少部分布置在所述封装中的至少一个热电转换器，其在高温端部处热耦合到所述结构以便接收所述产生的热的至少一部分，以使得跨越该至少一个热电转换器获得温差，
其中所述前表面和后表面的每一个的至少一部分对于大于大约1.5微米的波长表现出小于大约0.1的发射率。
2.权利要求1的太阳能发电机，其中所述前表面表现出大于大约20W/mK的侧向热导率。
3.权利要求1的太阳能发电机，其中所述前表面表现出在大约20W/mK到大约400W/mK的范围内的侧向热导率。
4.权利要求1的太阳能发电机，其中所述表面在大约0℃到大约500℃的温度范围内表现出所述发射率。
5.权利要求1的太阳能发电机，其中所述表面在大约50℃到大约300℃的温度范围内表现出所述发射率。
6.权利要求1的太阳能发电机，其中所述表面在大约100℃到大约300℃的温度范围内表现出所述发射率。
7.权利要求1的太阳能发电机，其中通过该表面的至少一个表现出的所述发射率小于大约0.05。
8.权利要求1的太阳能发电机，其中通过该表面的至少一个表现出的所述发射率小于大约0.02。
9.权利要求1的太阳能发电机，其中通过该表面的至少一个表现出的所述发射率小于大约0.01。
10.权利要求1的太阳能发电机，其中所述前表面表现出大于大约80％的对太阳辐射的吸收率。
11.权利要求1的太阳能发电机，其中所述前表面表现出大于大约90％的对太阳辐射的吸收率。
12.权利要求1的太阳能发电机，其中所述前表面表现出大于大约95％的对太阳辐射的吸收率。
13.权利要求1的太阳能发电机，还包括用于耦合到所述热电转换器的低温端部的支持结构，所述支持结构包括：
适用于面向该辐射捕获结构的所述后表面的内表面，
其中该支持结构的所述前表面对于大于大约1.5微米的波长表现出小于大约0.1的发射率。
14.权利要求13的太阳能发电机，其中该支持结构适用于作为散热器，以便将热从所述热电转换器的低温端部移走。
15.权利要求13的太阳能发电机，其中所述支持结构热耦合到散热装置。
16.权利要求13的太阳能发电机，其中在所述热电转换器的高温端部和低温端部之间的温差是至少大约50℃。
17.权利要求13的太阳能发电机，其中在所述热电转换器的高温端部和低温端部之间的温差是至少大约100℃。
18.权利要求13的太阳能发电机，其中在所述热电转换器的高温端部和低温端部之间的温差是至少大约150℃。
19.权利要求13的太阳能发电机，其中在所述热电转换器的高温端部和低温端部之间的温差是至少大约200℃。
20.权利要求13的太阳能发电机，其中在所述热电转换器的高温端部和低温端部之间的温差是至少大约250℃。
21.权利要求1的太阳能发电机，其中该辐射捕获结构的所述前表面适用于吸收波长小于大约3微米的太阳辐射。
22.权利要求1的太阳能发电机，其中该辐射捕获结构的所述前表面适用于吸收波长在大约50nm到大约3微米的范围内的太阳辐射。
23.权利要求1的太阳能发电机，还包括布置在辐射捕获结构的所述前表面和后表面之间的至少一个热传播元件。
24.权利要求23的太阳能发电机，其中所述至少一个热传播元件在该辐射捕获结构中提供具有大于大约20W/mK的值的侧向热导率。
25.权利要求1的太阳能发电机，其中所述热电转换器包括通过结耦合在一起的p型腿和n型腿。
26.权利要求25的太阳能发电机，其中所述结被热耦合到所述辐射捕获结构。
27.权利要求1的太阳能发电机，其中所述太阳能发电机表现出至少大约4％的太阳能转换。
28.权利要求1的太阳能发电机，还包括耦合到所述热电转换器的至少一个导电引线，用于提取由所述转换器产生的电能。
29.一种太阳能发电机，包括：
具有前表面和后表面的辐射捕获结构，所述前表面适用于暴露到太阳辐射以便产生热，所述前表面和后表面的每一个都具有对于大于大约1.5微米的波长表现出小于大约0.1的发射率的至少一部分，
多个热电转换器，其热耦合到所述辐射捕获结构以使得每一个转换器接收所述产生的热的至少一部分以在其高温端部和低温端部之间产生温差，
其中该转换器相对于所述辐射捕获结构的空间布置适于使得响应在所述辐射捕获结构上的入射太阳辐射而在每一个转换器的高温端部和低温端部之间产生至少大约50℃的温差，所述转换器的该低温端部被保持在低于大约90℃的温度。
30.权利要求29的太阳能发电机，其中所述转换器的该低温端部被保持在低于大约70℃的温度。
31.权利要求29的太阳能发电机，其中所述转换器的该低温端部被保持在低于大约50℃的温度。
32.权利要求29的太阳能发电机，其中该太阳能发电机表现出大于大约4％的效率。
33.权利要求29的太阳能发电机，其中该太阳能发电机表现出大于大约7％的效率。
34.权利要求29的太阳能发电机，其中所述辐射捕获结构的所述前表面和后表面的至少一部分的对于大于大约1.5微米的波长的发射率小于大约0.1。
35.权利要求29的太阳能发电机，其中所述转换器的每一个都包括p型腿和n型腿，所述腿在结处耦合。
36.权利要求35的太阳能发电机，其中该结包括互连p型腿和n型腿的金属结构。
37.权利要求35的太阳能发电机，其中p型腿和n型腿中的至少一个的特征在于横截面面积与长度的比率在大约0.0001米到大约1米的范围内。
38.权利要求29的太阳能发电机，还包括支持结构，每个转换器的低温端部耦合到该支持结构。
39.权利要求38的太阳能发电机，其中所述转换器表现出小于在所述辐射捕获结构和所述支持结构之间的总热传导的大约20％的集合的热传导。
40.权利要求29的太阳能发电机，其中所述辐射捕获结构的特征在于捕获面积，并且该多个热电转换器的特征在于转换器面积，捕获面积对转换器面积的比率大于大约100。
41.权利要求40的太阳能发电机，其中捕获面积对转换器面积的比率大于大约400。
42.权利要求40的太阳能发电机，其中捕获面积对转换器面积的比率大于大约600。
43.权利要求29的太阳能发电机，其中所述多个热电转换器被密封在相对于大气压的真空环境中。
44.一种太阳能发电机，包括：
热耦合以形成结的至少一个n型热电腿和至少一个p型热电腿，其中所述腿的每一个的特征在于轴向，
所述至少一个n型腿和至少一个p型腿相对于彼此布置，使得在所述轴向之间的角度处于从大约0度到大约180度的范围内，
至少一个辐射收集器，其适用于收集并且集中入射的太阳辐射，所述至少一个辐射收集器适用于将集中的太阳辐射引导到该结。
45.权利要求44的太阳能发电机，其中所述至少一个n型腿和至少一个p型腿在该结处电耦合以形成热电转换器。
46.权利要求44的太阳能发电机，其中所述至少一个n型腿和至少一个p型腿线性排列。
47.权利要求46的太阳能发电机，其中所述至少一个n型腿和至少一个p型腿包括多对的n型和p型腿，每对的所述n型和p型腿线性排列，并且共享对结。
48.权利要求47的太阳能发电机，其中至少两对的n型和p型腿共享公共结。
49.权利要求47的太阳能发电机，其中所述至少一个辐射收集器包括适用于将集中的太阳辐射引导到该对结上的多个辐射收集器。
50.权利要求44的太阳能发电机，其中所述结包括在该至少一个n型腿和至少一个p型腿之间的接触点。
51.权利要求44的太阳能发电机，其中所述结包括热耦合到所述至少一个n型腿和至少一个p型腿的捕获结构，该捕获结构适用于吸收撞击到该捕获结构上的集中的太阳辐射以产生热。
52.权利要求44的太阳能发电机，其中所述至少一个n型热电腿和至少一个p型热电腿被容纳在平板配置中。
53.一种太阳能发电机，包括：
至少一个包括n型热电腿和p型热电腿的热电转换器，该腿沿着路径排列，该n型腿和该p型腿共享位于该至少一个热电转换器的端部之间的结，和
至少一个辐射收集器，适用于收集和集中入射太阳辐射，该至少一个辐射收集器适用于将集中的太阳辐射引导到该结。
54.权利要求53的太阳能发电机，其中该路径是线性路径。
55.权利要求53的太阳能发电机，其中该至少一个热电转换器被容纳在平板配置中。
56.权利要求53的太阳能发电机，其中所述结包括热耦合到该n型腿和该p型腿的捕获结构，该捕获结构适用于吸收撞击到该捕获结构上的集中的太阳辐射以产生热。
57.一种太阳能发电机，包括：
多个热电转换器，其适用于当经受温差时产生电力，该多个热电转换器通过它们的高温端部在结处热耦合，和
适用于收集和集中入射太阳辐射的至少一个光学集中器，所述光学集中器适用于引导该集中的太阳辐射到该结处。
58.权利要求57的太阳能发电机，其中每一个热电转换器包括p型腿和n型腿，和该结包括在该p型腿和该n型腿之间的耦合。
59.权利要求57的太阳能发电机，其中多个热电转换器被配置成共享平面。
60.权利要求59的太阳能发电机，其中该多个热电转换器彼此平行地排列。
61.权利要求59的太阳能发电机，其中该多个热电转换器不是彼此平行地排列。
62.权利要求57的太阳能发电机，其中该多个热电转换器被容纳在平板配置中。
63.权利要求57的太阳能发电机，其中该多个热电转换器被密封在隔离环境中。
64.权利要求63的太阳能发电机，其中该多个热电转换器被容纳在可移除的模块中。
65.权利要求57的太阳能发电机，其中所述结包括热耦合到该多个转换器的捕获结构，该捕获结构适用于吸收撞击到该捕获结构上的集中的太阳辐射以产生热。
66.权利要求57的太阳能发电机，还包括：
绝热材料，其耦合到该多个热电转换器的至少一部分以减少热传递到此。
67.一种太阳能发电机，包括：
封闭隔离环境的屏障结构，所述屏障结构对于一个或者多个太阳辐射波长是至少部分透射的，以允许所述辐射波长透射进入到该真空环境中，
布置在所述隔离环境中的至少一个热电转换器，和
辐射集中器，其光学耦合到所述隔离环境，以便引导太阳辐射来加热所述热电转换器的一部分以有利于产生跨越所述转换器的温差。
68.权利要求67的太阳能发电机，其中所述屏障结构是灯泡状形状。
69.权利要求67的太阳能发电机，其中所述辐射集中器包括适用于引导太阳辐射以加热所述热电转换器的所述部分的至少一个透镜元件。
70.权利要求67的太阳能发电机，其中所述辐射集中器包括适用于引导太阳辐射以加热所述热电转换器的所述部分的至少一个反射元件。
71.权利要求67的太阳能发电机，其中所述辐射集中器包括折射元件和衍射元件中的至少一个。
72.权利要求67的太阳能发电机，还包括：
太阳辐射跟踪器，其适用于相对于所述至少一个热电转换器移动所述辐射集中器以便保持太阳辐射暴露来加热所述热电转换器的所述部分。
73.权利要求72的太阳能发电机，其中所述辐射集中器适用于引导集中的太阳辐射，该集中的太阳辐射比入射太阳辐射更集中至少大约10倍。
74.权利要求67的太阳能发电机，还包括：
适于热耦合到所述至少一个热电转换器的散热器，所述散热器适用于将来自所述至少一个热电转换器的一部分的热移掉。
75.权利要求74的太阳能发电机，其中所述屏障结构可移除地耦合到所述散热器。
76.权利要求74的太阳能发电机，其中所述散热器适用于耦合到多个屏障结构。
77.权利要求74的太阳能发电机，其中所述屏障结构热耦合且电耦合到所述散热器。
78.权利要求67的太阳能发电机，其中该隔离环境包括具有比大气压低的热容量的环境。
79.权利要求78的太阳能发电机，其中该隔离环境包括相对于大气压的真空环境。
80.权利要求78的太阳能发电机，其中该隔离环境包括绝热材料。
81.权利要求67的太阳能发电机，还包括：
在该屏障结构中的并且热耦合到该至少一个热电转换器的捕获结构，该捕获结构适用于吸收来自该辐射集中器的集中的太阳辐射，并且产生热。
82.一种太阳能发电机，包括：
辐射捕获结构，其具有适用于暴露到太阳辐射以产生热的辐射吸收表面，
至少一个热电转换器，其热耦合到所述辐射捕获结构以便在其一端部处接收所产生的热的至少一部分，
光学集中器，其光学耦合到所述辐射捕获结构以便引导太阳辐射到其上，
其中所述捕获结构包括至少一个突出元件，其适用于接收通过所述光学集中器引导到所述结构上的辐射的至少一部分，所述至少一个突出元件响应太阳辐射的暴露而产生热。
83.权利要求82的太阳能发电机，其中所述至少一个突出元件热耦合到该热电转换器的所述端部，以便传送所述产生的热的至少一部分到其上。
84.权利要求82的太阳能发电机，其中所述至少一个突出元件布置成基本垂直于所述辐射吸收表面的切线。
85.权利要求82的太阳能发电机，还包括真空封装，所述热电转换器被布置在所述真空封装中。
86.权利要求82的太阳能发电机，其中所述光学集中器包括抛物面反射镜收集器。
87.一种太阳能发电机，包括：
至少一个辐射捕获结构，其适用于在吸收太阳辐射时产生热，该至少一个辐射捕获结构包括太阳能捕获表面，该太阳能捕获表面适用于捕获太阳辐射并且在该辐射捕获结构内产生热，
适用于热耦合到该至少一个辐射捕获结构的多个热电转换器元件，该热电转接器元件还适用于当暴露于来自该辐射捕获结构的热时产生电；和
适用于收集和集中入射太阳辐射的多个太阳能收集器，每一个太阳能收集器被配置成引导集中的太阳辐射到该至少一个辐射捕获结构的该太阳能捕获表面的至少一部分上。
88.权利要求87的太阳能发电机，其中该至少一个辐射捕获结构包括多个辐射捕获结构。
89.权利要求88的太阳能发电机，其中该多个辐射捕获结构和该多个热电转换器元件适用于作为多个平板装置。
90.权利要求88的太阳能发电机，其中该多个辐射捕获结构和该多个热电转换器元件被容纳在相对于大气压的多个真空环境中。
91.权利要求87的太阳能发电机，其中该至少一个辐射捕获结构和该多个热电转换器元件的至少一部分被容纳在相对于大气压的真空环境中。
92.权利要求87的太阳能发电机，其中该多个太阳能收集器包括多个透镜结构。
93.权利要求87的太阳能发电机，其中该多个太阳能收集器包括多个复合的抛物面集中器。
94.权利要求87的太阳能发电机，其中该多个太阳能集中器被配置以形成多个槽。
95.权利要求94的太阳能发电机，其中该多个槽形成槽的三维布局。
96.权利要求94的太阳能发电机，其中该多个太阳能集中器包括两个反射表面，它们以彼此相对的一个角度布置，使得每一个反射表面反射太阳辐射到不同的槽中。
97.权利要求94的太阳能发电机，其中该多个热电转换器元件的至少一个的冷侧被热耦合到该多个反射结构的至少一个。
98.权利要求94的太阳能发电机，其中该至少一个辐射捕获结构和该多个热电转换器元件适用于作为多个平板装置，每一个平板装置位于该多个槽之一中。
99.权利要求87的太阳能发电机，其中该至少一个辐射捕获结构包括具有第一太阳能捕获表面的第一辐射捕获结构，和具有第二太阳能捕获表面的第二辐射捕获结构，该多个太阳能收集器的至少一个包括适用于引导太阳辐射到该第一太阳能捕获表面的第一部分，和适用于引导太阳辐射到该第二太阳能捕获表面的第二部分。
100.权利要求87的太阳能发电机，其中该发电机包括屏障结构以提供隔离环境，该至少一个辐射捕获结构、该多个热电转换器、和该多个太阳能收集器被封装在该隔离环境中。
101.一种太阳能发电机，包括：
辐射捕获结构，适用于当吸收太阳辐射时产生热，该辐射捕获结构包括太阳能捕获表面以便捕获太阳辐射并且在该辐射捕获结构中产生热；
至少一个热电转换器元件，其适用于热耦合到该辐射捕获结构，该热电转换器元件还适用于当暴露于来自该辐射捕获结构的热时产生电；和
太阳能收集发射器，其紧密耦合到该辐射捕获结构的该太阳能捕获表面，该太阳能发射器适用于收集并且集中入射太阳辐射到该辐射捕获结构的该太阳能捕获表面上。
102.权利要求101的太阳能发电机，其中该辐射捕获结构包括至少一个突出元件，所述至少一个突出元件适用于接收通过所述太阳能收集发射器引导的辐射的至少一部分，具有该至少一个突出元件的所述辐射捕获结构适用于捕获来自多个方向的太阳辐射。
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