CN103797663A - 用于变换集中的太阳能的装置 - Google Patents

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曼努埃尔·格拉斯特里拉
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Abstract

本发明保护一种用于变换集中的太阳能的装置，包括光伏电池(30)和激光器(20)，所述激光器包括：第一反射镜(5)，适用于太阳光线射束(8)的入射；以及第二反射镜(6)，适用于激光束(10)的出射；第一反射镜(5)对激光束(10)的出射波长是反射的、并且对于整个太阳光谱是透明的，第二反射镜(6)对激光束(10)的波长上是部分反射的，对吸收的太阳能光谱的区间是反射的、并且与激光束(10)的出射处的这些波长不同的其他波长中是透明的。所述装置具有芯区(1)和包层(2，3)，所述芯区掺杂有用于太阳光谱的全部或部分吸收的物质。

Description

用于变换集中的太阳能的装置
技术领域
本发明的目的是一种用于变换集中的太阳能的装置，配备一系列技术特性，所述技术特征设计用于确保提高效率并且减少太阳热装置(solar plant)中将太阳能转换为电力的总成本，优化了由太阳能谱实现的总体利用。
背景技术
捕获和集中太阳能是适当研究的课题，已经在现有技术中开发和应用了这种课题。太阳热装置当前面临的挑战包括：最大化集中器收集器的C/Cmax比率，其中C是集中度，并且Cmax是最大理论技术集中度；减小了由于所谓的余弦效应导致的几何损耗；减小了由于跟踪器之间的遮挡和阻碍的光学和热学损耗；并且将安装成本减小到使得这种技术与其他能量源相比具有竞争力的水平。
除了增加传热流体或反应器的典型工作温度以便获得太阳能燃料之外，将集中度最大化使得减小了装置的热损耗，减小了接收器装置(典型地是光热和光伏类型)的成本。
工业面对的另一个值得考虑的挑战是将太阳能变换为电力。在现有技术中采用两种主要方法来实现这一目的，即光伏和光热技术。
光伏技术正在不断发展，并且由于未来使用先进材料，具有能够在效率方面超过热电厂的足够改进潜力。然而光伏技术的缺点是不易管理，并且存在一定的波长范围，大于所述范围时光伏电池不能够将来自光子的所有能量转换为电功率，而小于所述范围时由光子转化的过多能量以热的形式损耗掉。
光热技术不具有光伏能量的缺点，然而存在其他问题。目前，存在用于改进与大规模电力市场的其他商用技术相比在成本和效率方面中等的塔形中央接收器装置的计划。然而，中央接收器装置在接收器中具有高的余弦效应(反射表面积的减小效应，引起入射束相对于表面的法线角形成特定的角度)溢流、通过透射和其他现象(当与光伏技术的潜力相比时效率不高)的损耗。在分布式发电方面或者在几十kW的视场，斯特灵盘(Stirlingdiscs)是有前途的但是仍然昂贵的发展方案。使得这种技术如此昂贵的问题之一是必须支持在集中器焦点中的繁重悬臂引擎的事实。
光热技术具有的优势是热惯性以及与杂化作用的可能性一起存储转换的能量的可能性。
可以使用光导传输集中的光来抵消光热装置的限制。在现有技术中已知光导允许数值孔径(光导接收光的角度范围)非常高，缺点在于使用不能够透射所有太阳光谱的材料来制造所述光导，导致了损耗，从而这种技术不是可行的。可以无损耗地导引的太阳光谱窗口范围从1250nm至超过1650nm的限值，在1550nm附近展现出0.2dB/km的损耗。
太阳能激光器在现有技术中也是已知的，所述太阳能激光器将太阳光的入射光谱部分地转换为激光束。这种类型的太阳能激光器包括以下部件：
-光学腔体，也称作谐振器或振荡器，包括两个反射镜，当在两个反射镜之间交替地反射光时，在所述发射镜之间捕获了激光；
-位于两个反射镜之间的掺杂激活介质，所述掺杂激活介质可以是固体、液体或气体，所述掺杂激活介质的功能是对一定波长范围和特定模式的光进行放大，使得光子在腔体内经历多次反射并且通过腔体；
-太阳光源，能够在激活介质中产生粒子数反转，也就是说能够确保在所述介质中存在处于激发态或者最高量子力学能量的更多原子的光，将使得较大部分的系统原子发光，这称作受激条件。
优选地，太阳能激光器的谐振器和激活介质两者都是柱形的，并且反射镜位于它们的端面处。使用CPC或化合物抛物型集中器，通过集中的太阳光来侧向地垂直照射太阳能激光器。腔体的第一反射镜适应于至在激光出射长度的区域及其周围具有高反射率。第二反射镜，也就是激光输出的第二反射镜部分地反射入射的激光、并且透射没有反射的部分，这种透射的光本身是产生器件的激光。按照这种方式，在谐振器中捕获了从一个反射镜向另一个反射镜移动的光子、并且通过激活介质进行放大。
如果放大高到足以克服损耗，即称作阈值条件的现象，则可以将单光子放大各种量级的幅度，从而产生了在谐振器内捕获的大量相干光子。如果光子在反射镜之间来回足够长的时间段，则激光器将实现持久的约束，并且恒定的功率将在反射镜之间循环。因此，太阳能激光器可以将入射的太阳能光谱的一部分转换为特定波长下的输出激光束。激活介质材料具有不必与其发射谱一致的吸收谱。
可以通过横向面或者纵向地(即通过端面之一)将太阳能泵浦到激光器，使得沿产生激光束的方向注入光。
PCT(光子晶体光纤)光导在现有技术中也是已知的，并且是一种基于光子晶体性质的光纤，并且它们通常具有不同折射率的芯区和包层，由于由两种介质之间的折射率差引起的基于光导的全内反射机制，使得光可以或者芯区和包层或者通过单模芯区或者在芯区与包层的界面内部，在光子晶体中传输相当长的距离。
发明内容
根据前述内容，作为本发明目的的用于变换集中的太阳能的装置包括：
●激活介质，用于全部或部分地吸收太阳能光谱并且用于形成激光束。优选地选择收集材料和掺杂物质的组合，使得激光器将吸收限定的太阳能光谱的一定区间，并且激光器发射同样限定为大于或小于入射范围的波长的激光。
●第一反射镜，适用于集中的入射光束的入射；以及第二反射镜，适用于激光束的出射。其中第一反射镜对激光束的出射波长是反射的，并且第二反射镜对激光束(10)的出射波长是部分反射的。
因此，激活介质位于定位为彼此面对的第一反射镜和第二反射镜之间。按照这种方式，在谐振器中捕获了激光束，所述激光束从一个反射镜移动到另一个反射镜并且通过激活介质进行放大。激光的一部分从出射反射镜从基于其对激光束的输出波长的透射率允许逃逸的激光器发射。谐振器允许的波长的光子将开始通过两个反射镜进行反射和放大的过程，通过激活介质，并且如前所述在器件的出射处产生激光束。
本发明的目的是特征在于：所述激光器附加地包括与激光器串联的光伏电池，具有第一反射镜，也就是说入射镜，对于太阳能光谱的所有波长透明；以及第二反射镜或者出射镜，对激活介质的吸收波长的间隔是反射的、并且对其他不同的波长和激光束出射波长是透明的，并且其中所述激光器包括：
●掺杂的芯区作为激活介质。优选地，选择收集材料-施主物质的组合，使得激光在限定的太阳能谱的区间进行吸收，并且发射相对于激光束纵向位置的激光束。
●第一包层，所述第一包层的折射率小于芯区折射率，使得所产生的激光束在第一包层与芯区的界面内单模传输。
●第二包层，第二包层的折射率小于第一包层的折射率，使得集中的入射太阳波束通过全内反射机制在第一、第二包层的界面内传输。
按照这种方式，太阳能变换装置可以向PCF光纤馈送，使得在激光器不能吸收所有太阳光谱的情况下，由于在包层之间的界面中的全内反射将未吸收的部分传输至PCT光纤，其中所述未吸收部分将继续通过相同的内反射现象来传输。PCF光纤将具有与激光器类似的数值孔径和相同的入射口几何形状。
按照这种方式，多模的集中太阳辐射能够通过光伏电池，所述光伏电池在光伏电池的高效率窗口内吸收太阳光谱的一部分，产生电能。多模的集中太阳辐射也通过上述激光器，在一个或几个步骤中将入射光谱的一部分单模地变换至光导透射窗口，最后，多模的集中太阳光中还没有被光伏电池吸收或者还没有被激光束变换的所有部分可以通过全内反射通过光导。光伏电池产生的电能可以用于承担自己的与激光器和/或光导的冷却相关联的功耗，或者在过量产生的情况下可以将光导插入到网络中。
因此，利用上述配置获得了以下优势：
●将集中的太阳光的太阳光谱的一部分变换为具有能够进入光子晶体光纤光导的透射窗口的频率的相干光，因此使得能够长距离无损耗地通过相同的光子晶体光纤光导传输至能够基于太阳能量产生电力的装置。
●将集中的太阳光谱的一部分变换为具有进入光伏电池的高效率窗口的频率的相干光；以及
●允许未变换的太阳光谱的其余部分通过光导、并且全内反射在整个光导内传输。
按照这种方式，作为本发明目的的装置实现了整个太阳光谱的有效率使用，产生比当前太阳能工厂更高的效率，并且成本低，同时通过太阳光谱的一部分或全部的变换来获得可管理的能量。
附图说明
为了完成这种描述并且确保对于本发明特征的进一步理解，根据本发明实际实施例的优选示例，包括了一组附图，所述附图说明了作为非排除性示例的本发明，并且附图表示以下内容：
图1示出了根据本发明实施例示例的用于变换太阳能的装置的纵向图。
图2示出了与图1相对应的激光器的实施例示例的截面图。
图3A示出了芯区的实施例的第一示例的纵向图。
图3B示出了芯区的实施例的第二示例的纵向图。
图3C示出了芯区的实施例的第三示例的纵向图。
图4示出了根据与图1相对应的实施例示例的用于变换太阳能的装置的实施例的第二示例的纵向视图，所述装置包括多个激光器。
具体实施方式
图1示出了作为本发明目的的用于变换太阳能的装置的实施例示例。所述装置包括：光伏电池(30)，被供应集中的入射光束(8)；在光伏电池(30)之后与其串联的激光器(20)，包括第一反射镜(5)和第二反射镜(6)。激光器(20)包括：掺杂芯区(1)，所述掺杂芯区是激活介质；第一包层(2)，所述第一包层的折射率与芯区(1)的折射率不同，具体地比芯区折射率低。激光器还包括第二包层(3)，使得芯区(1)具有双包层(2，3)。
优选地，所述芯区(1)掺杂有稀土元素和过渡金属。
激光器(20)供应PCF光纤(9)。激光器也配置有位于第一包层(2)和第二包层(3)之间的水管(7)，用于冷却激光器(20)。
通过端面泵浦激光器(20)，在允许将各种太阳能收集和集中装置和/或光伏电池(30)相连的太阳能应用，从而确保非常高质量的激光束(10)。
优选地，激光器(20)的长度应该足够大，以确保通过芯区(1)完全吸收所选择的太阳光泵浦光谱，在一个回程中最大。另外，激光装置(20)的设计趋势是将谐振器的直径和芯区(1)的柱形条最大化。
第一包层(2)配置有非圆形截面，以便增加在第一包层(2)与第二包层(3)的界面处反射的射线通过掺杂芯区(1)的次数。也可以对第一包层(2)进行掺杂。
在附图所示的实施例的示例中，第二包层(3)包括纵向管路(4)，空气可以通过所述纵向管路流通，以便冷却激光器(20)。第二包层也具有柱形截面。
更具体地，第一包层(2)的折射率是接近芯区(1)的折射率，例如所述折射率是1.6，而第二包层(3)具有接近1.2的折射率，也就是说小于芯区(1)的折射率。按照这种方式，按照多模方式集中的太阳射线可以通过全内反射在第一包层与第二包层的界面(2，3)内传播。
图1和图4示出了位于激光器(20)前面的光伏电池(30)。另外，光伏电池(30)产生电能，所述电能向激光器(20)供电以便承担其功耗并且甚至可能承担其他类型的功耗，如前所述。
图3示出了掺杂芯区(1)的实施例的各种示例，其中芯区(1)是部分掺杂的，从而避免了由于不同的热塑性张力导致的任何裂缝。
图3A示出了激光器芯区(1)，所述激光器芯区包括中心掺杂部分(12)和非掺杂末端部分(11)，从而减小了最大温度、热裂解的趋势和热应力。
图3B示出了芯区(1)，包括具有不同掺杂系数(13，14，15，16)的各种纵向部分，从而使能维持更加均匀的温度。
图3C示出了芯区(1)，所述芯区包括第一非掺杂部分(18)、接着是第二掺杂部分(17)。
图4示出了实施例的第二示例，其中在串联的各个激光器(20)的几个级中实现了从太阳光谱变换为光导(9)的透射窗口内的频率。
最后一个实施例使得能够从太阳光谱的波长范围通过各个级中的激光束的优选长度，从而针对串联的激光器(20)的不同芯区(1)使用掺杂-源材料的不同组合，例如Nd：YAG类型的激光器(20)，所述Nd：YAG型激光器在780和900nm之间吸收，使得可以通过1064nm；接着是从900nm至1000nm吸收的Yb：YAG型的激光器(20)，从而通过1030nm的波长；接着是也串联的Cr4+：MgSiO4型激光器(20)，允许通过1100nm至1370nm的波长。激光器(20)未吸收的其余波长通过全内反射传播，如前所述。
除了前述内容之外，另一种配置是可能的，所述另一种配置在中间合并了各种光伏电池(30)，并且在高波长和低波长都进行转换，以便调制传递至光伏电池(30)和光导(9)的范围。

Claims (15)

1.一种用于变换集中的太阳能的装置，包括激光器(20)，所述激光器进而包括：
●激活介质，用于全部或部分地吸收太阳能光谱并且用于形成激光束(10)；
●第一反射镜(5)，适用于集中的入射光束(8)的入射；以及
●第二反射镜(6)，适用于激光束(10)的出射；
●其中第一反射镜(5)对激光束(10)的出射波长是反射的，并且第二反射镜(6)对激光束(10)的出射波长是部分反射的；
●激活介质位于定位为彼此面对布置的第一反射镜(5)和第二反射镜(6)之间，
其特征在于：所述激光器附加地包括与激光器(20)串联的光伏电池(30)，其中第一反射镜(5)，对于太阳能光谱的所有波长透明；第二反射镜(6)对激活介质的吸收波长的间隔是反射的、并且对与激光束(10)出射处的波长不同的波长是透明的，并且其中所述激光器(20)包括：
●掺杂芯区(1)，作为激活介质，所述掺杂芯区的物质能够完全或者部分地吸收太阳光谱并且产生激光束(10)，并且相对于激光器(20)纵向定位，
●芯区(1)的第一包层(2)，折射率小于芯区(1)的折射率，使得所产生的激光束(10)在芯区(1)与第一包层(2)的界面内单模传输，
●第二包层(3)，折射率小于第一包层(2)的折射率，使得集中的入射光束(8)通过全内反射机制在第一包层(2)与第二包层(3)的界面内传输。
2.根据权利要求1所述的用于变换集中的太阳能的装置，其特征在于所述第一包层(2)的截面不是圆形的。
3.根据权利要求2所述的用于变换集中的太阳能的装置，其特征在于所述第一包层(2)的截面是不对称的。
4.根据权利要求1所述的用于变换集中的太阳能的装置，其特征在于所述第二包层(3)包括用于空气流通的纵向管路(4)。
5.根据权利要求1所述的用于变换集中的太阳能的装置，其特征在于所述第二包层(3)包括圆形截面。
6.根据权利要求1所述的用于变换集中的太阳能的装置，其特征在于所述第一包层(2)经掺杂的。
7.根据权利要求1所述的用于变换集中的太阳能的装置，其特征在于所述激光器(20)的芯区(1)包括纵向掺杂中心部分(12)和非掺杂纵向端部(11)。
8.根据权利要求1所述的用于变换集中的太阳能的装置，其特征在于所述激光器(20)的芯区(1)包括具有不同掺杂的不同纵向部分(13，14，15，16)。
9.根据权利要求1所述的用于变换集中的太阳能的装置，其特征在于所述激光器(20)的芯区(1)包括第一非掺杂纵向部分(18)、接着是第二纵向掺杂部分(17)。
10.根据权利要求1所述的用于变换集中的太阳能的装置，其特征在于所述光伏电池(30)位于所述激光器(20)的前面。
11.根据任一前述权利要求所述的用于变换集中的太阳能的装置，其特征在于所述光伏电池(30)产生电功率，所述电功率向所述激光器(20)供电以承担其功耗。
12.根据任一前述权利要求所述的用于变换集中的太阳能的装置，其特征在于所述装置包括串联布置的至少两个光伏电池(30)。
13.根据任一前述权利要求所述的用于变换集中的太阳能的装置，其特征在于所述装置包括定位为与芯区(1)串联的至少两个激光器(20)，所述芯区(1)具有吸收与太阳光谱不同波长的能力。
14.根据权利要求13所述的用于变换集中的太阳能的装置，其特征在于所述光伏电池(30)定位于所述激光器(20)的前面。
15.根据权利要求13所述的用于变换集中的太阳能的装置，其特征在于所述装置包括依次串联的具有Nd：YAG芯区(1)的激光器(20)、具有Yb：YAG芯区(1)的激光器(20)和具有Cr4+：MgSiO4芯区(1)的激光器(20)。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105099358B (zh) * 2015-07-28 2018-06-05 深圳扑浪创新科技有限公司 一种量子点掺杂型太阳能荧光聚光发电系统的制造方法
US11038073B2 (en) * 2018-07-02 2021-06-15 Suk Man BAE Solar power generation unit and system
US11604323B2 (en) 2020-05-21 2023-03-14 Saudi Arabian Oil Company Methods to harvest electromagnetic energy during subsurface high power laser transmission

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2236499T3 (es) * 2001-01-23 2005-07-16 The University Court Of The University Of Glasgow Mejoras relacionadas con dispositivo laser de semiconductor.
CN201018430Y (zh) * 2007-03-21 2008-02-06 万志强 太阳能聚光激光发电装置
JP2008103389A (ja) * 2006-10-17 2008-05-01 Kawasaki Heavy Ind Ltd アクティブミラー構造体

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2414209A1 (de) * 1974-03-25 1975-10-09 Max Planck Gesellschaft Laseranordnung fuer hochdotierte optische verstaerkerelemente, insbesondere aus ultraphosphatbasis
US4281294A (en) * 1979-04-16 1981-07-28 Volkin Howard C Direct solar pumped laser
US5285465A (en) 1991-05-31 1994-02-08 Alcatel, N.V. Optically controllable semiconductor laser
US5428634A (en) * 1992-11-05 1995-06-27 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Visible light emitting vertical cavity surface emitting lasers
JP2005039162A (ja) * 2003-07-18 2005-02-10 Etsuo Fujiwara レーザーパワー給電装置
WO2006100941A1 (ja) * 2005-03-18 2006-09-28 Tokyo Institute Of Technology 太陽光励起レーザおよび太陽光励起レーザの冷却方式
US20080158864A1 (en) 2006-12-28 2008-07-03 Higher Way Electronic Co., Ltd. Monolithic photo-chip with solar device and light-emitting device and manufacturing method thereof
CN101237196A (zh) 2007-10-10 2008-08-06 万志强 太阳能聚光激光发电装置
JP2011023377A (ja) * 2008-04-17 2011-02-03 Takashi Yabe 太陽光励起のレーザー発振装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2236499T3 (es) * 2001-01-23 2005-07-16 The University Court Of The University Of Glasgow Mejoras relacionadas con dispositivo laser de semiconductor.
JP2008103389A (ja) * 2006-10-17 2008-05-01 Kawasaki Heavy Ind Ltd アクティブミラー構造体
CN201018430Y (zh) * 2007-03-21 2008-02-06 万志强 太阳能聚光激光发电装置

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