CN112956128A - 通过吹扫气体防止沉积 - Google Patents

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Abstract

公开了储能系统。所述系统可以将能量作为热储存在高温液体中，并且当通过导管阵列输送高温液体时，可以通过经由一个或更多个光伏器件吸收从高温液体发射的辐射来将热转换成电。本文所描述的一些方面涉及减少来自导管的升华的材料沉积到光伏器件上。

Description

通过吹扫气体防止沉积
相关申请的交叉引用
本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求2018年10月3日提交的题为DEPOSITIONPREVENTION BY SWEEP GAS的美国临时申请序列号62/740,664的权益，其公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
公开的实施方案涉及储能系统，并且更具体地，涉及被配置成将热储存在高温液体中的储能系统。
背景技术
储能系统被用于储存由各种能源例如可再生能源(例如，太阳能、水电、风能、和/或地热能源)和/或其他能源(例如，化石燃料、天然气、核能、煤等)产生的能量。在一些应用中，储能系统被用于电网规模储存以帮助平衡能量供应与需求之间的差异。例如，一些可再生能源可以在低能量需求时期期间产生能量，并且可以将过量的能量储存直到需求增加，此时可以供应所储存的能量以满足增加的需求。用于储能的各种方法包括抽水水电储能、压缩空气储能和一个或更多个电池中的电化学储能。
发明内容
在一个实施方案中，储能系统包括：被构造并布置成输送液体的导管、光伏器件、导管与光伏器件之间的间隙、被构造并布置成将吹扫气体引导到间隙中的气体入口、以及被构造并布置成将吹扫气体引导出间隙的气体出口。吹扫气体从入口到出口的流动经过导管与光伏器件之间的间隙。
在另一个实施方案中，一种方法包括：通过定位在间隙的与光伏器件相对的第一侧上的导管输送液体，以及使吹扫气体流过导管与光伏器件之间的间隙。
在又一个实施方案中，储能系统包括：导管阵列，所述导管阵列被构造并布置成将液体从阵列的第一端输送至阵列的第二端；多个光伏器件；和形成在导管阵列中的多个间隙。每个间隙包括在导管阵列的至少一端处的开口，并且每个间隙被构造并布置成容纳多个光伏器件中的至少一者。多个光伏器件可选择性地移入和移出多个间隙。
应理解，上述构思和以下讨论的另外的构思可以以任何合适的组合布置，因为本公开在该方面没有限制。此外，当结合附图考虑时，本公开的其他优点和新特征将通过多个非限制性实施方案的以下详细描述而变得明显。
在本说明书和通过引用并入的文献包括矛盾和/或不一致的公开内容的情况下，应当以本说明书为准。如果通过引用并入的两个或更多个文献相对于彼此包括矛盾和/或不一致的公开内容，则应当以生效日期较晚的文献为准。
附图说明
附图不旨在按比例绘制。在附图中，各个图中示出的每个相同或几乎相同的组件可以由类似的附图标记表示。为了清楚起见，并非在每个附图中都标明每个组件。在附图中：
图1是根据一些实施方案的能量储存和转换系统的示意图；
图2是根据一些实施方案的能量转换系统的透视图；
图3是图2的能量转换系统的一部分的透视图；
图4是根据一些实施方案的能量转换系统的一部分的示意性截面图；
图4A描绘了图4的能量转换系统沿线4A-4A的一部分；
图5是根据一些实施方案的包括吹扫气体系统的能量转换系统的一部分的示意性截面图；
图6是根据一些实施方案的包括多个中间层的能量转换系统的一部分的示意性截面图；以及
图7是根据一些实施方案的光伏器件的示意性截面图。
具体实施方式
本文所描述的方面涉及储能系统，例如电网规模储能。本发明人已经意识到，虽然与从许多可再生能源(例如，太阳能和风能)产生能量相关的成本接近与常规能源(例如，化石燃料)相关的成本，但在许多情况下，当需要可再生能量时，其不可获得。例如，太阳能和风能的产生取决于天气条件。在另一些情况下，在低能量需求时产生能量(包括从不可再生能源)的成本可能较低。因此，本发明人已经意识到与储能系统相关的许多益处，所述储能系统可以储存能量(例如由一种或更多种可再生能源产生的能量和/或在低成本时期期间产生的能量)并在稍后的期望时间(例如在能源需求增加时)释放该能量。以这种方式，本文描述的储能系统可以提供由各种能源产生的能量的可分配性。虽然已经开发了一些系统来提供这样的电网规模储能，例如抽水水电系统和电化学系统，但本发明人已经认识并意识到与这些方法相关的许多缺点。例如，抽水水电储能系统受地理限制，以及电化学系统通常昂贵且效率低。
鉴于上述，本发明人已经认识并意识到与被配置成将能量储存为热的储能系统相关的许多益处。特别地，储热可以基本上比电化学系统中的储电更便宜，并且不像抽水水电系统那样在地理上受限。此外，在一些情况下，例如，基于每单位所储存能量的成本和/或每单位所储存电力的成本，本文所述的系统可以允许与现有系统相比更便宜的电储存。
在一些实施方案中，本文所描述的储能系统可以将热储存在高温液体，例如液态硅、液态铁、液态氧化铝、液态二氧化硅、液态硅铁、液态硼、液态金属氧化物(例如铁氧化物)、液态盐、油或其他合适的液态材料中。可以使用来自一种或更多种能源(包括可再生能源和/或不可再生能源)的能量将液体加热至第一高温，并且可以将液体储存在被配置成将液体保持在第一温度的第一储液罐中。在一些应用中，第一储液罐可以被构造并布置成为其中容纳的液体提供低的表面积与体积比，这在将液体储存在第一储液罐中的同时可以帮助减少来自液体的热损失。
能量可以经由一个或更多个光伏器件从高温液体中回收。特别地，高温液体可以通过一系列导管，例如管道、管、通道或其他构造来输送。由于本公开没有非常限制，因此从液体到导管的热传递可以将导管加热至适当的温度以使导管发射具有任何合适范围的波长(包括但不限于可见光(400nm至700nm)、红外辐射(700nm至1mm)和/或任何其他合适范围的波长)的电磁辐射。特别地，可以将导管加热至足以产生显著的从导管辐射的能量通量的温度。例如，在一些实施方案中，从导管辐射的能量通量可以为约5 10kW/m2至约10kW/m2，这可以对应于根据特定的系统尺寸从系统回收的千瓦或兆瓦功率。在一些情况下，这些能量通量可以对应于被加热至约1400℃至约2600℃、2000℃至约2600℃的温度或另外合适范围的温度的导管。
从导管发射的辐射可以被一个或更多个光伏器件吸收以将辐射转换成电。以这种方式，系统可以将以热的形式储存在液体中的能量转换成电。在一些实施方案中，一个或更多个光伏器件可以包括多结光伏器件，所述多结光伏器件可以提供更宽范围波长的辐射的吸收，从而改善从液体中的热到电的转换的效率。例如，在一些实施方案的储能系统中可以包括多结光伏器件。
在一些实施方案中，通过导管输送的高温液体可以处于约1400℃至约2600℃的温度(例如，对于利用液态硅的系统为约2400℃)。为了适应这些高温，导管可以由熔融温度高于其中容纳的高温液体的温度的合适的高熔点材料形成。合适类型的材料可以包括但不限于石墨，钨，碳化硅，氮化硅，氮化铝，碳化锆，其他难熔碳化物、氮化物、硼化物和/或氧化物。然而，本发明人已经认识并意识到，在这些高温下，许多材料(包括碳)的蒸气压与该材料在室温下的蒸气压相比可能相对较高。这些升高的蒸气压可能导致在高温工作期间导管材料的不期望的升华或蒸发以及先前储存的能量的重俘获。升华的材料随后可以沉积到较低温度的任何暴露的表面上。这可以包括材料的升华和沉积到系统的光伏器件上，这可能阻止随后光伏器件对辐射的吸收并降低光伏器件的性能。实际上，本发明人已经意识到，即使非常薄的材料层(例如，薄至几个原子层)沉积到光伏器件上，也可能使光伏器件的性能急剧降低。因此，本文所描述的一些方面涉及减少经升华的升华材料沉积到光伏器件上，这可以提供改善的系统效率、降低的系统维护要求(例如，用于光伏器件的清洗或更换)、和/或更长的系统寿命。例如，在一些情况下，本文所描述的实施方案可以提供预期寿命为30年或更长的系统。
在一些实施方案中，一个或更多个导管可以通过中间层而与相应的光伏器件分开，并且当中间层和导管二者都处于其升高的工作温度(例如，约导管中容纳的高温液体的温度)时，中间层可以由蒸气压低于导管材料的材料形成。以这种方式，中间层可以减小系统内可能与光伏器件相互作用的材料的蒸气压，这可以导致显著减少的升华。中间层可以形成为膜、一个或更多个管、一个或更多个室、壁、箔结构、设置在一个或更多个导管上的涂层、前述结构中的一者或更多者的组合、和/或任何其他结构，所述中间层在导管与光伏器件之间提供屏障以减小邻近光伏器件的蒸气压并相应地减少升华的材料沉积到光伏器件上。
根据一些方面，输送高温液体的一个或更多个导管与一个或更多个光伏器件之间的中间层可以充当扩散屏障，所述扩散屏障物理阻挡来自导管的升华的原子向光伏器件扩散并沉积到光伏器件上。例如，在一个实施方案中，一个或更多个导管可以由石墨形成，以及中间层可以由钨形成，并且钨中间层可以阻挡升华的碳原子向光伏器件的扩散，从而减少或基本上防止材料到光伏器件上的不期望的沉积。另外地，由于在这些温度下与导管材料相比具有降低的蒸气压的钨或其他中间层，与屏障与导管之间的气体空间相比，屏障与光伏器件之间的气体空间将表现出升华的材料的降低的局部压力。当然，虽然以上提到了特定的材料，但是可以适用于中间层的其他材料可以包括但不限于铼，钽，和/或钨、铼和/或钽的合金，以及蒸气压小于通过其容纳高温液体的相应导管的材料的相应蒸气压的任何其他合适材料(例如，碳化物、氮化物、硼化物和/或氧化物)。
除了提供临近光伏器件的升华的材料的较低的蒸气压之外，中间层还可以形成被配置成向光伏器件辐射能量(例如，可见光和/或红外辐射)的发射表面。例如，中间层可以被定位成邻近运送高温液体的一个或更多个导管，并且来自导管的热可以被传递至中间层(例如，经由传导、对流和/或辐射加热)。如上所述，在加热时，中间层可以向光伏器件辐射所吸收的能量，光伏器件随后可以吸收辐射并将其转换成电。
根据一些方面，可以通过在原子能够沉积到一个或更多个光伏器件上之前从系统中除去升华的原子来减少或避免系统的来自一个或更多个导管的升华的材料到一个或更多个光伏器件上的不期望的沉积。在一些实施方案中，升华的材料的这种除去可以通过使吹扫气体在一个或更多个导管与一个或更多个光伏器件之间的间隙内流动来实现。吹扫气体可以在一个或更多个导管与一个或更多个光伏器件之间形成移动的气幕，所述移动的气幕夹带升华的原子并在升华的原子能够沉积到光伏器件上之前使升华的原子远离光伏器件移动。根据特定实施方案，吹扫气体可以包含任何合适的非反应性气体。例如，吹扫气体可以包含一种或更多种惰性气体，例如氩气、氪气、和/或氙气、和/或非反应性气体的组合。在一些应用中，与包含较轻气体的吹扫气体相比，可以优选包含具有较大截面的原子和/或分子的较重气体来提供改善的升华的原子的夹带和相应减少的升华的原子的沉积。然而，应理解，本公开不限于包含具体公开的气体以及重原子和/或分子的吹扫气体。
在一些实施方案中，吹扫气体可以通过气体入口流入一个或更多个导管与一个或更多个光伏器件之间的间隙中，以及吹扫气体可以通过与气体入口间隔开的气体出口流出间隙。此外，根据实施方案，系统可以包括围绕和/或沿系统的长度间隔的多个入口和多个出口。在任一种情况下，当流出气体入口时，吹扫气体可以向气体出口夹带并运送升华的气体原子，在所述气体出口处可以将夹带的升华气体从间隙中除去使得升华的原子无法到达光伏器件。在一些情况下，可以将吹扫气体再循环使得其可以多次流入和流出间隙。在这样的实施方案中，吹扫气体可以在通过气体出口离开间隙之后经过过滤器，并且过滤器可以被配置成在吹扫气体被引导回至气体入口之前将升华的气体原子从吹扫气体中除去。
根据一些方面，可以控制吹扫气体在系统的一个或更多个导管与一个或更多个光伏器件之间的间隙内的速度以减少和/或避免升华的气体原子沉积到光伏器件上。例如，在一些实施方案中，可以将吹扫气体的速度(v吹扫)控制为大于任何升华的气体原子在间隙内的漂移速度(v漂移)。在某些实施方案中，吹扫气体的速度可以基于特定系统的几何形状来控制。例如，系统可以包括一对或更多对气体入口和气体出口，并且每个气体出口可以与相应的气体入口间隔距离L。此外，导管与光伏器件之间的间隙可以具有宽度w，其可以对应于升华的原子必须行进以沉积到光伏器件上的最小距离。在一些这样的实施方案中，可以控制吹扫气体的速度使得L/v吹扫<w/v漂移(即，吹扫气体从气体入口行进到气体出口的时间小于升华的原子扩散穿过间隙的时间)。根据特定实施方案，吹扫气体的合适速度可以为约0.01m/秒至约10m/秒(例如，约0.5m/秒至约3m/秒)。例如，这样的吹扫气体速度可以与系统的间隙宽度为约1mm至约1m结合使用。然而，应理解，可以使用其他吹扫气体速度和间隙间隔，因为本公开在这方面没有限制。
根据特定实施方案，气体的漂移速度可以以任何合适的方式来确定以选择吹扫气体的合适速度。在一些情况下，气体的漂移速度(例如，在零速度环境中)可以基于气体的平均温度来确定。在一些情况下，如本领域普通技术人员将理解的，漂移速度可以对应于气体的可以根据统计力学的经典原理确定的热速度。例如，在温度T下具有质量m的气体原子或分子的漂移速度可以由最可能的速度v＝(2kBT/m)1/2、均方根速度v＝(3kBT/m)1/2和/或对应于气体原子或分子速度的平均值的速度v＝(8kBT/πm)1/2来限定，其中kB＝1.38×10-23J/K是玻尔兹曼常数。在一些实施方案中，可以选择吹扫气体的速度和间隙尺寸使得吹扫气体离开系统的时间短于使用这些热速度值中的一者或更多者的升华的原子扩散穿过间隙的预期时间。
在一些实施方案中，吹扫气体可以充当导管与光伏器件之间的热屏障以帮助避免从导管到光伏器件的非辐射热传递，这可以减少光伏器件的可能以其他方式损坏光伏器件的加热。值得注意的是，本发明人已经意识到，由于大多数在系统的工作温度(例如，约2400℃)下的热传递经由辐射热传递而发生，因此这种由于吹扫气体引起的光伏器件的非辐射加热的减少可能不能显著影响系统的效率。特别地，由于与随温度成线性变化的传导和对流相比，辐射热传递的速率与温度的四次方成比例变化，因此高于特定的升高温度，辐射热传递可能占优势。
在一些实施方案中，可以将用于输送高温液体的多个导管布置成包括一个或多个间隙的阵列，所述间隙被构造并布置成容纳一个或更多个光伏器件，并且一个或更多个光伏器件可以移入和移出间隙。例如，当期望能量产生时，可以将一个或更多个光伏器件移动和/或致动到导管阵列中的相应间隙中，并且可以通过导管输送高温液体以经由从导管发射并被光伏器件吸收的辐射来产生电，如上所述。在一些实施方案中，间隙可以被配置为形成在导管阵列中的延伸通道，并且光伏器件可以形成为可插入空腔中的延伸杆。本发明人已经意识到，当不期望电产生时，包括可移动光伏器件的这种配置可以有利于避免光伏器件不必要地暴露于升高的温度和/或可能沉积到光伏器件上的升华的原子。此外，在一些应用中，包括可移动光伏器件的系统可以在不使整个系统离线的情况下提供一个或更多个光伏器件的简单维护、维修和/或更换。
此外，本发明人已经认识并意识到，在一些情况下，能量转换系统中的一个或更多个光伏器件可能不能吸收可以从系统的一个或更多个导管发射的所有电磁辐射，并且这样的未被吸收的辐射可能导致系统效率的不期望的损失和/或光伏器件的加热。因此，本发明人已经意识到与包括一个或更多个反射层的系统相关的许多优点，所述一个或更多个反射层被构造并布置成将未被光伏器件吸收的辐射的至少一部分反射回导管(例如，导管与光伏器件之间的间隙)。例如，在一些实施方案中，反射层可以设置在能量转换系统中的一个或更多个光伏器件后面，并且光伏器件可以定位在反射层和光伏器件与运送高温液体的导管之间的间隙之间。反射层可以被配置成将未被光伏器件吸收的辐射反射回间隙使得辐射随后可以被光伏器件吸收或者被系统内的导管或其他合适的构件吸收以避免可以降低系统效率的热损失。例如，如果经反射的辐射被导管吸收，则其可以帮助将导管保持在较高的温度使得导管可以继续发射随后可以被光伏器件吸收的额外的辐射。在一些实施方案中，反射层可以被配置成使得其反射光谱与来自导管(或其他合适的发射构件)的发射光谱基本重叠。
转向附图，进一步详细地描述具体的非限制性实施方案。应理解，关于这些实施方案所描述的各种系统、组件、特征和方法可以单独使用和/或以任何期望的组合使用，因为本公开不限于仅本文中描述的具体实施方案。
图1是一个实施方案的储能系统100的示意图。如上所述，所述系统包括第一储液罐102，所述第一储液罐102被构造并布置成容纳约2400℃的温度或其他合适温度的高温液体104(例如液态硅)。第一储液罐102经由管道122流体耦接至能量转换系统106，所述管道122可以包括用于输送高温液体104的任何合适的结构。能量转换系统106包括高温液体通过其流动的一个或更多个导管，以及在一些实施方案中包括高温液体通过其流动的导管阵列108。当液体流过阵列时，导管被加热并发射辐射。然后所发射的辐射被一个或更多个光伏器件110吸收以将辐射转换成电，所述电可以被输送至外部系统124。
在一些应用中，可以将高温液体104保持在第一储液罐102中直到期望能量回收，此时可以将高温液体输送至能量转换系统106。在一些实施方案中，可以将第一储液罐配置成容纳大量高温液体104，这可以有利地提供第一储液罐的小的表面积与体积比。如上所述，在将液体储存在第一储存罐中的同时，这样的配置可以帮助避免热损失。在一个示例性实施方案中，第一储液罐102可以具有约1m至约100m的直径或其他横向尺寸，以及约1m至约100m的高度。在一些实施方案中，表面积与体积比可以为约1.2m-1至约0.15m-1。在又一些实施方案中，可以选择罐的尺寸和合适的绝热材料使得每天少于1％的储存在高温液体中的能量损失为热。
在离开能量转换系统106的阵列108之后，液体(由于阵列108内的辐射发射而现在处于较低的温度)流入泵112中，所述泵112将较低温度液体114泵送到第二储液罐116中。例如，在其中高温液体为约2400℃的温度的液态硅的一个实施方案中，可以将液态硅在约1900℃的温度下储存在第二储液罐中。在一些应用中，泵112还可以用于控制高温液体104从第一储液罐102到能量转换系统106的流动。在一些实施方案中，泵112可以被配置成使液体从第一储液罐102移动到能量转换系统106的导管阵列108的第一端中，使液体从导管阵列的第二端移动到第二储液罐116中；以及使液体从第二储液罐移动通过加热器118，并进入第一储液罐102中。可以适合于在整个系统100中泵送液体的示例性泵描述于美国专利申请公开第2018/0045197号中，其通过引用整体并入本文。
当从外部能源120(其可以为任何合适的可再生能源或不可再生能源)向系统提供能量时，可以将较低温液体114泵送通过加热器118。加热器可以使用来自外部能源120的能量以使用任何合适的加热方法(例如，感应加热、电阻加热等)加热液体，并将液体的温度升高至高温液体104的温度。在加热之后，可以将高温液体泵送到第一储液罐102中，在所述第一储液罐102中可以保持该液体直到在期望时将该液体泵送通过系统以回收电。
图2示出了一个实施方案的包括导管阵列202的能量转换系统200的透视图，高温液体可以通过所述导管阵列202从阵列的第一端204流至阵列的第二端206。阵列202包括多个间隙208，并且每个间隙被构造并布置成容纳光伏器件210。间隙208可以形成为这样的开放通道：其从阵列的第一端204向阵列的第二端206延伸，并且在一些实施方案中完全延伸通过阵列的第二端206。在任一种情况下，每个间隙都包括至少一端，所述至少一端可以向阵列的外部敞开以容纳一个或更多个相应的光伏器件。光伏器件210可以形成为延伸的杆使得光伏器件可以沿每个间隙的至少一部分延伸，并且在一些实施方案中沿每个间隙的基本上整个长度延伸。在一些实施方案中，能量转换系统200可以包括壳体212，并且壳体可以包括与间隙208对准的开口214，以允许将光伏器件插入导管阵列202中和从导管阵列202中移除。
现在参照图3，更详细地描述图2的能量转换系统200的一些方面。特别地，图3是导管阵列202的一部分的透视图，其示出了被布置成限定其中可以容纳光伏器件210的间隙208的多个单独导管203。如箭头216所示，光伏器件可以选择性地插入间隙208中或从间隙208中移除。特别地，光伏器件202可以沿与导管203平行的方向延伸，并且可以使光伏器件沿该方向移动以选择性地使光伏器件移入或移出间隙208。在一些情况下，光伏器件可以部分地容纳在间隙中使得光伏器件的一部分保留在间隙208的外部。此外，虽然所描绘的实施方案包括可移入和移出间隙的光伏器件，但应理解，其他配置可以是合适的，例如其中导管阵列相对于一个或更多个固定的光伏器件可移动以在期望能量回收时将光伏器件选择性地定位在导管阵列的间隙中的配置。如上所述，其中光伏器件相对于导管可选择性移动的这样的布置可以有利于避免在系统不回收先前储存的能量时光伏器件不必要地暴露于间隙208内部的高温条件，和/或用于光伏器件的维修、维护、和/或更换。
虽然在以上实施方案中将光伏器件210描绘为具有矩形截面的棱柱杆结构，但应理解，其他配置可以是合适的。例如，其他截面几何形状例如圆形、三角形或其他多边形几何形状可以是合适的。替代地或另外地，光伏器件210可以包括平面或板状结构、分层结构，和/或可以包括通过光伏器件的长度的至少一部分形成的一个或更多个通道。因此，应理解，本公开不限于任何特定形状或几何形状的光伏器件和/或相应的导管阵列。此外，虽然图2至3中所示的实施方案包括可从导管阵列202移除的光伏器件210，但还设想了其他配置，包括其中一个或更多个光伏器件被永久地安装在阵列中的配置。
图4是一个实施方案的能量转换系统400的截面俯视图，所述能量转换系统400包括高温液体可以通过其流动的导管404的阵列402，如上所述。与上述实施方案相似，导管404被布置成限定间隙406，在所述间隙406中可以永久地和/或选择性地容纳光伏器件408。
在所描绘的实施方案中，在形成每个间隙406的导管404与定位在相应间隙中的相应光伏器件之间设置中间层410以将光伏器件与导管隔离。如上所述，中间层可以帮助降低间隙406内的升华的材料的蒸气压。中间层410还可以帮助减少和/或避免来自导管404的升华的材料扩散穿过间隙406并扩散到光伏器件408上的扩散。例如，系统内的一个或更多个中间层可以充当物理屏障以减少或防止扩散到间隙406中。如所示，在一些实施方案中，多个中间层410可以被布置成使得导管404定位在中间层的相对部分之间以形成整体阵列结构。以这种方式，中间层410可以至少部分地包围导管404，这可以帮助容纳升华的材料并避免升华的材料沉积到光伏器件408上。
图4中描绘的实施方案还包括定位在光伏器件周围的多个气体流动口412。如以下更详细地描述，气体流动口412可以为气体入口和/或气体出口，吹扫气体可以分别通过所述气体入口和/或所述气体出口流入或流出间隙406以夹带和除去间隙中的任何升华的原子。如所示，气体口412可以位于光伏器件408周围，但是其他布置可以是合适的，包括气体口在系统的其他构件上的布置，因为本公开不限于气体口的任何特定配置或布置。
图4A描绘了沿图4的线4A-4A截取的能量转换系统400的截面图。在所描绘的实施方案中，光伏器件408可以包括沿其长度分布的多个气体口412(例如，吹扫气体可以通过其流动的气体入口或气体出口)。因此，应理解，多个气体入口可以以任何合适的方式围绕光伏器件的周围和/或沿光伏器件的长度和/或宽度分布，从而提供吹扫气体的期望的流动几何形状。例如，一些实施方案可以包括沿光伏器件的长度分布的气体口以及围绕光伏器件的圆周或其他外周分布的气体口，以实现吹扫气体在间隙内的期望流动。例如，其中光伏器件具有更平坦的几何形状的另一些实施方案可以包括沿光伏器件的长度并穿过宽度分布的气体口。
现在参照图5，更详细地描述一个实施方案的包括吹扫气体的能量转换系统600。在所描绘的实施方案中，导管602经由具有宽度W的间隙606与光伏器件604间隔开。通过使吹扫气体经由气体入口612流入间隙并经由气体出口614流出间隙来在间隙内形成吹扫气体610的流，所述气体出口614形成在光伏器件604中并与相应的气体入口间隔开。虽然将气体入口和气体出口描绘为形成在光伏器件中的通道，但应理解，其他配置可以是合适的。例如，一些实施方案可以包括与入口或出口相关并且被配置成引导吹扫气体流的一个或更多个喷嘴。
如所示，可以沿从入口612朝向出口的方向和/或沿间隙606的长度引导吹扫气体610的流，所述方向基本上平行于光伏器件604沿其延伸的方向。在另一些实施方案中，可以引导吹扫气体使得吹扫气体流的速度的至少一个分量沿光伏器件的长度和/或沿间隙的长度。例如，在这样的实施方案中，可以沿光伏器件的宽度引导吹扫气体的速度的另一分量，这可以帮助避免间隙内的气体流动可能停滞的死区。
间隙606内的吹扫气体610的流可以通过被配置成赋予吹扫气体期望速度的鼓风机618来驱动。例如，如先前所述，在一些实施方案中，可以选择吹扫气体的速度使得吹扫气体从气体入口612行进到气体出口614的时间小于来自导管602的升华的材料扩散穿过间隙606并沉积到光伏器件604上的扩散时间。在一些情况下，吹扫气体的速度v吹扫可以基于气体入口与气体出口之间的长度L以及间隙的宽度W来选择。例如，如上所述，可以选择吹扫气体速度使得L/v吹扫＜W/v漂移，其中v漂移是来自导管的升华的材料的漂移速度。选择满足该条件的吹扫气体速度可以帮助确保吹扫气体从气体入口612流到气体出口614的时间小于升华的原子扩散穿过间隙606的时间。在某些实施方案中，吹扫气体速度可以为约0.01m/秒至约10m/秒(例如，约0.5m/秒至约3m/秒)。此外，在一些实施方案中，相邻入口与出口之间的长度可以小于约500cm、小于约100cm、小于约500cm、小于约10cm、或小于约5cm。在一些实施方案中，相邻入口与出口之间的长度可以高达约5m。在一些情况下，适当的吹扫气体速度可以基于相邻入口与出口之间的间隔和/或通过导管输送的高温液体的温度来设定。
如所示，在一些实施方案中，可以使吹扫气体610再循环使得可以引导吹扫气体流出气体出口614并回到气体入口612中。例如，吹扫气体可以流出出口614并通过管道616流至冷却器620，所述冷却器620被配置成降低离开间隙606的气体的温度。例如，冷却器可以将气体的温度从第一温度(其可以对应于导管602内输送的液体的温度(例如，约1800℃至约2600℃))降低到第二较低温度(例如，低于约1000℃、低于约500℃、低于约100℃、低于约50℃、或低于约30℃)。在光伏器件604被主动冷却(例如，至约35℃或至另外的合适温度)的一些实施方案中，冷却器可以被配置成将气体的温度降低至低于光伏器件的温度的温度(例如，至约30℃至35℃)。在被冷却之后，然后气体经过过滤器622，所述过滤器622可以从吹扫气体中除去材料，例如被吹扫气体流夹带的来自导管的升华的材料。应理解，过滤器622可以包含任何合适的过滤器材料，例如多孔金属、聚合物材料、碳、和/或陶瓷材料。在过滤之后，吹扫气体随后可以经过鼓风机618以被加速至期望的速度，以通过气体入口612进入间隙606。
还如图5所示，为了进一步降低间隙中的升华的气体的蒸气压，在一些实施方案中可以期望进一步包括定位在导管602与光伏器件604之间的中间层608。中间层可以例如通过形成扩散屏障以阻挡来自导管的材料扩散穿过间隙来帮助减少升华的材料扩散穿过间隙606。替代地或另外地，中间层可以由蒸气压低于导管材料的材料形成，这可以导致材料更少地升华到间隙中。由于存在于间隙中的升华的材料的相应减小的蒸气压，因此这种减小的蒸气压可以用于减小相应的吹扫气体速度、间隙宽度、和/或其他合适的工作参数。然而，应理解，在一些实施方案中可以不包括中间层608，并且上述吹扫气体流可以足以避免升华的材料沉积到光伏器件604上。例如，不具有中间层608的实施方案可以采用相对较高速度的吹扫气体流和/或较大的间隙宽度来防止或减少升华的材料的沉积。
现在参照图6，更详细地描述与可以包括在本文所述的系统中的中间层有关的方面。特别地，图6是导管702的阵列700的一部分的截面俯视图，所述导管702限定其中容纳光伏器件704的间隙706。如所示，多个中间层708可以沿导管702的相对侧定位。以这种方式，中间层708的至少一部分定位在导管702与间隙706之间，并且在一些情况下，中间层可以至少部分地包围导管702。在一些实施方案中，中间层的布置可以限定其中定位有导管702的一个或更多个导管区域712，并且中间层可以在导管与间隙706之间提供物理屏障。
如上所述，中间层708可以由在系统的升高的工作温度下蒸气压低于导管702的材料的蒸气压的材料形成。例如，对于由石墨形成的导管，在约2400℃的示例性工作温度下的蒸气压可以为约10Pa。然而，中间层可以由在该温度下蒸气压远低于1Pa的材料例如钨形成。因此，通过将中间屏障708放置在导管与光伏器件704之间，间隙706中的升华的材料的蒸气压可以显著降低，这可以帮助减少材料到光伏器件上的升华和相应的沉积。另外地，如先前所述，中间层708可以充当物理屏障以防止或限制来自导管702的材料向光伏器件706扩散。例如，来自导管的任何升华的材料可以包含在导管的任一侧上的中间层708之间。
如上所述，在一些实施方案中，中间层708还可以用作发射表面，辐射从所述发射表面朝向光伏器件704发射到间隙706中。例如，来自导管702(例如，来自流过导管的高温液体)的热可以经由传导、对流、和/或辐射加热传递至中间层708。在加热时，中间层708可以从其表面朝向光伏器件发射辐射。
根据特定实施方案，导管702和/或中间层708可以具有任何合适的尺寸。例如，在一些实施方案中，导管的壁厚和中间层708的厚度可以基于导管和中间层的材料在系统的标称工作温度下的预期升华速率来选择。例如，可以选择厚度使得导管和中间层具有约30年或更长的可用使用寿命。在一个示例性实施方案中，系统可以包括壁厚为约1mm至1cm的石墨导管和厚度为10微米至约5mm的钨中间层，基于碳和钨在阵列700的工作温度下的预期升华速率，其可以提供约30年的使用寿命。
现在参照图7，更详细地描述一个实施方案的光伏器件800。特别地，图7描绘了形成为棱柱杆的光伏器件的截面图，所述光伏器件可以例如沿如上所述的导管阵列的长度延伸。光伏器件800包括中心芯802，围绕所述中心芯802在中心芯的一个或更多个外表面上设置有一个或更多个光伏层804。光伏层804可以包括被配置成将辐射(例如，可见光和/或红外辐射)转换成电的一个或更多个光伏电池。光伏电池的各种配置可以是合适的，包括一个或更多个多结光伏电池、单结光伏电池、和/或被选择以提供期望的吸收光谱的不同类型的光伏电池的组合。虽然描绘了被配置为棱柱杆的光伏器件，但应理解，其他配置可以是合适的。例如，光伏器件可以具有含其他截面形状(例如三角形、矩形、其他规则或不规则多边形、圆形、椭圆形等)的棱柱结构，或者光伏器件可以具有平面配置(例如，其中光伏层定位在基本上平坦的平面结构的一侧或两侧上)。因此，应理解，本公开不限于光伏器件的任何特定形状和/或配置。
在一些实施方案中，可以在一个或更多个光伏层804下方设置反射层806使得反射层806布置在中心芯或其他下面的支撑表面与一个或更多个光伏层之间。例如，反射层806可以被配置成将未被光伏层804吸收的辐射反射回间隙中并朝向运送高温液体的一个或更多个导管(图8中未描绘)反射。反射层806可以由任何合适的反射材料形成，并且在一些实施方案中，可以选择所述材料以提供这样的反射光谱：其至少部分地包括以及在一些实施方案中基本上包括由导管发射的辐射的相应发射光谱。在一些情况下，经反射的辐射可以被高温液体再吸收(例如，在被导管吸收之后)，这可以帮助保持液体的温度并避免能量损失。在另一些情况下，经反射的辐射可以在从导管阵列(未示出)中的一个或更多个另外的表面(例如，中间层的表面)反射离开之后随后被光伏层804吸收。
在一些应用中，可能期望保持光伏器件的期望工作温度。因此，如图8所示，光伏器件还可以包括形成在器件的中心芯802或其他部分内的一个或更多个冷却通道808，并且可以使低于光伏器件的期望工作温度的冷却流体流过冷却通道。以这种方式，冷却通道可以帮助冷却一个或更多个光伏层806以保持期望的工作温度使得一个或更多个光伏层在暴露于与流过导管的高温液体相关的高温时不会变得被损坏。在一个示例性实施方案中，冷却流体可以包括温度为约35℃的水，并且水可以以对于给定尺寸的系统合适的体积流量流过冷却通道以提供光伏层的适当的冷却程度。应理解，中心芯可以包括冷却通道的任何合适的布置，因为本公开在这方面没有限制。此外，在一些情况下，反射层可以通过避免光伏器件800的热吸收(例如通过将未被吸收的辐射远离光伏器件反射)来帮助避免光伏器件的不期望的加热。
虽然已经结合多个实施方案和实例描述了本教导，但并不旨在将本教导限于这样的实施方案或实例。相反，本教导涵盖如本领域技术人员将理解的各种替代方案、修改方案和等同方案。因此，前述描述和附图仅作为实例。

Claims (30)

1.一种储能系统，包括：
被构造并布置成输送液体的导管；
光伏器件；
在所述导管与所述光伏器件之间的间隙；
被构造并布置成将吹扫气体引导到所述间隙中的气体入口；以及
被构造并布置成将所述吹扫气体引导出所述间隙的气体出口，其中所述吹扫气体从所述入口到所述出口的流动经过所述导管与所述光伏器件之间的所述间隙。
2.根据权利要求1所述的储能系统，其中所述液体的温度为约1400℃至约2600℃。
3.根据权利要求1所述的储能系统，其中所述吹扫气体的速度的沿所述气体入口与所述气体出口之间的第一方向的分量大于气体在所述间隙内的漂移速度。
4.根据权利要求3所述的储能系统，其中所述气体入口和所述气体出口间隔第一距离，所述导管和所述光伏器件间隔第二距离，以及其中所述第一距离除以所述吹扫气体沿所述第一方向的速度小于所述第二距离除以气体在空腔内的所述漂移速度。
5.根据权利要求3所述的储能系统，其中所述光伏器件沿所述第一方向延伸。
6.根据权利要求1所述的储能系统，其中所述吹扫气体包含选自氩气、氪气和氙气中的至少一者。
7.根据权利要求1所述的储能系统，其中所述光伏器件包括多结光伏电池。
8.根据权利要求1所述的储能系统，其中所述导管由石墨形成。
9.根据权利要求1所述的储能系统，其中所述液体包括硅或硅铁。
10.根据权利要求1所述的储能系统，还包括反射表面，其中所述光伏器件定位在所述反射表面与所述间隙之间。
11.根据权利要求10所述的储能系统，其中所述反射表面被构造并布置成将未被所述光伏器件吸收的辐射的至少一部分朝向所述间隙反射。
12.根据权利要求1所述的储能系统，还包括耦接至所述气体入口和所述气体出口的过滤器。
13.根据权利要求12所述的储能系统，其中所述吹扫气体被引导出所述气体出口，通过所述过滤器，并回到所述气体入口中。
14.一种方法，包括：
通过定位在间隙的与光伏器件相对的第一侧上的导管输送液体；以及
使吹扫气体流过所述导管与所述光伏器件之间的所述间隙。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：
至少部分地由于通过所述导管输送所述液体而加热所述导管；
至少部分地由于加热所述导管而将辐射从所述导管发射到所述间隙中；以及
用所述光伏器件吸收至少一部分所发射的辐射。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括将未被所述光伏器件吸收的所述辐射的至少一部分反射回所述间隙。
17.根据权利要求14所述的方法，其中使所述吹扫气体流过所述间隙包括将所述吹扫气体通过气体入口引导到所述间隙中以及将所述吹扫气体通过气体出口引导出所述间隙。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括：
在所述吹扫气体通过所述气体出口流出所述间隙之后使所述吹扫气体流过过滤器；以及
使所述吹扫气体从所述过滤器流至所述气体入口。
19.根据权利要求14所述的方法，其中所述吹扫气体包含选自氩气、氪气和氙气中的至少一者。
20.根据权利要求14所述的方法，其中通过所述导管输送的所述液体的温度为约1800℃至约2600℃。
21.根据权利要求14所述的方法，其中所述吹扫气体在所述间隙内的速度大于气体在所述间隙内的漂移速度。
22.一种储能系统，包括：
导管阵列，所述导管阵列被构造并布置成将液体从所述阵列的第一端输送至所述阵列的第二端；
多个光伏器件；和
形成在所述导管阵列中的多个间隙，每个间隙包括：
在所述导管阵列的至少一端处的开口，其中每个间隙被构造并布置成容纳所述多个光伏器件中的至少一者，其中所述多个光伏器件可选择性地移入和移出所述多个间隙。
23.根据权利要求22所述的储能系统，还包括被构造并布置成将吹扫气体引导到所述多个间隙中的至少一个间隙中的一个或更多个气体入口。
24.根据权利要求23所述的储能系统，还包括被构造并布置成将所述吹扫气体引导出所述至少一个间隙的一个或更多个气体出口。
25.根据权利要求24所述的储能系统，其中所述吹扫气体从所述一个或更多个气体入口到所述一个或更多个气体出口的流动至少部分地沿所述间隙的长度被引导。
26.根据权利要求22所述的储能系统，其中将所述液体从所述阵列的所述第一端处的第一温度冷却至所述阵列的所述第二端处的第二温度。
27.根据权利要求26所述的储能系统，其中所述第一温度为约1400℃至约2600℃。
28.根据权利要求27所述的储能系统，其中至少部分地由于所述液体的冷却而将辐射发射到所述多个间隙中。
29.根据权利要求26所述的储能系统，还包括：
第一储液罐，所述第一储液罐流体耦接至所述导管阵列的所述第一端并且被构造并布置成储存所述第一温度的所述液体；
流体耦接至所述导管阵列的所述第二端和所述第一罐的第二储液罐，所述第二储液罐被构造并布置成储存所述第二温度的所述液体；以及
定位在所述第一罐与所述第二罐之间的加热器，所述加热器被构造并布置成将所述液体从所述第二温度加热至所述第一温度。
30.根据权利要求29所述的储能系统，还包括泵，所述泵被配置成：
使所述液体从所述第一储液罐移动到所述导管阵列的所述第一端中；
使所述液体从所述导管阵列的所述第二端移动到所述第二储液罐中；以及
使所述液体从所述第二储液罐移动通过所述加热器，并进入所述第一储液罐中。
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