專利名稱：太陽(yáng)能熱電和太陽(yáng)能熱的熱電聯(lián)產(chǎn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及用于太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換的方法和裝置。具體地，本發(fā)明涉及將太陽(yáng)能 熱轉(zhuǎn)換與太陽(yáng)能熱電轉(zhuǎn)換結(jié)合的方法和裝置。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換器包括太陽(yáng)能電轉(zhuǎn)換器、太陽(yáng)能燃料轉(zhuǎn)換器和太陽(yáng)能熱轉(zhuǎn)換器。太陽(yáng) 能電轉(zhuǎn)換器利用太陽(yáng)能光伏(PV)電池將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換為電能，或者利用太陽(yáng)能熱電轉(zhuǎn) 換器將太陽(yáng)能間接轉(zhuǎn)換為電能。太陽(yáng)能燃料轉(zhuǎn)換器利用電解從溶液中提取燃料，其中驅(qū)動(dòng) 電解步驟的電能直接來(lái)自PV電池。太陽(yáng)能熱轉(zhuǎn)換器將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為熱能或熱量。與占據(jù)較大市場(chǎng)份額的熱水系統(tǒng)一樣，PV電池和太陽(yáng)能熱轉(zhuǎn)換器兩者都用于居住 方面。一些國(guó)家側(cè)重于屋頂PV電池，而其他一些國(guó)家廣泛使用屋頂熱水系統(tǒng)。除了嚴(yán)格地用作熱水系統(tǒng)之外，太陽(yáng)能熱轉(zhuǎn)換器已被用于通過(guò)其產(chǎn)生的蒸汽驅(qū)動(dòng) 機(jī)械熱機(jī)來(lái)發(fā)電。在太陽(yáng)能熱轉(zhuǎn)換器中，提供與太陽(yáng)輻射吸收表面直接熱接觸的一個(gè)或一 個(gè)以上的流體導(dǎo)管。所述太陽(yáng)輻射吸收表面吸收太陽(yáng)輻射并且將熱量傳遞到所述導(dǎo)管。傳 遞的熱量提高了流過(guò)所述導(dǎo)管的諸如油、液體鹽或水之類的流體的溫度。加熱過(guò)的流體隨 后用于諸如蒸汽驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)之類的發(fā)電機(jī)以發(fā)電。本文所用的術(shù)語(yǔ)“流體”包括液體和氣 體兩者。相比之下，熱電發(fā)電依靠固體材料的賽貝克效應(yīng)將熱能轉(zhuǎn)換為電。工作在熱端溫 度Th和冷端溫度τ。之間的熱電裝置的理論能量轉(zhuǎn)換效率由下式給出
<formula>formula see original document page 3</formula>其中第一個(gè)因子(括號(hào)內(nèi))是卡諾效率，第二個(gè)因子(分?jǐn)?shù)部分)由熱電材料的 熱電品質(zhì)因數(shù)ζ和平均溫度T = 0. 5 (Th+Tc)決定。熱電品質(zhì)因數(shù)Z與熱電材料的賽貝克系數(shù)S通過(guò)下面的等式相關(guān)聯(lián)Z = S2 O /k(2)其中σ是所述熱電材料的電導(dǎo)率，k是所述熱電材料的熱導(dǎo)率。具有1-2之間的無(wú)量綱品質(zhì)因數(shù)ZT、工作在Th = 500K和Τ。= 300K之間的熱電 裝置可具有9% -14%的效率。增加熱端和冷端之間的溫差至Th = 1000K且Τ。= 300K可 改善熱電裝置的效率達(dá)到17 % -25 %。在過(guò)去，熱電材料的最大ZT值限制在大約1，導(dǎo)致熱電發(fā)電機(jī)效率低。例如，一種現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)采用Si8tlGe2tl合金作為熱電發(fā)電機(jī)中的熱電材料 并且采用放射性同位素作為熱源，所述系統(tǒng)工作在最高溫度900°C，熱能到電能的轉(zhuǎn)換效率 為6%。最近，隨著新熱電材料的引入，研究人員已實(shí)現(xiàn)12%-14%的熱能到電能的轉(zhuǎn)換 效率。已有報(bào)道使用財(cái)21^3/51321^超晶格和PbTe/PbSe超晶格以及使用納米結(jié)構(gòu)的體材料 使得ZT有大的提高。已有報(bào)道在300°C下使用PbTe/PbSe超晶格使得ZT值高達(dá)3. 5。

發(fā)明內(nèi)容
一種能源發(fā)電方法，所述方法包括通過(guò)太陽(yáng)能吸收器接收太陽(yáng)輻射，由所述太陽(yáng) 能吸收器提供熱量到成套熱電轉(zhuǎn)換器的熱端，由所述成套熱電轉(zhuǎn)換器發(fā)電，并且將來(lái)自所 述成套熱電轉(zhuǎn)換器冷端的熱量供給被提供至太陽(yáng)能流體加熱系統(tǒng)或太陽(yáng)能熱電轉(zhuǎn)換裝置 的流體。一種實(shí)現(xiàn)所述方法的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括至少一個(gè)熱電裝置和太陽(yáng)能流體加熱系 統(tǒng)或太陽(yáng)能熱電轉(zhuǎn)換裝置。



如附圖所示，從以下本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的更加詳細(xì)的描述中，本發(fā)明前述的和 其他的目的、特征和優(yōu)勢(shì)將會(huì)顯而易見(jiàn)，其中，同樣的附圖標(biāo)記指的是所有的不同視圖的相 同部件。所述附圖不一定按比例繪制，而是重點(diǎn)舉例說(shuō)明本發(fā)明的原理。圖1是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的太陽(yáng)能-電能發(fā)電機(jī)模塊的平板結(jié)構(gòu)的側(cè)視 圖。圖2描述了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的在允許扣除發(fā)射率的情況下不同拋光 銅表面的反射率隨波長(zhǎng)的函數(shù)的圖表。圖3是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的具有一個(gè)ρ型支架和一個(gè)η型支架的太陽(yáng) 能-電能發(fā)電機(jī)模塊的平板結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的封閉在隔離環(huán)境中的數(shù)個(gè)平板模塊的側(cè)視 圖。圖5Α是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的使用透鏡作為太陽(yáng)能聚集器的太陽(yáng)能_電 能發(fā)電機(jī)的側(cè)視圖。圖5Β是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的使用兩個(gè)反射結(jié)構(gòu)作為太陽(yáng)能聚集器的太 陽(yáng)能-電能發(fā)電機(jī)的側(cè)視圖。圖5C是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的使用透射式透鏡作為太陽(yáng)能聚集器(與太 陽(yáng)能捕獲結(jié)構(gòu)接觸)的太陽(yáng)能-電能發(fā)電機(jī)的側(cè)視圖。圖6Α是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的使用太陽(yáng)能聚集器和水平位置上的熱電轉(zhuǎn) 換器的太陽(yáng)能_電能發(fā)電機(jī)的側(cè)視圖。圖6Β是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的使用太陽(yáng)能聚集器和水平位置上的在彼此 頂部堆疊的兩個(gè)熱電轉(zhuǎn)換器的太陽(yáng)能-電能發(fā)電機(jī)的側(cè)視圖。圖6C是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的使用蘑菇狀的太陽(yáng)能聚集器和水平位置上 的熱電轉(zhuǎn)換器的太陽(yáng)能_電能發(fā)電機(jī)的側(cè)視圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的將按槽式排列的多個(gè)反射表面用作多個(gè)太陽(yáng)能聚集器的太陽(yáng)能-電能發(fā)電機(jī)的側(cè)視圖。圖8A是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的將多個(gè)透鏡裝置用作多個(gè)太陽(yáng)能聚集器的 太陽(yáng)能-電能發(fā)電機(jī)的透視圖。圖8B是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的圖8A中所示的太陽(yáng)能_電能發(fā)電機(jī)的側(cè)視 圖。圖9是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的使用多個(gè)透鏡結(jié)構(gòu)(所述透鏡結(jié)構(gòu)作為多個(gè) 太陽(yáng)能聚集器)和具有分組轉(zhuǎn)換器的單個(gè)太陽(yáng)能熱電發(fā)電機(jī)的太陽(yáng)能-電能發(fā)電機(jī)的側(cè)視 圖。圖IOA是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的使用平面菲涅爾透鏡(所述平面菲涅爾透 鏡作為太陽(yáng)能聚集器)和封閉熱電轉(zhuǎn)換器于隔離環(huán)境中的屏障結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能-電能發(fā)電機(jī) 的側(cè)視圖。圖IOB是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的使用曲面菲涅爾透鏡(所述曲面菲涅爾透 鏡作為太陽(yáng)能聚集器)和封閉熱電轉(zhuǎn)換器于隔離環(huán)境中的屏障結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能-電能發(fā)電機(jī) 的側(cè)視圖。圖IOC是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的使用兩個(gè)反射表面將太陽(yáng)輻射聚集到封 閉熱電轉(zhuǎn)換器于隔離環(huán)境中的屏障結(jié)構(gòu)上的太陽(yáng)能-電能發(fā)電機(jī)的側(cè)視圖。圖11是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的使用拋物反射表面將太陽(yáng)輻射聚集到封閉 與具有突出元件的捕獲結(jié)構(gòu)連接的轉(zhuǎn)換器的屏障結(jié)構(gòu)上的太陽(yáng)能-電能發(fā)電機(jī)的側(cè)視圖。圖12是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的與基于流體的熱傳遞系統(tǒng)連接的支撐結(jié)構(gòu) 的側(cè)視圖，該熱傳遞系統(tǒng)用于從所述支撐結(jié)構(gòu)移走熱量。圖13A提供了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的原型太陽(yáng)能-電能發(fā)電機(jī)的示意圖。圖13B提供了在圖13A中所示的原型太陽(yáng)能-電能發(fā)電機(jī)中測(cè)試的功率-負(fù)載電 阻圖表。圖13C提供了對(duì)應(yīng)于圖13B所示的數(shù)據(jù)測(cè)試的效率_負(fù)載電阻圖表。圖14A-圖14D提供了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的太陽(yáng)能熱-熱電(STTE)轉(zhuǎn)換器元件 的三維視圖。圖15和圖16是對(duì)于多種熱電轉(zhuǎn)換器材料-溫度的ZT值-溫度圖表。圖17A和圖17B是描述熱電材料的兩種可能的納米結(jié)構(gòu)熱電材料復(fù)合物的示意 圖。圖18A示出Bi2Te3和Bi2Se3納米微粒的TEM圖。圖18B示出基于Bi2Te3的合金納米粉的壓實(shí)樣本的TEM圖。圖19A-圖19E圖示了 SiGe納米復(fù)合材料的電導(dǎo)率、賽貝克系數(shù)、功率因子、熱導(dǎo) 率和ZT值分別與溫度的依賴關(guān)系。圖20A-圖20C是2D和3D太陽(yáng)能通量聚集器的三維示意圖。圖21A圖示了一系列槽式聚集器，并且圖21B圖示了用在由太陽(yáng)能熱-熱電轉(zhuǎn)換器組裝的發(fā)電站中的流體導(dǎo)管。圖22提供了單獨(dú)的太陽(yáng)能熱-熱電轉(zhuǎn)換器單元的側(cè)視截面圖。圖23A-圖23C圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的熱電裝置的效率、熱聚集比率和熱端 溫度與ZT值的依賴關(guān)系。
圖24是本發(fā)明實(shí)施方式的熱水加熱系統(tǒng)的期望的發(fā)電效率和水加熱效率隨ZT值 的函數(shù)的圖表。圖25是本發(fā)明實(shí)施方式的系統(tǒng)的期望的發(fā)電效率和加熱效率隨ZT值的函數(shù)的圖表。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)識(shí)到如果將太陽(yáng)能熱電裝置與諸如太陽(yáng)能流體加熱裝置或太 陽(yáng)能熱電轉(zhuǎn)換裝置之類的太陽(yáng)能熱轉(zhuǎn)換裝置結(jié)合，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的效率將得到改善。太 陽(yáng)能熱電轉(zhuǎn)換裝置(可簡(jiǎn)稱為“太陽(yáng)能熱裝置”)包括但不限于基于蘭金(Rankine)和基于 斯特林(Stirling)的裝置，并且包括槽式、塔式和盤式裝置，這將在下面進(jìn)行描述。這種系 統(tǒng)同時(shí)產(chǎn)生太陽(yáng)能電能和太陽(yáng)能熱能。具體地，如果所述太陽(yáng)能熱轉(zhuǎn)換裝置是太陽(yáng)能流體 加熱系統(tǒng)(例如太陽(yáng)能熱水加熱系統(tǒng))，那么所述系統(tǒng)可以為設(shè)施(例如，建筑物)提供電 能(利用太陽(yáng)能熱電裝置)和熱水(利用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng))的聯(lián)產(chǎn)。在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，發(fā)明人還認(rèn)識(shí)到在包括熱電裝置和太陽(yáng)能流體加熱 系統(tǒng)的組合系統(tǒng)中，流體導(dǎo)管應(yīng)該通過(guò)導(dǎo)熱性較差的熱電材料的支架或支柱與太陽(yáng)輻射吸 收表面在物理上分離并且在熱學(xué)上隔離，以使橫跨所述熱電支架或支柱能夠產(chǎn)生適當(dāng)?shù)臏?差，因此在太陽(yáng)能吸收表面和所述流體導(dǎo)管之間產(chǎn)生適當(dāng)?shù)臏夭睢＿@種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與只包括 太陽(yáng)能流體加熱裝置的現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)相反，在所述太陽(yáng)能流體加熱裝置中，為達(dá)到從所 述吸收表面到流體的最佳熱傳遞，放置所述流體導(dǎo)管與所述太陽(yáng)輻射吸收表面熱接觸。所述熱電裝置由于其熱端和冷端之間的溫差而產(chǎn)生電，所述熱端與所述吸收表面 熱接觸并且任選地與所述吸收表面物理接觸。本文所使用的術(shù)語(yǔ)“兩個(gè)表面之間的熱接觸 或熱結(jié)合”是指由于所述兩個(gè)表面直接物理接觸，或者由于所述兩個(gè)表面沒(méi)有直接接觸但 是通過(guò)例如金屬等導(dǎo)熱材料連接，使得熱量在所述兩個(gè)表面之間有效地傳遞。發(fā)明人認(rèn)識(shí)到如果放置所述太陽(yáng)能熱轉(zhuǎn)換裝置的流體導(dǎo)管與所述太陽(yáng)能吸收器 (也稱為太陽(yáng)能吸收表面)熱接觸，那么所述流體導(dǎo)管將起到散熱器的作用。這將顯著地 減小所述熱電裝置的熱端和冷端之間的溫差，并且將會(huì)因此顯著地降低所述熱電裝置的效 率。相反，如果放置所述流體導(dǎo)管與所述熱電裝置的冷端熱接觸，那么所述流體導(dǎo)管 將起到散熱器的作用并且增加所述熱電裝置的熱端和冷端之間的溫差，并且因此提高所述 熱電裝置的效率。因?yàn)樗鰺犭娧b置的熱電轉(zhuǎn)換器(例如，半導(dǎo)體支架或支柱)是差熱轉(zhuǎn) 換器，所以所述流體導(dǎo)管不與所述太陽(yáng)能吸收表面熱接觸(即不與所述太陽(yáng)能吸收表面 熱結(jié)合)。因此，所述流體導(dǎo)管對(duì)所述太陽(yáng)能吸收表面不起散熱器的作用，并且不會(huì)影響所 述熱電裝置工作。此外，所述熱電裝置的冷端仍然足夠暖(即高于室溫)以將所述流體導(dǎo)管中的流 體(例如水或者油)加熱到期望的溫度。例如，對(duì)于熱水加熱系統(tǒng)，可維持熱電裝置的冷端 的溫度在大約50°C至大約150°C，例如低于100°C，優(yōu)選地維持在30°C到70°C，這樣的溫度 對(duì)于家用、商用或工業(yè)用途來(lái)說(shuō)足夠高以將水加熱至大約40°C到大約150°C。因此，通過(guò)所 述熱電裝置的冷端加熱的水作為用于各種用途的熱水(例如用于淋浴或水槽的熱水、在用 于房屋供暖的散熱器中使用的熱水或蒸汽等)由所述流體導(dǎo)管提供給設(shè)施?？蛇x地，如果流體(例如，油或鹽)被充分加熱，那么該流體可用于熱電站以發(fā)電。例如，可以加熱所述油或鹽高于其沸點(diǎn)?？蛇x地，可以加熱所述油或鹽低于其沸點(diǎn)，但要達(dá)到足夠高的溫度，以 便于用來(lái)將水加熱成蒸氣，所述蒸氣被送入蒸汽輪機(jī)中用來(lái)發(fā)電。還可在所述太陽(yáng)能吸收器上提供任選的太陽(yáng)能通量收集器和/或太陽(yáng)能通量聚 集器來(lái)收集和/或聚集太陽(yáng)能。聚集入射太陽(yáng)能通量的成像光學(xué)方法和非成像光學(xué)方法可 用來(lái)收集和聚集所述太陽(yáng)能通量以產(chǎn)生較高的太陽(yáng)能通量密度。這種增加太陽(yáng)能通量的方 法被稱為光聚集。所述熱端的溫度取決于光和熱的聚集比率，下面將更加詳細(xì)地對(duì)其進(jìn)行 描述。任選的選擇性表面將在可見(jiàn)(V)光譜和紫外(UV)光譜中的太陽(yáng)能傳遞到太陽(yáng)能 吸收器(即太陽(yáng)能吸收表面)。所述太陽(yáng)能吸收器將太陽(yáng)輻射轉(zhuǎn)換成熱能(即熱量)。 所述選擇性表面通過(guò)限制紅外輻射將熱量保留在所述太陽(yáng)能吸收器中。具有收縮橫截面的 成套任選的導(dǎo)管將存儲(chǔ)于所述太陽(yáng)能吸收器中的熱能傳導(dǎo)至成套熱電轉(zhuǎn)換器(例如成套 的P-型和η-型交替的半導(dǎo)體支架或支柱)，將吸收的熱能聚集至熱電支架。關(guān)于術(shù)語(yǔ)“收 縮橫截面”，應(yīng)當(dāng)注意，在平板聚集器中，優(yōu)選地沒(méi)有所述吸收器的厚度的物理收縮。然而， 熱量以近乎同心的方式傳遞至熱電支架，因而熱量傳遞面積實(shí)際上是變化的。在其他結(jié)構(gòu) 中所述收縮橫截面可包括物理上收縮的橫截面。因而，所述轉(zhuǎn)換器與所述太陽(yáng)能吸收器熱 接觸。通過(guò)熱傳導(dǎo)的熱能聚集被稱為熱聚集。流經(jīng)所述成套熱電轉(zhuǎn)換器的最終的熱能通量 密度由所述橫截面、間距和所述熱電轉(zhuǎn)換器的長(zhǎng)度決定。通過(guò)所述光聚集和熱聚集的結(jié)合可增加流入熱電裝置的能通量，其取決于所述熱 電支柱的適當(dāng)?shù)臒岫藴囟群屠涠藴囟纫约斑x擇性吸收器的特性。所述熱電轉(zhuǎn)換器將存儲(chǔ)的熱能的一部分轉(zhuǎn)換成電能。所述熱電轉(zhuǎn)換器自身可由各 種體材料和/或納米結(jié)構(gòu)制成。所述轉(zhuǎn)換器優(yōu)選地包括多套兩種轉(zhuǎn)換器元件，所述兩種轉(zhuǎn) 換器元件為一種P型半導(dǎo)體轉(zhuǎn)換支柱或支架和一種η型半導(dǎo)體轉(zhuǎn)換支柱或支架，其電連接 以形成ρ-η結(jié)。所述熱電轉(zhuǎn)換器的材料可包括但不限于下列之一 Bi2Te3 Bi2Te3^Sex (η_型)/ BixSe2-Je3 (ρ-型)、SiGe (例如，Si8tlGeJ PbTe、方鈷礦(skutterudite)、Zn3Sb4、 AgPbmSbTe2+m、Bi2Te3/Sb2Te3 量子點(diǎn)超晶格(QDSL)、PbTe/PbSeTe QDSL、PbAgTe 以及這些材 料的組合。所述材料可包括壓實(shí)的納米微?；蚯队趬K狀基體材料中的納米微粒。任選地，將由散熱材料組成的基部置于熱電裝置的熱電轉(zhuǎn)換器的冷端與流體導(dǎo)管 之間。所述基部可包括金屬或者其他高導(dǎo)熱材料以實(shí)現(xiàn)所述熱電轉(zhuǎn)換器和流體導(dǎo)管之間的 熱接觸。與未被轉(zhuǎn)換的熱能有關(guān)的熱量從所述熱電裝置的冷端通過(guò)基部傳導(dǎo)至所述流體導(dǎo) 管。在所述基部中可以設(shè)置任選的熱交換器。來(lái)自流體導(dǎo)管的流體穿過(guò)所述熱交換器以接 收來(lái)自熱電裝置的熱量。所述熱交換器包括導(dǎo)熱板、成套的導(dǎo)熱管、熱管或者其組合。最終 被加熱的流體(例如，水和/或蒸汽)可用于居家、商業(yè)或其他用途。若需要，可以利用下 述中的一種或多種方式使所述流體循環(huán)推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)、抽吸、虹吸、擴(kuò)散及其組合。因此，本發(fā)明實(shí)施方式的系統(tǒng)利用太陽(yáng)能熱電能量轉(zhuǎn)換與基于機(jī)械的太陽(yáng)能熱 能-電能轉(zhuǎn)換的結(jié)合或者與太陽(yáng)能流體加熱的結(jié)合實(shí)現(xiàn)了更高的效率。更一般而言，熱電 和熱能聯(lián)產(chǎn)方法包括如下步驟在太陽(yáng)能吸收器上接收并且任選地聚集太陽(yáng)輻射以加熱該 吸收器；由所述吸收器提供熱能(即熱量)到成套熱電轉(zhuǎn)換器；利用所述成套熱電轉(zhuǎn)換器 將所述熱能的一部分轉(zhuǎn)換為電能；將所述熱能的未轉(zhuǎn)換的部分提供給諸如水或其他流體之類的可置換介質(zhì)；以及提供所述可置換介質(zhì)用于后續(xù)用途。應(yīng)當(dāng)理解，本文所示和描述的具體實(shí)施方式
為本發(fā)明的實(shí)施例，除此之外它們并 非意在以任何方式限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。此外，本發(fā)明的技術(shù)適用于在太陽(yáng)能熱電能和 太陽(yáng)能熱能熱電聯(lián)產(chǎn)、制造業(yè)以及熱能-電能發(fā)電站和熱能熱電聯(lián)產(chǎn)中的應(yīng)用或者任何其 他類似的應(yīng)用，尤其適用于目前浪費(fèi)或剩余未轉(zhuǎn)換的太陽(yáng)能或熱能源的應(yīng)用。太陽(yáng)能熱轉(zhuǎn)換器的熱效率在大約50% -70%之間，其取決于工作溫度。熱電轉(zhuǎn)換 器的效率較低。太陽(yáng)能熱電效率可以劃分為兩項(xiàng)之積ne = nst(Ts,Th)nte(Th, Tc)(3)第一項(xiàng)反映太陽(yáng)能_熱能的轉(zhuǎn)換效率，將具有與太陽(yáng)表面溫度Ts相等的特征溫度 的光子轉(zhuǎn)換為聲子或熱能，將所述太陽(yáng)能熱電裝置的熱端的溫度提高到Th。第二項(xiàng)表示由 熱能產(chǎn)生電能的熱電元件的效率，假定熱端溫度與冷端溫度分別為Th與T。。如等式(1)所 示，第二項(xiàng)取決于熱電材料的ZT。效率Ilst是若干個(gè)熱損耗機(jī)制的函數(shù)，包括來(lái)自所述太陽(yáng)能吸收器和熱電元件的 表面的熱輻射損耗、對(duì)流損耗和傳導(dǎo)損耗。以上描述的太陽(yáng)能熱電能量轉(zhuǎn)換提供了 nst和 二者的最優(yōu)化以及用于熱電能和熱能的熱電聯(lián)產(chǎn)的裝置的設(shè)計(jì)，或者更為具體而言，提 供了太陽(yáng)能熱電能和太陽(yáng)能熱能的熱電聯(lián)產(chǎn)，并且解決了兩種轉(zhuǎn)換過(guò)程中的低效率以改善 所述太陽(yáng)能熱電和太陽(yáng)能熱能熱電聯(lián)產(chǎn)。發(fā)電所需的橫跨熱電支架的溫差Δ T與穿過(guò)所述支架的熱通量&有關(guān)，如下
q =(4)其中，d是所述熱電支架的長(zhǎng)度，k是熱電材料的熱導(dǎo)率。對(duì)于穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)，熱通量&
為常量。地球表面的平均太陽(yáng)能通量大約為1000W/m2。利用這個(gè)數(shù)值，并利用典型的熱電 轉(zhuǎn)換器常量k = Iff/mK以及d = 1mm，產(chǎn)生的溫差為ΔΤ = 1°C。這種小的溫差產(chǎn)生來(lái)自所 述熱電轉(zhuǎn)換器的少量的電能。為了增大溫差，應(yīng)該增加流經(jīng)所述熱電裝置的熱通量超過(guò)所 述太陽(yáng)能通量。在太陽(yáng)能熱電學(xué)中，這可以通過(guò)兩種方法實(shí)現(xiàn)。一種方法是在入射太陽(yáng)輻 射被吸收并轉(zhuǎn)換成熱量之前光學(xué)聚集所述入射太陽(yáng)輻射，這種方法稱為光聚集，另一種方 法是在所述太陽(yáng)能通量被吸收之后通過(guò)熱傳導(dǎo)聚集熱量。后者稱為熱聚集。根據(jù)應(yīng)用情況 可以結(jié)合使用上述兩種方法。熱聚集器結(jié)構(gòu)熱聚集利用了太陽(yáng)能吸收器的面積與熱電支架橫截面的面積的不同比率。圖1示 出了根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施方式的更一般地被稱為太陽(yáng)能-電能發(fā)電機(jī)13的熱電裝置13。 太陽(yáng)能-電能發(fā)電機(jī)13包括太陽(yáng)能吸收器，所述太陽(yáng)能吸收器被稱為與一對(duì)或一對(duì)以上熱 電轉(zhuǎn)換器14連接的輻射捕獲結(jié)構(gòu)12。輻射捕獲結(jié)構(gòu)12依次包括輻射吸收層Ia和前表面 lb，前表面Ib適于直接地或通過(guò)聚集器暴露于太陽(yáng)輻射。盡管在本實(shí)施例中前表面Ib大體 上是平的，但在其他實(shí)施例中輻射吸收層Ia可以是彎曲的。而且，盡管本實(shí)施例中所示的 輻射吸收層Ia為連續(xù)的，但在其他實(shí)施例中，該輻射吸收層Ia可以成形為多個(gè)分離部分。 撞擊在前表面Ib上的太陽(yáng)輻射可在輻射捕獲結(jié)構(gòu)12中產(chǎn)生熱量，所述熱量可被傳遞到每 個(gè)熱電轉(zhuǎn)換器14的一端15，這將在下面更為詳細(xì)地論述。更具體地，在本實(shí)施例中輻射吸收層la可由對(duì)太陽(yáng)輻射(例如，波長(zhǎng)小于約1.5微米、2微米、3微米或者4微米的太陽(yáng)輻 射)表現(xiàn)出高吸收同時(shí)表現(xiàn)出低發(fā)射率的材料構(gòu)成，因此該輻射吸收層la對(duì)一些太陽(yáng)輻射 (例如，對(duì)于波長(zhǎng)大于約1. 5微米、2微米、3微米或者4微米的太陽(yáng)輻射)表現(xiàn)出低吸收。太陽(yáng)輻射的吸收使得在輻射吸收層la中產(chǎn)生熱量，所述熱量可通過(guò)導(dǎo)熱中間層2 傳遞到導(dǎo)熱后面層3a。熱電轉(zhuǎn)換器14在端15處與導(dǎo)熱后面層3a熱連接以接收所產(chǎn)生的 熱量的至少一部分。以這種方式，所述熱電轉(zhuǎn)換器的端15(此處也稱為高溫端)被維持在 提升的溫度。由于所述熱電轉(zhuǎn)換器的相反端16暴露于較低的溫度，所以所述熱電轉(zhuǎn)換器可 產(chǎn)生電能。如下面更為詳細(xì)地論述，上輻射吸收層la表現(xiàn)出高的橫向熱傳導(dǎo)性(即在與 前表面lb相切的方向上的高導(dǎo)熱性)以更加有效地將所產(chǎn)生的熱量傳遞至所述熱電轉(zhuǎn)換
器o如圖1所述，在一些實(shí)施方式中，基部或者襯背結(jié)構(gòu)10 (也稱為支承結(jié)構(gòu))與所述 熱電轉(zhuǎn)換器的低溫端16連接以提供結(jié)構(gòu)支承和/或?qū)崃繌亩?6傳遞走，即起散熱器的 作用。例如，襯背結(jié)構(gòu)10可與熱交換器熱連接，在所述熱交換器中供使用的流體或者用于 額外發(fā)電的流體被加熱。例如，如圖12所述，襯背結(jié)構(gòu)或基部1220與熱電轉(zhuǎn)換器1210進(jìn) 行熱連通。用于太陽(yáng)能流體加熱系統(tǒng)或者太陽(yáng)能發(fā)電站的流體導(dǎo)管1250與熱電裝置13在熱 學(xué)上和在物理上結(jié)合。具體地，導(dǎo)管1250與襯背結(jié)構(gòu)1220連接以從襯背結(jié)構(gòu)1220移走熱 量。真空密封裝置1260可以用來(lái)在轉(zhuǎn)換器1210周圍維持排空環(huán)境。導(dǎo)管1230可使熱量 從襯背結(jié)構(gòu)1220傳遞進(jìn)入被示意性地畫作環(huán)狀的導(dǎo)管1250，熱量被提供至建筑物1240 (例 如大廈)用于產(chǎn)生熱水或者被提供給電廠用于蒸汽驅(qū)動(dòng)發(fā)電。如圖1所述，還可以使用與 所述熱電轉(zhuǎn)換器的相反的端16連接的其他導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)。對(duì)于在圖1中所示的發(fā)電機(jī)(即熱電裝置)13，描述了用于將發(fā)電機(jī)13與電力 負(fù)載耦合的電極9。在圖1中還描述了電導(dǎo)線4、電導(dǎo)線11，電導(dǎo)線4和電導(dǎo)線11可以在熱 電轉(zhuǎn)換器內(nèi)和/或熱電轉(zhuǎn)換器之間提供合適的電連接，并且可用于提取由轉(zhuǎn)換器14產(chǎn)生的 電能。在圖1中描述的太陽(yáng)能-電能發(fā)電機(jī)13適于具有平板結(jié)構(gòu)，即發(fā)電機(jī)13具有代 表所述太陽(yáng)能捕獲表面的至少一種維度的區(qū)域18，該區(qū)域18大于不代表所述太陽(yáng)能捕獲 表面的至少一種其他維度的區(qū)域17。這種結(jié)構(gòu)有利于增加可用于太陽(yáng)能輻射捕獲的面積同 時(shí)提供充足的熱聚集，使得橫跨所述熱電轉(zhuǎn)換器建立足夠的溫差以產(chǎn)生大量的電。平板結(jié) 構(gòu)可以通過(guò)提供可用于屋頂或者其他人造建筑物的扁平裝置而得到實(shí)際應(yīng)用。盡管在圖1 中以平板結(jié)構(gòu)描述所述裝置，但是應(yīng)當(dāng)理解圖1中的裝置以及在其他圖中的裝置還能在維 持其工作性能的同時(shí)配置成非平板結(jié)構(gòu)。在許多實(shí)施方式中，所述捕獲結(jié)構(gòu)的輻射吸收部(至少在該輻射吸收部的某些部 分)表現(xiàn)出高橫向?qū)嵝?，例如足以使橫跨所述吸收表面的溫差小(例如，小于大約ioo°c、 50°C、1(TC、5°C或1°C )的橫向?qū)嵝裕猿洚?dāng)用于將熱量傳遞到所述熱電轉(zhuǎn)換器的高溫端 的有效的熱聚集器。在一些實(shí)施方式中，例如由圖1中的襯底層2描述的那樣，輻射捕獲結(jié) 構(gòu)在橫向上(例如，在這種情況下，在大體上垂直于吸收表面lb的方向)和/或在側(cè)向上 也表現(xiàn)出高導(dǎo)熱性以利于將熱量從所述吸收層傳遞到所述轉(zhuǎn)換器。例如，所述捕獲結(jié)構(gòu)可 包括由具有高熱導(dǎo)率(例如，高于大約20W/mK或者在大約20W/mK到大約400W/mK的范圍內(nèi))的材料構(gòu)成的輻射吸收層。在一些實(shí)施方式中，可以在具有所述熱導(dǎo)率值的襯底上沉 積薄膜。也可利用具有較低熱導(dǎo)率的較厚材料實(shí)現(xiàn)高導(dǎo)熱性?？梢允褂玫牟牧系膶?shí)例包括 任何金屬化合物(例如，含銅化合物、含鋁化合物)、陶瓷、諸如定向聚合物(例如，在想要的 方向(例如層的平面)上具有足夠的導(dǎo)熱性)之類的各向異性材料以及玻璃。盡管由圖1 中的單襯底層2示例了捕獲結(jié)構(gòu)的高導(dǎo)熱性的特性，但應(yīng)當(dāng)理解，多重結(jié)構(gòu)(例如多種分層 材料)也可以在一些實(shí)施方式中用來(lái)提供高導(dǎo)熱性的特性。在一些實(shí)施方式中，捕獲結(jié)構(gòu)可包括適于提供一種或多種有利的功能的若干組 件。例如，圖1所示的捕獲結(jié)構(gòu)12的輻射吸收層la可適于選擇性地吸收太陽(yáng)輻射。例如， 輻射吸收層la可適于吸收波長(zhǎng)小于大約1. 5微米、2微米或者3微米的太陽(yáng)輻射，或者吸收 波長(zhǎng)在大約50納米至大約1. 5微米、2微米或者3微米之間的太陽(yáng)輻射，或者吸收波長(zhǎng)在 約為200納米至1. 5微米、2微米或3微米之間的太陽(yáng)輻射。就可被吸收的撞擊的太陽(yáng)輻 射的百分率而言，吸收層la可適于表現(xiàn)出的太陽(yáng)輻射吸收率可大于大約70%、75%、80%、 85%、90%、95%、96%、97%、98%或者99%。例如，對(duì)于在大約50納米至大約3微米范圍 內(nèi)的太陽(yáng)輻射波長(zhǎng)，輻射吸收層la可以達(dá)到這樣的吸收率。在一些實(shí)施方式中，吸收層la 可以包括涂覆在襯底2以提供期望的選擇性太陽(yáng)吸收率特性的一種或者一種以上涂層。一 種或一種以上選擇性涂層可以通過(guò)一層或者一層以上具有不同光學(xué)指標(biāo)的異型材料(即 一維光子結(jié)構(gòu))來(lái)實(shí)現(xiàn)。選擇性涂層還可由柵板、表面結(jié)構(gòu)或者其他合適的二維結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。 在另一實(shí)施例中，選擇性涂層可以通過(guò)使兩種或兩種以上的材料(包括納米復(fù)合材料)形 成合金或者復(fù)合所述材料來(lái)實(shí)現(xiàn)。襯底2還可以是選擇性表面lb的一部分。在一些實(shí)施方式中，捕獲結(jié)構(gòu)的前表面或者適于暴露于太陽(yáng)輻射的其他表面可以 在一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)(例如，在大于大約1. 5微米、2微米、3微米或者4微米的輻射波長(zhǎng)范圍 內(nèi))表現(xiàn)出低發(fā)射率的特性。例如，在上述輻射捕獲結(jié)構(gòu)12中，在波長(zhǎng)大于約3微米的范 圍內(nèi)，前表面lb可以表現(xiàn)出小于約0.3、或者小于0. 1、或者小于約0. 05、或者更優(yōu)選地小于 約0.01的發(fā)射率。這種低發(fā)射率表面可以減少來(lái)自太陽(yáng)輻射捕獲結(jié)構(gòu)的由輻射發(fā)射引起 的熱損耗。盡管所述低發(fā)射率也可減少波長(zhǎng)大于約1. 5微米、2微米、3微米或者4微米的 太陽(yáng)輻射的吸收，但是當(dāng)所述波長(zhǎng)的太陽(yáng)輻射度顯著下降時(shí)，所述低發(fā)射率對(duì)吸收的影響 是極微的。在這個(gè)示例性具體實(shí)施方式
中，不僅前表面lb而且輻射捕獲結(jié)構(gòu)12的后表面 3a也表現(xiàn)出低發(fā)射率。所述后表面不需要具有波長(zhǎng)選擇性，并且其發(fā)射率應(yīng)該很小，在小于 0. 5、或者小于0. 3、或者小于0. 1、或者小于約0. 05的范圍內(nèi)。對(duì)高發(fā)射率值的容限取決于 熱聚集比率，熱聚集比率為總的太陽(yáng)能吸收表面的面積與熱電支架的總的橫截面的面積的 比率。所述比率越大，發(fā)射率應(yīng)該越小。前表面lb和后表面3a的低發(fā)射率特性不需要一 致。在一些其他的實(shí)施方式中，前表面和后表面中只有一個(gè)表現(xiàn)出低發(fā)射率。此外，襯背結(jié)構(gòu)10的內(nèi)表面3b(面向輻射捕獲結(jié)構(gòu)12的后表面3a)可以表現(xiàn)出 低發(fā)射率。所述低發(fā)射率可以是涉及所有的波長(zhǎng)，或者可以是涉及大于約1. 5微米、2微米、 3微米或者4微米的波長(zhǎng)。內(nèi)表面3b的低發(fā)射率特性可類似于輻射捕獲結(jié)構(gòu)的后表面3a 的低發(fā)射率特性，或者可以不同于輻射捕獲結(jié)構(gòu)的后表面3a的低發(fā)射率特性。捕獲結(jié)構(gòu)12 的后表面3a的低發(fā)射率與襯背結(jié)構(gòu)10的內(nèi)表面3b的低發(fā)射率的結(jié)合將在這兩個(gè)表面之 間傳遞的輻射熱減到最小，并因此有助于橫跨熱電轉(zhuǎn)換器的溫差的產(chǎn)生。內(nèi)表面3b可由與襯背結(jié)構(gòu)10的其余部分相同的材料構(gòu)成，尤其是當(dāng)襯背結(jié)構(gòu)由金屬構(gòu)成時(shí)(在這種情況下，應(yīng)當(dāng)在熱電支架之間提供電絕緣以便電流按設(shè)計(jì)的順序流過(guò) 所有的支架，該設(shè)計(jì)的順序通常為串聯(lián)以及有時(shí)為串聯(lián)和并聯(lián)的結(jié)合)。可選地，內(nèi)表面3b 可由不同于襯背結(jié)構(gòu)10的其余部分的材料構(gòu)成，例如，選用在紅外輻射區(qū)中具有增強(qiáng)的反 射率的不同金屬。所述層或者涂層可以是連續(xù)層，或者被劃分成彼此電絕緣的不同區(qū)域，或 者被劃分為電連接在一起的區(qū)域，這也可起到將熱電元件互連的作用。具有高反射率的涂 層(例如金)可以充當(dāng)?shù)洼椛浒l(fā)射器。一般而言，相對(duì)于粗糙金屬表面，拋光金屬可以表現(xiàn) 出較高的反射率，并因此表現(xiàn)出較低的發(fā)射率。如圖2所示，被拋光以改善精致程度的銅表 面產(chǎn)生具有較高反射率的表面，即機(jī)器拋光的銅表面具有最高的反射率，接著是手工拋光 的銅表面和未拋光的銅表面。圖2的反射率的測(cè)量可能具有3% -5%的誤差，因?yàn)樽鳛閰?考的鋁鏡的反射率略低于1 (unity)。因?yàn)榉瓷渎逝c各自的發(fā)射率之和為1，所以在一定波 長(zhǎng)范圍內(nèi)的這種高反射率與該波長(zhǎng)范圍內(nèi)的低發(fā)射率相對(duì)應(yīng)。另外，未氧化的表面相對(duì)于 氧化的表面傾向于具有更低的發(fā)射率。使用低發(fā)射率表面lb、3a、3b的任意組合可起阻止熱量從捕獲結(jié)構(gòu)12傳遞走的作 用，并因此維持橫跨熱電轉(zhuǎn)換器14的相當(dāng)大的溫度梯度。當(dāng)利用多個(gè)低發(fā)射率表面時(shí)，這 些表面可以具有類似的特性，或者具有不同的發(fā)射率特性。在一些實(shí)施方式中，一種或者一 種以上結(jié)構(gòu)的低發(fā)射率特性可在選定的溫度范圍(例如，在太陽(yáng)能-電能發(fā)電機(jī)運(yùn)行期間， 太陽(yáng)能捕獲表面或者捕獲結(jié)構(gòu)的其他部分經(jīng)受的溫度范圍)內(nèi)表現(xiàn)出來(lái)。例如，低發(fā)射率 特性可在如下溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出來(lái)大約0°C至大約1000°C、或者大約50°C至大約500°C、 或者大約50°C至大約300°C、或者大約100°C至大約300°C。在一些實(shí)施方式中，任意層的 低發(fā)射率特性可以在電磁波譜的一種或者一種以上波長(zhǎng)范圍內(nèi)表現(xiàn)出來(lái)。例如，任意層的 低發(fā)射特性可在大于約1. 5微米、2微米、3微米或4微米的波長(zhǎng)表現(xiàn)出來(lái)。在其他實(shí)施方 式中，任意層的低發(fā)射率特性在于在其工作溫度下，表面的總發(fā)射率值小于約0. 1、小于約 0. 05、小于約0. 02或者小于約0. 01。在一些實(shí)施方式中，如前所述，表面可包括一種或者一種以上涂層以便提供期 望的低發(fā)射率特性。在另外的實(shí)施例中，如在下述公開(kāi)出版物中的描述，低發(fā)射率可以 通過(guò)使用多層的金屬介電光子晶體來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述公開(kāi)出版物為Aarayanasywamy，A. et al, "Thermal emission control withone-dimensional metallodielectric photonic crystals, ”Physical ReviewB，70，125101-1 (2004)，通過(guò)引用將其全部并入本文。在一些 實(shí)施方式中，其他一些結(jié)構(gòu)也可以充當(dāng)?shù)桶l(fā)射率表面的一部分。例如，關(guān)于由圖1舉例說(shuō)明 的實(shí)施方式，襯底2還可為低發(fā)射率表面lb的一部分。例如，用作襯底的高反射金屬還可 在紅外線區(qū)域內(nèi)充當(dāng)?shù)桶l(fā)射率表面，而可將在所述金屬之上的一種或一種以上涂層設(shè)計(jì)為 吸收太陽(yáng)輻射。在一些實(shí)施方式中，圖1中的襯背結(jié)構(gòu)的外表面(例如，示例性太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)13 中的表面19)可表現(xiàn)出高發(fā)射率(例如，對(duì)于紅外輻射波長(zhǎng))以便于促進(jìn)輻射冷卻。可以 做到這一點(diǎn)，例如，通過(guò)在襯背結(jié)構(gòu)的外表面上沉積適當(dāng)?shù)耐繉觼?lái)實(shí)現(xiàn)。在圖1所示的實(shí)施方式中，連同本文的其他實(shí)施方式，太陽(yáng)能-電能發(fā)電機(jī)可包括 被封裝(例如，通過(guò)殼體封裝)的部分以使該被封裝的部分處于隔離環(huán)境6(例如，相對(duì)于 大氣壓強(qiáng)被排空的環(huán)境)。優(yōu)選地，所述隔離環(huán)境被選擇用來(lái)將從捕獲結(jié)構(gòu)12傳遞出的熱 量減到最小。因此，一些實(shí)施方式采用壓強(qiáng)比大氣壓強(qiáng)充分低的排空環(huán)境。例如，所述排空環(huán)境可具有小于約1毫托或者小于約10_6托的壓強(qiáng)。如圖1中所描述，殼體5可封裝整個(gè) 裝置13。至少殼體5的頂面對(duì)太陽(yáng)輻射可以是充分透明的，例如，對(duì)太陽(yáng)輻射具有高透射 率、低反射率和低吸收率。可以采用的潛在材料包括不同類型的玻璃或者透明塑料。可以 將一種或者一種以上涂層涂覆在殼體壁的一側(cè)或者一側(cè)以上以達(dá)到期望的特性(例如，低 反射損耗)。在一些實(shí)施方式中，捕獲結(jié)構(gòu)12可以幾乎不與殼體5物理接觸以減少可能從 捕獲結(jié)構(gòu)12傳遞走的熱量。盡管圖1所示的實(shí)施方式可以采用基本封裝整個(gè)太陽(yáng)能_電 能發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)13的殼體5，但其他實(shí)施方式可以通過(guò)可選的方式進(jìn)行配置。例如，太陽(yáng)能捕 獲表面lb可以不被封裝以接收直接入射的太陽(yáng)輻射，而裝置13的剩余部分或者在內(nèi)表面 3a、3b之間的區(qū)域可被封裝以置于排空環(huán)境中。應(yīng)當(dāng)注意，非排空的環(huán)境通常不適用于沒(méi)有 任何光聚集的平板型裝置，但是，如果結(jié)合熱聚集與光聚集，非排空的環(huán)境可以適用。原因 在于，在沒(méi)有光聚集的平板型裝置中，吸收器表面的面積相比支架的橫截面的面積大。如果 所述裝置沒(méi)有被排空，則由于對(duì)流使熱量損耗至周圍環(huán)境，并且降低效率。包含排空環(huán)境的 殼體或其他結(jié)構(gòu)可通過(guò)任何可接受的方式(包括本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的方式)形成。在可選的實(shí)施方式中，本文所論述的殼體和閉合罩可以用來(lái)封閉隔離環(huán)境，其可 具有低導(dǎo)熱性(例如，相對(duì)于周圍大氣)的特性。因此，代替真空，封閉環(huán)境可包括具有低 熱導(dǎo)率的例如惰性氣體(如氬氣的惰性氣體)的氣體。在另外的實(shí)施例中，可在閉合罩內(nèi) 包括隔熱材料以限制熱量的傳遞。例如，捕獲表面的后表面和襯背結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面除了使用 低發(fā)射率層外還可包括附在其中的材料以提供額外的隔離。因此，本文所論述的采用“排空 環(huán)境”的實(shí)施方式還可使用這些可選的環(huán)境來(lái)實(shí)施。所述隔熱材料的實(shí)例為氣凝膠和多層 隔熱。然而，這并不是優(yōu)選的，因?yàn)槲掌骱鸵r底之間的大空間。例如圖1描述的轉(zhuǎn)換器14，當(dāng)橫跨熱電轉(zhuǎn)換器建立起足夠的溫差時(shí)，所述熱電轉(zhuǎn) 換器可發(fā)電。在一些實(shí)施方式中，熱電轉(zhuǎn)換器元件包括P型熱電支架和n型熱電支架，例 如，所述支架在一端熱學(xué)上和電學(xué)上連接以形成結(jié)，如pn結(jié)或者p-金屬-n結(jié)。所述結(jié)可 包括輻射捕獲結(jié)構(gòu)或者與之連接，所述輻射捕獲結(jié)構(gòu)可充當(dāng)熱聚集器，與本文所論述的結(jié) 構(gòu)一致。多種多樣的材料可用于熱電轉(zhuǎn)換器。一般而言，采用具有大ZT值的材料(例如平 均2!~值大于約0.5、0.8、1、1.2、1.4、1.6、1.8、2、3、4或者5的材料)更為有利。這些材料 的一些實(shí)例在下列文獻(xiàn)中有描述2004年10月29日提交的、申請(qǐng)?zhí)枮?0/977，363、公開(kāi)號(hào) 為US 2006-0102224 A1的美國(guó)專利申請(qǐng)和2006年12月1日提交的、申請(qǐng)?zhí)枮?0/872，242 的、名禾爾為"Methods for High-Figure-of-Meritin Nanostructured Thermoelectric Materials”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)，上述兩篇文獻(xiàn)通過(guò)引用全部并入本文中。關(guān)于p型和n型材料，這種對(duì)材料進(jìn)行摻雜可通過(guò)例如使用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知 的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。摻雜后的材料大體上可以是具有一定摻雜水平的單一材料，或者摻雜后的 材料可包括結(jié)合使用的多種材料，在一些實(shí)例中被稱為分段結(jié)構(gòu)。熱電轉(zhuǎn)換器還可以采用 層疊式熱電發(fā)電機(jī)，其中，兩個(gè)或者兩個(gè)以上不同的發(fā)電機(jī)連接，每個(gè)發(fā)電機(jī)在不同的溫度 范圍下工作。例如，每個(gè)p-n對(duì)可以是一疊p-n對(duì)，設(shè)計(jì)每個(gè)對(duì)在選定溫度下工作。在一些 實(shí)例中，分段結(jié)構(gòu)和/或?qū)盈B結(jié)構(gòu)適于在大的溫度范圍內(nèi)使用，以便適當(dāng)?shù)牟牧显谄涔ぷ?最佳的溫度范圍內(nèi)使用。p型和n型元件的布局可以以能使太陽(yáng)能-電能發(fā)電機(jī)工作的任何方式變化。例 如，p型和n型元件可以以具有周期性或者缺乏周期性的模式進(jìn)行設(shè)置。圖1給出了一個(gè)
12實(shí)施例，其中，P型支架7和n型支架8被緊密地聚集在一起以形成熱電轉(zhuǎn)換器14。轉(zhuǎn)換 器支架或者單個(gè)轉(zhuǎn)換器支架的聚集方式可以是相等地或者不相等地間隔開(kāi)?？墒褂萌魏螖?shù) 目(包括只有一對(duì))的成對(duì)的P型元件和n型元件。如用來(lái)舉例說(shuō)明的圖3所示的太陽(yáng) 能_電能發(fā)電機(jī)100，另一種可能的結(jié)構(gòu)可將p型元件和n型元件間隔開(kāi)更遠(yuǎn)的距離。裝 置100在某些方面類似于圖1所示的太陽(yáng)能_電能發(fā)電機(jī)13，裝置100具有如下結(jié)構(gòu)用 于提供相對(duì)于大氣壓強(qiáng)的排空環(huán)境6’的屏障結(jié)構(gòu)5’、具有捕獲表面1’的捕獲結(jié)構(gòu)12’、襯 背結(jié)構(gòu)10’以及電極9’。捕獲結(jié)構(gòu)12’和襯背結(jié)構(gòu)10’可由金屬材料構(gòu)成。所述金屬材料 (可以形成層2b’ )可以充當(dāng)襯背結(jié)構(gòu)10’或者層2a’、層2b’的散熱器以在結(jié)構(gòu)7’、結(jié)構(gòu) 8，的兩端上的熱電結(jié)構(gòu)7’、熱電結(jié)構(gòu)8’之間提供電連接。應(yīng)當(dāng)注意，襯背結(jié)構(gòu)10’上的層 2b’被絕緣塊20隔開(kāi)以避免結(jié)構(gòu)7’、結(jié)構(gòu)8’的短路。因此，應(yīng)當(dāng)理解，如在本文的各種實(shí) 施方式中采用的涂層和/或?qū)涌梢允沁B續(xù)的或者非連續(xù)的以提供期望的功能，例如電連接 的期望結(jié)構(gòu)。任選地，與本文所述的一些實(shí)施方式一致，金屬材料2a’表面和金屬材料2b’ 表面之一或者兩者可被拋光成具有低發(fā)射率。在圖3所示的裝置100中，相對(duì)于圖1所示 那樣，n型熱電元件7’和p型熱電元件8’被隔開(kāi)更遠(yuǎn)的距離。當(dāng)在太陽(yáng)能熱電發(fā)電機(jī)中 采用多個(gè)熱電轉(zhuǎn)換器元件時(shí)，P型和n型熱電元件可以被(如均勻地)隔開(kāi)而不是被聚集 在一起。例如，考慮到熱損耗僅僅是由于輻射以及使用銅材料作為吸收器，那么支架間的間 隔大小可為0. 3m。例如，與太陽(yáng)能水加熱系統(tǒng)一起使用的發(fā)電機(jī)13，相比與太陽(yáng)能熱電站 一起使用的發(fā)電機(jī)13，所述支架可以被更遠(yuǎn)地間隔開(kāi)。例如，對(duì)于與太陽(yáng)能水加熱系統(tǒng)一起 使用，所述支架可被間隔開(kāi)15mm至50mm，例如大約25mm至50mm。對(duì)于與太陽(yáng)能熱電廠一 起使用，所述支架可被間隔開(kāi)小于20mm，例如1mm至15mm。圖4描述了熱電轉(zhuǎn)換器元件的另一種可能的布局，其中，多個(gè)熱電轉(zhuǎn)換器的多個(gè) 熱電轉(zhuǎn)換器元件(支架)210被聚集成間隔開(kāi)的組220。熱電轉(zhuǎn)換器元件210的組220被屏 障230封裝以將整體圍封在排空環(huán)境中。當(dāng)太陽(yáng)輻射非均勻地分散在一個(gè)或一個(gè)以上太陽(yáng) 輻射捕獲表面時(shí)(如在使用本文所述的光聚集器的實(shí)施方式中)，使用這種布局是有利的。 即使沒(méi)有采用光聚集器，例如，轉(zhuǎn)換器元件的布局可被配置成當(dāng)太陽(yáng)黑子在捕獲表面上方 傳播一整天時(shí)，跟隨所述太陽(yáng)黑子的路徑。對(duì)于如圖4所示的布局，所述組在物理上分離。 然而，應(yīng)該理解，在轉(zhuǎn)換器元件的組被稀疏地相互分離的情況下，裝置可以作為單一實(shí)體實(shí) 現(xiàn)。熱電轉(zhuǎn)換器元件的空間分布也會(huì)影響太陽(yáng)能-熱電發(fā)電機(jī)的發(fā)電性能。在一些 實(shí)施方式中，熱電轉(zhuǎn)換器元件在空間上布局以在該熱電轉(zhuǎn)換器元件的高溫部和低溫部之間 建立起最小的溫差。所述最小的溫差可大于約40 V、50°C、60 V、70°C、80°C、100°C、150°C、 200°C、25(TC、28(rC或者300°C。在一些實(shí)例中，當(dāng)沒(méi)有使用光聚集時(shí)，橫跨所述熱電轉(zhuǎn) 換器的溫度差可以通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)將所述轉(zhuǎn)換器的低溫端保持在低于約95°C、90°C、 80°C、70°C、6(rC或者優(yōu)選地低于約50°C的溫度，而將所述轉(zhuǎn)換器的高溫端提升至不大于約 350°C的溫度。對(duì)于低太陽(yáng)能聚集(例如，不大于大約2倍至大約4倍的入射太陽(yáng)輻射的聚 集)，所述溫度可以不大于約500°C。所述溫度差可保證所述太陽(yáng)能_熱電發(fā)電機(jī)在高效率 下工作。具體而言，這些溫度的詳細(xì)說(shuō)明可用于只使用入射太陽(yáng)輻射(即未聚集的輻射) 和/或聚集的太陽(yáng)輻射的熱電發(fā)電機(jī)?？蛇x地，或者此外，實(shí)施方式可以采用如下熱電轉(zhuǎn)換器的空間分布所述熱電轉(zhuǎn)換器在其各自端部之間提供有限的導(dǎo)熱性。當(dāng)大部分熱量被設(shè)計(jì)成經(jīng)過(guò)所述熱電轉(zhuǎn)換器時(shí)， 這意味著所述轉(zhuǎn)換器的導(dǎo)熱性將大于總導(dǎo)熱性的50%，甚至大于總導(dǎo)熱性的95%。否則， 大部分熱量將從其他傳導(dǎo)路徑耗散。然而，所述轉(zhuǎn)換器應(yīng)當(dāng)被設(shè)計(jì)成對(duì)于支架具有小熱導(dǎo) 率。導(dǎo)熱性還會(huì)受到熱電轉(zhuǎn)換器支架的長(zhǎng)度的限制-較長(zhǎng)支架允許較小導(dǎo)熱性。因此，一 些實(shí)施方式通過(guò)所述支架限制支架的橫截面面積與長(zhǎng)度的比率以幫助減少導(dǎo)熱性。例如支 架的橫截面面積與該支架長(zhǎng)度的比率可在約0.0001米至約1米的范圍內(nèi)。還可以使用太 陽(yáng)能吸收器到成套熱電轉(zhuǎn)換器的總的橫截面面積減縮率(大約10 1和1000 1)以幫 助減少導(dǎo)熱性。在一些實(shí)施方式中，所述熱電轉(zhuǎn)換器和/或所述轉(zhuǎn)換器的支架以稀疏方式(例如， 相對(duì)于太陽(yáng)能捕獲表面或襯背結(jié)構(gòu))分布。熱電元件的稀疏分布有助于減少通過(guò)所述元件 從其高溫端到低溫端的散熱。圖1和圖3中描述的熱電轉(zhuǎn)換器元件的布局提供了稀疏分布 的元件的一些例證性的實(shí)施方式。在一些實(shí)施方式中，一個(gè)或一個(gè)以上熱電轉(zhuǎn)換器元件相對(duì)于太陽(yáng)能捕獲表面稀疏 分布，稀疏度是通過(guò)太陽(yáng)能捕獲面積(本文稱“捕獲面積”)與與轉(zhuǎn)換器元件相關(guān)聯(lián)的總的 橫截面面積(本文稱“轉(zhuǎn)換器面積”)的相對(duì)比率衡量。所述捕獲面積可由用于暴露于太陽(yáng) 輻射以產(chǎn)生熱量的選定太陽(yáng)能捕獲表面的總面積定義。所述轉(zhuǎn)換器面積可由熱電轉(zhuǎn)換器元 件或一些熱電轉(zhuǎn)換器元件的總的有效的截面面積定義。例如，參考圖1，假定4個(gè)p型和n 型元件全部在幾何上與統(tǒng)一的橫截面面積類似，所述“轉(zhuǎn)換器面積”可以定義為P型元件或 n型元件的橫截面面積的4倍，每個(gè)元件的橫截面由位于平行于捕獲表面lb的與所述元件 交叉的假想平面的橫截面面積定義。通常，隨著捕獲面積與轉(zhuǎn)換器面積的比率的增加，轉(zhuǎn)換 器元件的分布越來(lái)越稀疏，即相對(duì)于太陽(yáng)能捕獲表面的總量熱電轉(zhuǎn)換器元件越來(lái)越少。本文公開(kāi)的各種實(shí)施方式可以利用一定范圍的捕獲面積與轉(zhuǎn)換器面積的比率。在 一些實(shí)施方式中，太陽(yáng)能-電能發(fā)電機(jī)可具有如下特征捕獲面積與轉(zhuǎn)換器面積的比率等 于或大于約200、約400、約500或約600。所述實(shí)施方式是有利的，尤其是當(dāng)采用具有在不 使用太陽(yáng)能聚集器的情況下捕獲太陽(yáng)輻射的平板結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能_熱電發(fā)電機(jī)的時(shí)候。在一 些實(shí)施方式中，太陽(yáng)能-熱電發(fā)電機(jī)可具有如下特征捕獲面積與轉(zhuǎn)換器面積的比率大于 約2、5、10、50、100、200或300。所述實(shí)施方式是有利的，尤其是當(dāng)采用捕獲聚集的太陽(yáng)輻射 的太陽(yáng)能-電能發(fā)電機(jī)(即，太陽(yáng)能聚集器用于收集和聚集入射到太陽(yáng)能捕獲表面上的太 陽(yáng)輻射)的時(shí)候。盡管所論述的實(shí)施方式對(duì)于所論述的特定結(jié)構(gòu)是有利的，但應(yīng)當(dāng)理解，所 述實(shí)施方式的范圍并不局限于所述特定結(jié)構(gòu)。例如，圖23示出了太陽(yáng)能熱電轉(zhuǎn)換器的效率的一些示例性的計(jì)算結(jié)果。圖23A示 出了對(duì)于不同的光聚集比率效率作為無(wú)量綱品質(zhì)因數(shù)ZT的函數(shù)。對(duì)應(yīng)于每一個(gè)光聚集比 率，還有最適宜的熱聚集比率(太陽(yáng)能吸收表面與熱電支架的總的橫截面面積的比率)。應(yīng) 當(dāng)理解，這些支架可布置成不同的結(jié)構(gòu)，如圖1和圖3中所舉例的那樣。有時(shí)，所述支架的 一小部分可聚集在一起，而有時(shí)，所述支架可稀疏地并且均勻地分隔開(kāi)，并且還有時(shí)，所述 支架可不規(guī)則地分隔開(kāi)。應(yīng)當(dāng)理解，在這些可能的結(jié)構(gòu)中的每一種結(jié)構(gòu)中，吸收器表面的溫 度不均勻性小，優(yōu)選地將所述溫度不均勻性保持在不超出rC、5°C、10°C、50°C或100°C。圖 23C示出了模擬條件下(具有給定的光聚集，選擇性表面特性等)的熱端溫度?；谶@些圖， 顯然對(duì)于每一個(gè)光聚集比率，通常都有最適宜的熱聚集比率(決定了支架之間的間隔以及所述支架的橫截面面積)以及最適宜的熱表面溫度。存在最適宜的熱端溫度的 原因如下 如果熱表面溫度太高，則來(lái)自該熱表面的輻射損耗太多。如果熱表面溫度太低，則熱電裝置 的效率降低。應(yīng)當(dāng)理解，上述這些僅為示例性的情況，并且允許存在各種靈活的設(shè)計(jì)。例如， 通過(guò)改變熱電支架的橫截面面積，可使用光聚集并且仍保持所述熱端溫度在預(yù)先設(shè)定的溫度。光聚集器結(jié)構(gòu)下面公開(kāi)的一些實(shí)施方式采用適于與一個(gè)或一個(gè)以上光聚集器一起使用的太陽(yáng) 能熱電發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)。光聚集器是指一種或一種以上能收集入射太陽(yáng)輻射并且能聚集所述太 陽(yáng)輻射的裝置。所述光聚集器通常還可將聚集的太陽(yáng)輻射指引到諸如太陽(yáng)能捕獲表面的目 標(biāo)區(qū)域。在采用光聚集器的許多實(shí)施方式中，所述光聚集器通過(guò)更有效地加熱所述熱電轉(zhuǎn) 換器的高溫端，可有助于產(chǎn)生橫跨所述熱電轉(zhuǎn)換器的較高溫差，這會(huì)使得由所述轉(zhuǎn)換器輸 出可能更多的電。在可能維持太陽(yáng)能-電能發(fā)電機(jī)的性能的同時(shí)，光聚集器還可能與具有 較低的熱聚集容量的太陽(yáng)能捕獲結(jié)構(gòu)(例如，較小的太陽(yáng)能捕獲表面和/或表現(xiàn)出較大的 熱損耗的捕獲結(jié)構(gòu))一起使用。盡管圖1、圖3和圖4所描述的實(shí)施方式可適于用在利用 入射太陽(yáng)輻射(即，非聚集的太陽(yáng)輻射)的情況下，但所述實(shí)施方式還可與光聚集器聯(lián)合使 用，利用本文所論述的任何數(shù)目的技術(shù)特征。類似地，關(guān)于太陽(yáng)能聚集器而明確論述的一些 太陽(yáng)能-熱電發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)不是必須需要這樣的太陽(yáng)能聚集器。包括使用光聚集器的太陽(yáng)能-熱電發(fā)電機(jī)的一些實(shí)施方式由圖5A-圖5C所示的 示例性裝置圖示。如圖5A所示，太陽(yáng)能-電能發(fā)電機(jī)510可包括光聚集器、輻射捕獲結(jié)構(gòu)、 熱電轉(zhuǎn)換器元件和襯背結(jié)構(gòu)。對(duì)于圖5中描述的特定裝置，光聚集器被用作傳輸元件511， 即能夠經(jīng)其傳輸太陽(yáng)輻射的元件。傳輸元件可具體為成像或非成像透鏡或者能聚集并指 引太陽(yáng)輻射的其他傳輸結(jié)構(gòu)。如圖5A所述，入射太陽(yáng)輻射517可通過(guò)傳輸元件511聚集為 被指引到所述輻射捕獲結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能捕獲結(jié)構(gòu)512上的聚集的太陽(yáng)輻射518。在這個(gè)實(shí)施 例中，光聚集器511包括會(huì)聚透鏡，其中，輻射捕獲結(jié)構(gòu)512接近所述會(huì)聚透鏡的焦點(diǎn)安置 以接收所述聚集的太陽(yáng)輻射。太陽(yáng)輻射的聚集可潛在地允許使用相對(duì)于利用入射太陽(yáng)輻射 的設(shè)計(jì)較小的太陽(yáng)能捕獲表面。這種太陽(yáng)輻射的捕獲可以使輻射捕獲結(jié)構(gòu)產(chǎn)生熱量，所述 輻射捕獲結(jié)構(gòu)進(jìn)而將熱電轉(zhuǎn)換器516的n型元件514和p型元件515的熱連接端加熱。所 述襯背結(jié)構(gòu)可配置為聯(lián)合電極/散熱器513的結(jié)構(gòu)，該襯背結(jié)構(gòu)可在n型元件514和p型 元件515之間提供電連接，并且提供與散熱器的熱連接以降低所述轉(zhuǎn)換器元件的相反端的 溫度。圖5B描述了太陽(yáng)能_電能發(fā)電機(jī)的另一種實(shí)施方式。對(duì)于太陽(yáng)能_電能發(fā)電機(jī) 520，成套的反射元件521和反射元件522充當(dāng)太陽(yáng)能聚集器。反射元件可用以改變輻射的 方向而無(wú)需輻射實(shí)質(zhì)穿過(guò)該元件。反射鏡和具有其他類型的反射涂層的結(jié)構(gòu)可充當(dāng)反射元 件。對(duì)于圖5B所示的特定實(shí)施方式，入射太陽(yáng)輻射517由結(jié)構(gòu)524指引到反射鏡面521， 在本實(shí)施例中所述反射鏡面被放置在熱電轉(zhuǎn)換器525的低溫端附近。結(jié)構(gòu)524任選地是透 明的和/或類似框架，可以支撐所述反射鏡并且向下指引太陽(yáng)輻射使得可以通過(guò)較低的襯 底實(shí)現(xiàn)散熱。輻射反射元件521將入射到其上的輻射反射到反射元件522，該反射元件522 進(jìn)而反射太陽(yáng)輻射到輻射捕獲表面523上用于加熱熱電轉(zhuǎn)換器525的高溫端。在一些實(shí)例 中，反射元件521具有彎曲的形狀(例如，拋物面)，反射表面使反射光聚集到反射元件522上(例如，反射元件522可位于反射元件521的曲率中心附近)。所述聚集的太陽(yáng)輻射隨后 通過(guò)反射元件522被指弓|，在一些實(shí)例中，反射元件522其自身還可將太陽(yáng)輻射聚集到輻射 捕獲結(jié)構(gòu)523上。在圖5C圖示的實(shí)施方式中采用了另一種可選的光聚集器。太陽(yáng)能-電能發(fā)電機(jī) 530可包括用于收集并聚集入射太陽(yáng)輻射的太陽(yáng)能收集傳輸器531。太陽(yáng)能收集傳輸器531 可與輻射捕獲結(jié)構(gòu)532緊密連接(例如，太陽(yáng)能收集傳輸器531與輻射捕獲結(jié)構(gòu)532接觸 或者二者之間具有非常小的間隙或者二者之間具有薄材料)以直接地引導(dǎo)聚集的太陽(yáng)輻 射到所述捕獲結(jié)構(gòu)，潛在地產(chǎn)生更有效的能量傳遞。捕獲結(jié)構(gòu)532與傳輸器531可直接接 觸?？蛇x地，薄的隔熱體(例如，由多孔玻璃或聚合材料制成)可置于結(jié)構(gòu)531和結(jié)構(gòu)532 之間。由于與熱電轉(zhuǎn)換器元件533的較近的熱連接，所述實(shí)施方式也可在不需要將所述裝 置封裝在排空環(huán)境的情況下實(shí)施。同樣，當(dāng)太陽(yáng)能的聚集程度高時(shí)(例如，超過(guò)入射太陽(yáng)輻 射的10倍或50倍)，對(duì)流損耗就不太重要了。然而，應(yīng)當(dāng)理解，所述裝置也可用在排空環(huán)境 中。一些實(shí)施方式針對(duì)如下太陽(yáng)能-電能發(fā)電機(jī)相對(duì)于圖5A-圖5C所述的那樣，在 該太陽(yáng)能-電能發(fā)電機(jī)中，熱電轉(zhuǎn)換器以替代的結(jié)構(gòu)排列。如圖6所示，可配置熱電轉(zhuǎn)換器 614以便該熱電轉(zhuǎn)換器614的n型元件(支架)614a和p型元件(支架)614b沿路徑排列， 例如形成兩端601。如圖6A所具體例舉的，兩個(gè)支架的端601限定了大體線性的程度。所 述元件為P型支架614a和n型支架614b，每一個(gè)支架的特征在于伸長(zhǎng)方向(本文也稱為軸 向)，盡管其他支架結(jié)構(gòu)還可采用例如彎曲形狀。在本實(shí)施例中，所述支架布置在共同平面 內(nèi)，其軸向方向大體上相互對(duì)齊。更一般地，具有軸向方向的所述支架可相對(duì)彼此成一定角 度布置在共同平面內(nèi)，其中所述角度的范圍可以為0度(即相互對(duì)齊)到小于大約180度， 或者大約45度到大約180度，或者大約90度到大約180度。在其他實(shí)施方式中，三個(gè)或三 個(gè)以上支架可以以變化的相對(duì)角度連接。在圖6A中，支架614a和支架614b以線性結(jié)構(gòu)排 列。特別地，相對(duì)于圖5A-圖5C所示的垂直布置的支架，支架614a和支架614b可水平布 置。所述結(jié)構(gòu)可提供許多潛在的優(yōu)點(diǎn)。例如，由于所述熱電轉(zhuǎn)換器的整個(gè)裝置的殼體可具 有較低的外形，與采用垂直方向的支架相比，水平方向的支架可提供更加堅(jiān)固的機(jī)械結(jié)構(gòu)。 如本文所述，所述較低的外形結(jié)構(gòu)可有助于構(gòu)建用于太陽(yáng)能-電能發(fā)電機(jī)的平板結(jié)構(gòu)和/ 或當(dāng)所述實(shí)施方式進(jìn)一步采用排空環(huán)境時(shí)有助于為封裝提供較小的體積。如圖6A所述，元件614a和元件614b共享位于熱電轉(zhuǎn)換器614的端601之間的接 合處617。對(duì)于此處所示的實(shí)施方式，接合處617包括充當(dāng)捕獲結(jié)構(gòu)的熱收集器616，盡管 所述接合處還可包括用于在元件614a和元件614b之間提供熱連接和/或電連接的其他類 型的元件?？蛇x地，p型元件61如和11型元件614b可在物理上接觸以形成所述接合處。可 使用一個(gè)或一個(gè)以上輻射收集器以收集和捕獲入射輻射，并且指引聚集的輻射到所述熱電 轉(zhuǎn)換器上以便加熱所述接合處。對(duì)于圖6A的特定實(shí)例，透鏡611指引聚集的太陽(yáng)輻射到熱 收集器616，這使得在收集器616中可產(chǎn)生熱量。由于熱收集器616與接合處617熱連接， 熱收集器616將其中產(chǎn)生的熱量(或者所述熱量的至少一部分)傳遞至所述接合處，從而 使接合處617達(dá)到提升的溫度。如本文關(guān)于其他實(shí)施方式所述，熱收集器616還可以是太 陽(yáng)輻射吸收器，同時(shí)具有低發(fā)射率。所述熱收集器的材料的例子為一層或一層以上碳石墨 層。此外，結(jié)構(gòu)612和結(jié)構(gòu)613可充當(dāng)散熱器以保持元件614a和元件614b的連接端在較低的溫度，使熱電轉(zhuǎn)換器614發(fā)電。如圖6A和圖6B所述，應(yīng)當(dāng)理解，捕獲結(jié)構(gòu)可使用多種多樣的幾何形狀，所述捕獲 結(jié)構(gòu)可充當(dāng)用于將熱能指引至接合處的熱聚集器。在一些實(shí)施方式中，使用相對(duì)于所述接 合處(熱能被指引至該接合處)具有相對(duì)大的捕獲面積的捕獲結(jié)構(gòu)是有利的。圖6C示意 性地示出了作為導(dǎo)熱元件630的捕獲結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例，導(dǎo)熱元件630可與熱電轉(zhuǎn)換器650 的接合處640熱連接以將由于暴露于太陽(yáng)輻射而產(chǎn)生的熱量傳遞至接合處640。導(dǎo)熱元件 630與輻射捕獲部分632 —起具有蘑菇狀的外形，其中輻射捕獲部分632可響應(yīng)暴露于太陽(yáng) 輻射而產(chǎn)生熱量。也可以采用其他形狀。適于與接合處640熱連接的導(dǎo)熱桿634提供了輻 射捕獲部分632與連接處640之間的熱路徑。還可采用相對(duì)于所述接合處面積具有用于太 陽(yáng)輻射捕獲的較大捕獲面積的捕獲結(jié)構(gòu)的其他實(shí)施例。雖然圖6A所示的裝置610使用了一個(gè)熱電轉(zhuǎn)換器，但應(yīng)當(dāng)理解，其他實(shí)施方式可 使用多個(gè)熱電轉(zhuǎn)換器。圖6B示出了這種結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例，圖6B描述了在太陽(yáng)能-電能 發(fā)電機(jī)620中的兩個(gè)熱電轉(zhuǎn)換器(熱電轉(zhuǎn)換器614和熱電轉(zhuǎn)換器615)。轉(zhuǎn)換器614和轉(zhuǎn)換 器615中的每一個(gè)具有p型支架614a或p型支架615b和n型支架614b或n型支架615a， 其中相應(yīng)的P型支架與n型支架熱連接和電連接。轉(zhuǎn)換器614和轉(zhuǎn)換器615共享包括導(dǎo)熱 體616的共同的接合處618。在這個(gè)實(shí)施方式中，所述兩個(gè)轉(zhuǎn)換器的p型支架和n型支架被 大體上置于共同平面內(nèi)。接合處618位于轉(zhuǎn)換器615的端602之間以及位于轉(zhuǎn)換器614的 端603之間。光聚集器611指引太陽(yáng)輻射到所述導(dǎo)熱體上，并且因此指引到接合處618上 以加熱所述轉(zhuǎn)換器支架614a、支架614b、支架615a和支架615b的端部，即轉(zhuǎn)換器614和 轉(zhuǎn)換器615的高溫端。在這個(gè)實(shí)施例中，所述光聚集器包括會(huì)聚透鏡，所述會(huì)聚透鏡相對(duì)熱 電轉(zhuǎn)換器615和熱電轉(zhuǎn)換器614放置以使該會(huì)聚透鏡的主軸PA大體上平行于共同平面，其 中P型熱電支架和n型熱電支架布置在共同平面內(nèi)。轉(zhuǎn)換器614和轉(zhuǎn)換器615的堆疊方向 和水平方向有助于設(shè)計(jì)低外形、機(jī)械上更加堅(jiān)固的太陽(yáng)能_電能發(fā)電機(jī)。對(duì)于圖5A、圖5B、圖5C、圖6A、圖6B和圖6C所述的各種元件，所述元件可包括與 對(duì)本發(fā)明的其他各種實(shí)施方式進(jìn)行描述的這些元件相關(guān)的任何特征或變化。因此，例如可 以任何組合方式實(shí)施如下技術(shù)特征使用一個(gè)或一個(gè)以上低發(fā)射率表面、以平板結(jié)構(gòu)配置 裝置、將裝置或該裝置的部分封裝在隔離(例如，排空)環(huán)境以及空間上分布熱電轉(zhuǎn)換器。同樣，圖5A、圖5B、圖5C、圖6A、圖6B和圖6C所示的實(shí)施方式可使用額外的組件 以提高太陽(yáng)能_電能發(fā)電機(jī)的性能。例如，如圖6A所示，在一些實(shí)施方式中可包括太陽(yáng)能 跟蹤裝置660以保持入射太陽(yáng)輻射在一個(gè)或一個(gè)以上太陽(yáng)能聚集器元件611上。通常，所 述太陽(yáng)能跟蹤裝置可包括用于移動(dòng)太陽(yáng)能聚集器611的一個(gè)或一個(gè)以上元件以跟蹤太陽(yáng) 運(yùn)動(dòng)的機(jī)械裝置665以便幫助加強(qiáng)太陽(yáng)能捕獲?？蛇x地，太陽(yáng)能跟蹤裝置也可用于沒(méi)有太 陽(yáng)能聚集器的系統(tǒng)。在這種實(shí)例中，熱電模塊可包括太陽(yáng)能捕獲表面，其中，所述跟蹤裝置 可移動(dòng)所述捕獲表面以保持入射太陽(yáng)輻射撞擊到所述表面上。雖然本文所述的一些實(shí)施方 式可配置為在沒(méi)有跟蹤裝置的情況下使用，但應(yīng)當(dāng)理解，太陽(yáng)跟蹤裝置通?？膳c本發(fā)明公 開(kāi)的任何實(shí)施方式一起使用，除非明確禁止。本發(fā)明的其他實(shí)施方式針對(duì)如下太陽(yáng)能_電能發(fā)電機(jī)所述太陽(yáng)能_電能發(fā)電機(jī) 使用可在多個(gè)區(qū)域聚集太陽(yáng)輻射以加熱一個(gè)或一個(gè)以上太陽(yáng)能捕獲結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能收集器。 一些實(shí)施方式使用如圖7中示例的多個(gè)反射太陽(yáng)能收集器。如圖7所述，多個(gè)太陽(yáng)能收集器(如太陽(yáng)能收集器710和太陽(yáng)能收集器720)具體為被配置以形成多個(gè)槽(如槽711和 槽721)的成套的反射鏡面(如反射鏡面713、反射鏡面715、反射鏡面723、反射鏡面725)。 熱電模塊717和熱電模塊727可分別置于槽711和槽721內(nèi)。所述反射鏡面713、反射鏡 面715、反射鏡面723和反射鏡面725可將太陽(yáng)輻射反射到槽711和槽721內(nèi)以便所述太陽(yáng) 輻射撞擊在熱電模塊717和熱電模塊727各自的捕獲表面上。所述熱電轉(zhuǎn)換器和光聚集器 的這種布局除如圖中所示之外可進(jìn)行擴(kuò)展。在這種情況下，太陽(yáng)能收集器710和太陽(yáng)能收 集器720的彼此相對(duì)的兩個(gè)傾斜的反射面715和反射面723使光能集中在熱電轉(zhuǎn)換器717 的輻射捕獲表面上。類似地，許多其他的熱電轉(zhuǎn)換器可通過(guò)反射來(lái)自兩個(gè)光聚集器的兩個(gè) 相對(duì)的反射面的輻射來(lái)接收聚集的太陽(yáng)輻射。這種結(jié)構(gòu)可用于提供低程度的太陽(yáng)輻射聚集 (例如，大于1倍并且高達(dá)約4倍入射太陽(yáng)輻射的太陽(yáng)能通量)。所述太陽(yáng)能收集器可適合 于當(dāng)太陽(yáng)和地球相對(duì)彼此移動(dòng)的時(shí)候在所述槽中可不斷地收集大量的太陽(yáng)輻射。因此，在 這些實(shí)施方式的一些應(yīng)用中可避免使用太陽(yáng)能跟蹤裝置，盡管在其他應(yīng)用中可使用所述跟 蹤裝置。在可選的實(shí)施方式中，圖7的V形收集器可作為二級(jí)收集器使用，其中，具有太陽(yáng) 能跟蹤裝置的大的太陽(yáng)能聚集器用于將太陽(yáng)輻射投射到所述V形收集器上。同樣，可縮小 V形收集器以使其適合在屏障結(jié)構(gòu)包圍的隔離環(huán)境中。圖7所示的多個(gè)熱電模塊具體為平板裝置，每個(gè)所述平板裝置封裝在排空環(huán)境 中。應(yīng)當(dāng)理解，可使用包括本文公開(kāi)的裝置的任何裝置或特征的其他模塊結(jié)構(gòu)來(lái)代替。然 而，在一些實(shí)施方式中，可選擇與可由所述太陽(yáng)能收集器產(chǎn)生的太陽(yáng)能通量一致的模塊 (例如，使用入射太陽(yáng)輻射值的1至大約4倍的太陽(yáng)輻射能通量工作的模塊，這可由收集角 度決定的)。還應(yīng)當(dāng)理解，盡管圖7描述了二維布局，槽還可以以三維布局方式實(shí)現(xiàn)，其中， 考慮到太陽(yáng)能_電能模塊的三維分布，每個(gè)槽更類似窖。使用多個(gè)太陽(yáng)收集器的太陽(yáng)能-電能發(fā)電機(jī)的其他實(shí)施方式可以使用不同類型 的太陽(yáng)能收集器以不同的布局方式配置。例如，在圖8A的立體圖中以及在圖8B的局部剖 視圖中描述的太陽(yáng)能-電能發(fā)電機(jī)810。具體為多個(gè)透鏡結(jié)構(gòu)825的太陽(yáng)能收集器組合件 820用來(lái)捕獲入射太陽(yáng)輻射。每個(gè)透鏡結(jié)構(gòu)825可聚集并指引太陽(yáng)輻射至熱電模塊830，其 中為每個(gè)透鏡結(jié)構(gòu)825提供各自的模塊830。每個(gè)模塊830可以在包括本申請(qǐng)所描述的任 何結(jié)構(gòu)在內(nèi)的許多結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)。如圖8B所描述，每個(gè)模塊830可配置為在水平方向上(如 圖6A和6B所示)的成套熱電轉(zhuǎn)換器。因此，透鏡結(jié)構(gòu)825可適用于指引太陽(yáng)輻射至所述 模塊830的相應(yīng)接合處。模塊830可以與襯背結(jié)構(gòu)840連接，該襯背結(jié)構(gòu)840可任選地配 置為散熱器以保持所述轉(zhuǎn)換器的端部831處于相對(duì)于高溫端部832的較低溫度。如圖7示 例的實(shí)施方式，使用多透鏡結(jié)構(gòu)825可指引太陽(yáng)輻射至特定位置，并且潛在地減少對(duì)太陽(yáng) 能跟蹤裝置的需求。盡管圖7和圖8舉例說(shuō)明了一些示例性的多個(gè)聚集器與多個(gè)熱電模塊一起使用的 實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)理解，聚集器還可配置為與單個(gè)熱電模塊一起使用。圖9示出了這種配置的 一個(gè)實(shí)施例。成套的太陽(yáng)能收集器(例如透鏡結(jié)構(gòu)920)可用于捕獲并聚集入射太陽(yáng)輻射 至熱電模塊910，該熱電模塊910可以用來(lái)根據(jù)聚集的太陽(yáng)輻射產(chǎn)生電。所述模塊可包括 描述圖1所示模塊的許多特征(例如，低發(fā)射率表面、平板結(jié)構(gòu)和/或排空環(huán)境)。對(duì)于圖 9所描述的特定結(jié)構(gòu)，模塊910可包括相對(duì)于捕獲結(jié)構(gòu)913被間隔開(kāi)的p型支架與n型支 架915的組群916。每個(gè)透鏡結(jié)構(gòu)920可適用于指引聚集的太陽(yáng)輻射至捕獲結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能收集表面的部911，其中部911可與支架915的組群916的最接近的位置一致。應(yīng)當(dāng)理解，根 據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，可采用圖9所描述系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的各種變形(對(duì)于圖7和圖8同樣如 此)。例如，可采用不同結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能收集器(例如，使用適當(dāng)配置的反射面)代替所述透 鏡結(jié)構(gòu)。對(duì)于圖9所示的模塊，還可使用一種光學(xué)聚集器。在這種實(shí)例中，即使所述裝置不 使用跟蹤，焦點(diǎn)/聚集的光點(diǎn)也可以隨著太陽(yáng)移動(dòng)。本裝置中的一個(gè)熱電單元由于縮小的 尺寸可產(chǎn)生較高的效率，并因此產(chǎn)生較低的輻射損耗。盡管圖7至圖9所描述的實(shí)施方式已經(jīng)示出了使用具有太陽(yáng)能聚集器的各種熱電模塊結(jié)構(gòu)，但是使用其他模塊設(shè)計(jì)也是可能的。在圖IOA和圖IOB中描述了一種可選的模塊 設(shè)計(jì)及其應(yīng)用。如圖IOA所示，可具體為菲涅爾透鏡或者其他類型的衍射元件的太陽(yáng)能收 集器1010用于將聚集的太陽(yáng)輻射集中至熱電模塊1020，該熱電模塊1020可與散熱器1030 熱連接(或者更一般地與支撐結(jié)構(gòu)連接)。可能的其他類型的太陽(yáng)能收集器包括使用一個(gè) 或一個(gè)以上透鏡元件、反射元件和/或折射元件。在一些實(shí)施方式中，熱電模塊1020可與 散熱器1030可拆裝地連接(例如，機(jī)械連接、熱連接和/或電連接)。因此，熱電模塊1020 可容易地被替換成所述散熱器以加強(qiáng)所述系統(tǒng)的維護(hù)。在圖IOA的放大框1025中提供了熱電模塊1020的更加詳細(xì)的視圖。熱電模塊 1020可包括將熱電模塊1020封閉在隔離環(huán)境中的屏障結(jié)構(gòu)1021 (在本例中為類似球狀物 的結(jié)構(gòu))。所述隔離環(huán)境可以是相對(duì)于大氣壓強(qiáng)的排空環(huán)境，或者所述隔離環(huán)境可包含相 對(duì)于環(huán)境大氣具有低導(dǎo)熱性的大氣。一些實(shí)施例可包括使用具有低熱容氣體，例如惰性氣 體。還可以在屏障結(jié)構(gòu)1021中加入隔熱材料以減少所述熱電模塊高溫端的熱損耗。所述 屏障可適合于至少部分地透射太陽(yáng)輻射，其中所述屏障可包含關(guān)于圖1的封裝的描述中的 許多特征。對(duì)于圖IOA所示的特定結(jié)構(gòu)，屏障結(jié)構(gòu)1021構(gòu)成類似燈泡的閉合罩的至少一部 分；其他幾何結(jié)構(gòu)也是可以考慮的。屏障結(jié)構(gòu)1021可以任選地包括透鏡結(jié)構(gòu)1026，所述透 鏡結(jié)構(gòu)還可指引和/或聚集撞擊到屏障結(jié)構(gòu)1021上的太陽(yáng)輻射。在所述閉合罩的內(nèi)部，輻 射捕獲結(jié)構(gòu)1023可與熱電轉(zhuǎn)換器的支架1022連接。射到屏障結(jié)構(gòu)1021上的太陽(yáng)輻射可 被指引到捕獲結(jié)構(gòu)上用來(lái)發(fā)熱，并且保持支架1022的一端在相對(duì)高的溫度。由所述轉(zhuǎn)換器 的支架1022產(chǎn)生的電可以通過(guò)電極1024與電力負(fù)載連接。使用圖IOA例示的屏障結(jié)構(gòu)的熱電模塊可具有許多優(yōu)點(diǎn)。所述模塊可緊湊地組 裝，具有縮小的體積(例如，相對(duì)于較大平板結(jié)構(gòu)的體積)以便于保持排空環(huán)境。太陽(yáng)能聚 集器(例如，提供例如高于入射太陽(yáng)輻射大約10倍的高度聚集的太陽(yáng)能聚集器)的使用可 允許使用較小的捕獲機(jī)構(gòu)來(lái)熱聚集，這使得能夠使用較小的體積。如前所述，這種緊湊的結(jié) 構(gòu)實(shí)質(zhì)上還可以模塊化，從而方便所述模塊的更換。這種情形在包括多個(gè)模塊的結(jié)構(gòu)中會(huì) 特別有利。例如，圖8A和圖8B所描述的系統(tǒng)可以用圖IOA中的封裝模塊1020代替模塊 830。如果一個(gè)模塊損壞，這易于維護(hù)。然而，應(yīng)當(dāng)理解，圖8A和圖8B的模塊830還可以被 包含在封裝的可替換的模塊化結(jié)構(gòu)中。除了圖IOA中所示的那樣(包括對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的那些修改)， 可考慮各種其他結(jié)構(gòu)。例如，菲涅爾透鏡聚集器可配置為圖IOA所示的平面結(jié)構(gòu)1010，或者 配置為圖IOB所示的曲面結(jié)構(gòu)1015。同樣，可以使用除了菲涅爾透鏡之外的其他類型的光 學(xué)聚集器，例如其他類型的衍射元件。如圖IOC所示，太陽(yáng)能-電能裝置1060可以使用兩個(gè) 反射器(反射器1040和反射器1050)，作為太陽(yáng)能收集器指引太陽(yáng)輻射至熱電模塊1020，類似于關(guān)于圖5B所描述的那樣。散熱器1070可以與所述排空環(huán)境熱連接以提供散熱。同 樣，封裝設(shè)計(jì)可以使用太陽(yáng)能跟蹤器，如本文所述，從而將太陽(yáng)輻射保持在封裝結(jié)構(gòu)的一部 分上。這種設(shè)計(jì)可有助于使所述封裝結(jié)構(gòu)上聚集的太陽(yáng)輻射保持特定的程度(例如，至少 10倍入射太陽(yáng)輻射)。所有這些以及其他的變形都在本發(fā)明公開(kāi)的范圍內(nèi)。圖11描述了用于本文所述的各種太陽(yáng)能-電能實(shí)施方式的另外一種模塊化結(jié)構(gòu)。 用于指引并聚集太陽(yáng)輻射的太陽(yáng)能聚集器可包括反射元件1140 (例如，拋物柱面鏡)。另 一種光學(xué)元件1130(例如，會(huì)聚透鏡)也可以用來(lái)將入射太陽(yáng)輻射指引向反射元件1140。 反射元件1140進(jìn)而聚集并指引太陽(yáng)輻射入射到熱電模塊1110?？扇芜x地被封裝在閉合罩 1120內(nèi)以提供相對(duì)于大氣壓強(qiáng)的排空環(huán)境的熱電模塊1110可包括輻射捕獲結(jié)構(gòu)1130，輻 射捕獲結(jié)構(gòu)1130可包括一個(gè)或一個(gè)以上用于吸收太陽(yáng)輻射的表面。所述捕獲結(jié)構(gòu)當(dāng)暴露 于太陽(yáng)輻射時(shí)可產(chǎn)生熱量。所述捕獲結(jié)構(gòu)可包括一個(gè)或一個(gè)以上突出元件1135，所述突出 元件可適用于接收被反射元件1140反射的一部分太陽(yáng)輻射，并且進(jìn)一步可以配置為通過(guò) 吸收太陽(yáng)輻射波譜的至少一部分來(lái)產(chǎn)生熱量。例如，如圖11所示，突出元件1135大體垂直 于捕獲結(jié)構(gòu)1130的平坦表面1133。因此，所述拋物柱面鏡無(wú)需配置為僅指引光到所述平坦 表面，而是還可以指引光到突出表面。這種設(shè)計(jì)是有利的，因?yàn)樗梢蕴峁┨?yáng)能收集器設(shè) 計(jì)上要求的靈活性，并且可以增加捕獲結(jié)構(gòu)的產(chǎn)熱能力。突出元件可以允許捕獲結(jié)構(gòu)從多 角度和多方向(例如，包括單個(gè)平坦表面不能捕獲的方向)吸收太陽(yáng)輻射。一個(gè)或一個(gè)以 上的熱電轉(zhuǎn)換器1160可與捕獲結(jié)構(gòu)1130連接，其中，所述轉(zhuǎn)換器的一端與所述捕獲結(jié)構(gòu)熱 連接，而另一端與散熱器1150熱連接。所述突出元件可被組成和設(shè)計(jì)為與本中請(qǐng)公開(kāi)的任 何捕獲結(jié)構(gòu)一致(例如，具有高選擇性太陽(yáng)能吸收率和/或?qū)t外線低發(fā)射率的金屬或其 他材料)。同樣，如關(guān)于圖IOA-圖IOC所述，具有突出元件的模塊可設(shè)計(jì)為可拆裝地連接的 模塊。
提供下述的實(shí)施例以說(shuō)明本發(fā)明的一些實(shí)施方式。根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，所述實(shí)施 例并非意在限定所使用的任何特定實(shí)施方式的范圍，并且所述實(shí)施例并非用于必然顯示熱 電發(fā)電機(jī)的最佳性能。圖13A圖示了熱電發(fā)電機(jī)的原型及其性能。圖13A是所述原型的示意圖。所述發(fā) 電機(jī)是由一對(duì)P型和η型、市面上有售的的熱電元件構(gòu)成。我們的熱電元件使用的厚度為 大約1mm。支架的厚度可為0.02mm到高達(dá)5mm。由銅制成的選擇性吸收器附著在支架的頂 部，并且還起電互連的作用。實(shí)驗(yàn)裝置已經(jīng)在真空室內(nèi)測(cè)試過(guò)。圖13B示出了在大約1000W/ m2照度下的一對(duì)所述支架輸出的功率，并且圖13C示出了效率。所述原型沒(méi)有采用平行板， 并且沒(méi)有試圖增加所述吸收器背面的發(fā)射率。通過(guò)采取這些措施，在本申請(qǐng)公開(kāi)的其他原 型中，有可能達(dá)到更高的效率。圖14A圖示了依照本發(fā)明用于太陽(yáng)能熱電能和熱水熱能的熱電聯(lián)產(chǎn)的太陽(yáng)能 熱-熱電(STTE)轉(zhuǎn)換器1400的實(shí)施方式。太陽(yáng)輻射入射到所述STTE轉(zhuǎn)換器的太陽(yáng)能吸收 器1402 (例如，圖1所示的輻射捕獲結(jié)構(gòu)12)的選擇性表面1401上。所述選擇性表面吸收 太陽(yáng)輻射但是幾乎不發(fā)出熱輻射，允許所述太陽(yáng)能吸收器加熱高達(dá)到設(shè)定的溫度，例如在 1500C _300°C或者300°C _500°C的范圍內(nèi)。熱電轉(zhuǎn)換器1413將位于STTE轉(zhuǎn)換器熱端1412 的太陽(yáng)能吸收器1402與位于STTE轉(zhuǎn)換器冷端1411的成套的導(dǎo)管1410分開(kāi)，所述導(dǎo)管例 如輸送水或其他流體的管或盤。轉(zhuǎn)換器1413位于排空空間1414內(nèi)部。
圖14B、圖14C和圖14D圖示了可用于STTE轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)1400的示例性流體導(dǎo)管。 具體地，這些示了用于現(xiàn)有技術(shù)的沒(méi)有熱電轉(zhuǎn)換器的太陽(yáng)能熱系統(tǒng)的導(dǎo)管，但是所述 導(dǎo)管可以與熱電裝置一起使用，這樣所述導(dǎo)管不僅是流體輸送管，還包括應(yīng)該位于所述導(dǎo) 管之上的熱電裝置。具體地，現(xiàn)有技術(shù)中導(dǎo)管的吸收器材料應(yīng)該由熱電裝置(例如圖1所示 的裝置)替換，其中所述熱電裝置的底部襯底與熱量輸送流體導(dǎo)管熱連接。還應(yīng)當(dāng)指出，所 述導(dǎo)管和外部的玻璃管不是必須為圓形，還可以為其他形狀。例如，圖14B圖示了排空導(dǎo)管 1410，該排空導(dǎo)管1410包含封閉真空室1422的玻璃管殼體1420、由位于真空室1422中的 任選的熱吸收器1426 (在系統(tǒng)1400中該吸收器可以省略)覆蓋的流體輸送熱管1424以及 在所述熱管末端的任選的冷凝器1428。圖14C圖示了位于殼體1430內(nèi)的一系列導(dǎo)管1410 的實(shí)施例，所述殼體1430包含位于外部玻璃管殼體1420內(nèi)的流體輸送內(nèi)管或管道1424。 因?yàn)橥獠坎ＡЧ軞んw1420不接收太陽(yáng)輻射，所以該外部玻璃管殼體不是必須由玻璃制成， 而可以由諸如金屬之類的導(dǎo)熱材料制成 。圖14D圖示了多個(gè)導(dǎo)管1410，導(dǎo)管1410與地面成 一定角度安置，并且所述導(dǎo)管1410與位于所述導(dǎo)管上方的流體箱1432連接。由所述太陽(yáng)能吸收器吸收的熱量被傳導(dǎo)至成套熱電轉(zhuǎn)換器1413，在所述成套熱電 轉(zhuǎn)換器1413處聚集太陽(yáng)能吸收器1402中存儲(chǔ)的熱量，其中，在此發(fā)生熱能到電能的轉(zhuǎn)換。 通過(guò)所述熱電轉(zhuǎn)換器自身從STTE轉(zhuǎn)換器的熱端1412向STTE轉(zhuǎn)換器的冷端1411傳導(dǎo)的熱 量接近于與用于熱水加熱系統(tǒng)的傳統(tǒng)太陽(yáng)能熱轉(zhuǎn)換有關(guān)的熱量傳遞水平。發(fā)明的STTE轉(zhuǎn) 換器優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)的太陽(yáng)能熱轉(zhuǎn)換器的地方在于額外的太陽(yáng)能熱電能量轉(zhuǎn)換，這使得所述STTE 轉(zhuǎn)換器按照當(dāng)前能源價(jià)格以低于$1_$2/Watt (瓦特)的價(jià)格發(fā)電。相比之下，基于安裝成本，現(xiàn)有的PV電池以大約$4/Watt到$7/Watt的當(dāng)前價(jià)格 發(fā)電。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，STTE轉(zhuǎn)換器的安裝成本是與熱水系統(tǒng)的安裝成本相結(jié) 合的，降低了安裝成本。熱能聚集和太陽(yáng)能聚集的結(jié)合可以用來(lái)調(diào)整太陽(yáng)能熱電轉(zhuǎn)換器使其工作在產(chǎn)生 最高效率的峰值工作溫度。該峰值工作溫度取決于所用的光聚集和可用的材料。圖23A-圖 23C圖示了峰值工作溫度如何隨光聚集率變化的實(shí)施例，而圖15示出了對(duì)于幾種熟知的 和目前所研究的熱電轉(zhuǎn)換器材料ZT作為溫度的函數(shù)的一系列圖。所有這些材料以及現(xiàn) 有的和正在研制的其他材料可以用于太陽(yáng)能熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。所述材料的例子有SiGe(例 如，Si80GeJ、Bi2Te3:Bi2Te3_xSex (η 型)/BixSe2-Je3 (ρ 型)和 PbTe、方鈷礦(CoSb3) > Zn3Sb4, AgPbmSbTe2+m 和 Bi2Te3/Sb2Te3 量子點(diǎn)超晶格(QDSL)、PbTe/PbSeTe QDSL 和 PbAgTe。一般而 言，以分段支架(具有沿所述支架分布的不同材料的熱電支架)的形式或以級(jí)聯(lián)裝置(每 一個(gè)都工作在一定溫度范圍的一疊裝置)的形式的不同材料的結(jié)合可用在太陽(yáng)能熱的熱 電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中。最近幾年，在改善熱電材料的ZT值方面已經(jīng)取得顯著的進(jìn)步。大多數(shù)商用熱電裝 置是基于具有ZT的峰值大約為1的Bi2Te3及其合金。在圖15中概述了在ZT值方面的一 些進(jìn)步。在此進(jìn)步之中有新材料的發(fā)現(xiàn)(例如，方鈷礦)以及現(xiàn)有材料的納米結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn) (例如，超晶格)。所述納米結(jié)構(gòu)體材料(包含壓實(shí)的半導(dǎo)體納米微粒)特別有吸引力，因 為所述材料是以與太陽(yáng)能熱的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)兼容的形式，并且還具有較高的ZT值以及是 經(jīng)濟(jì)的。圖16示出了納米結(jié)構(gòu)體材料Bi2Te3合金的ZT值與商用Bi2Te3合金的ZT值的 比較，證明了 ZT值的提高。所述納米結(jié)構(gòu)體材料可由如圖17A所示的相同材料(例如，硅、3士6^8121^、31321^等)的納米微粒壓實(shí)得到，或者由如圖17B所示的不同材料的納米微粒 壓實(shí)得到，所述不同材料中一種材料的納米微粒形成主基體，而第二種材料的納米微粒形 成所述主基體中的內(nèi)含物?？墒褂脽釅夯蛘咧绷髡T導(dǎo)熱壓實(shí)施壓實(shí)。圖18A示出了通過(guò)濕 化學(xué)法合成的納米微粒Bi2Te31810和納米微粒Bi2Se31820的TEM圖像，圖18B示出了基于 合金壓實(shí)的納米粉末的Bi2Te3的高分辨率SEM圖像1830和TEM圖像1840。TEM圖像1840 為基于合金納米粉末的Bi2Te3提供了納米疇結(jié)構(gòu)的證據(jù)。圖19(a)-圖19(e)示出了作為另一個(gè)實(shí)施例的納米結(jié)構(gòu)體材料SiGe的特性。 納米結(jié)構(gòu)的SiGe合金微粒是通過(guò)使用球磨技術(shù)的機(jī)械合金化來(lái)制備。在此方法中，將硼 (B)粉(99. 99%, Aldrich)添加至球磨罐內(nèi)的硅(Si) (99. 99%, Alfa Aesar)塊和鍺(Ge) (99. 99%,Alfa Aesar)塊。它們隨后被碾磨一定時(shí)間以得到具有大約20nm到200nm平均 尺寸的期望的合金納米粉末。機(jī)械制備的納米粉末隨后通過(guò)使用直流熱壓方法在不同溫 度被加壓以在石墨模具中壓實(shí)所述納米粉末。壓實(shí)的納米結(jié)構(gòu)的Si8tlGe2tl材料由具有隨機(jī) 取向的尺寸在5nm到50nm范圍內(nèi)(例如5nm到20nm)的多晶顆粒組成。在圖19A-圖19E 中，“點(diǎn)”表示納米結(jié)構(gòu)的SiGe，并且“實(shí)線”表示作為無(wú)線電同位素發(fā)電機(jī)(RTG)在過(guò)去的 NASA(美國(guó)宇航局)飛行中使用的ρ型SiGe。圖19A-圖19C示出納米結(jié)構(gòu)的SiGe的電傳 輸特性可被保持，具有能與RTG樣本的電傳輸特性相比的功率因子。然而，納米結(jié)構(gòu)體材料 樣本的熱導(dǎo)率在高達(dá)900°C的整個(gè)溫度范圍內(nèi)比RTG樣本(圖19D)的熱導(dǎo)率低很多，這使 得納米結(jié)構(gòu)體材料樣本Si8(lGe2CI(圖19D)的峰值ZT為大約1。這樣的ZT的峰值比當(dāng)前用 于航天任務(wù)的P型RTG SiGe合金的ZT的峰值提高大約100%，比已報(bào)道的記錄的ZT峰值 提高60%。納米 結(jié)構(gòu)樣本的熱導(dǎo)率的明顯減少主要?dú)w因于增加的在任意的納米結(jié)構(gòu)的許多 分界面聲子散射。太陽(yáng)輻射入射到STTE轉(zhuǎn)換器的太陽(yáng)能吸收器的選擇性表面上。所述選擇性表面 吸收太陽(yáng)輻射而幾乎不發(fā)出熱輻射，使所述太陽(yáng)能吸收器得以存儲(chǔ)熱量。熱電轉(zhuǎn)換器元件 將位于STTE轉(zhuǎn)換器元件熱端的太陽(yáng)能吸收器與位于STTE轉(zhuǎn)換器元件冷端的成套的導(dǎo)管分 隔，所述導(dǎo)管例如輸送水或其他流體(例如油或溶解的鹽之類)的管道。STTE轉(zhuǎn)換器的效率取決于太陽(yáng)能吸收器1402的選擇性表面1401的特性。太陽(yáng)輻 射在大約0.5μπι的波長(zhǎng)達(dá)到峰值。大于4μπι的波長(zhǎng)占全部太陽(yáng)輻射的不到1%。在300Κ 時(shí)由表面發(fā)射的全部太陽(yáng)輻射的不到0. 2%的輻射具有的波長(zhǎng)小于4μπι。太陽(yáng)能吸收器的 理想選擇性表面設(shè)計(jì)成吸收100%的太陽(yáng)輻射和發(fā)射0%的存儲(chǔ)的熱輻射。S卩，太陽(yáng)能吸收 器的理想選擇性表面對(duì)于小于4 μ m的波長(zhǎng)具有1. 0的發(fā)射率，并且對(duì)于大于4 μ m的波長(zhǎng) 具有0.0的發(fā)射率。一些商用選擇性吸收器具有接近于上述要求的特性。例如，ALANODSunselect GmbH & Co. KG提供了在躍遷波長(zhǎng)為2 μ m左右的情況下對(duì)太陽(yáng)入射輻射具有吸收率為0.95 以及選擇性表面的熱發(fā)射率為0. 05的材料。由成套熱電轉(zhuǎn)換器1413分隔的成套的內(nèi)表面 之間的低發(fā)射率對(duì)于減少?gòu)乃龀商谉犭娹D(zhuǎn)換器1413的熱端1412到所述熱電轉(zhuǎn)換器的冷 端1411泄露熱輻射是重要的。太陽(yáng)能吸收器應(yīng)該與成套熱電轉(zhuǎn)換器1413的成套的電觸頭連接。仿照銅箔基片 制成的太陽(yáng)能吸收器為所述成套熱電轉(zhuǎn)換器既提供高橫向熱導(dǎo)率又提供低電阻電觸頭。附 加的薄金層，或者別的薄金屬層，覆蓋在太陽(yáng)能吸收器選擇性表面和面向成套熱電轉(zhuǎn)換器1413冷端的表面，可以減少選擇性表面對(duì)于熱輻射能量的發(fā)射率至0.02。此外，圖14A所 示的在熱端1412和冷端1411之間的空間1414被通過(guò)對(duì)流的方式排空以限制熱端到冷端 的熱損耗。圖20A-圖20C圖示了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式用于太陽(yáng)能熱電能和在當(dāng)前或?qū)?來(lái)的熱電站中使用的流體的熱電聯(lián)產(chǎn)的各種二維(2D)2010和三維(3D) 2020太陽(yáng)能通量聚 集器。在一種實(shí)施方式中，所述熱電裝置與加熱流體并利用被加熱的流體發(fā)電的太陽(yáng)能熱 電站在物理上和熱學(xué)上結(jié)合。熱電轉(zhuǎn)換器結(jié)合2D和3D太陽(yáng)能熱裝置用作增壓循環(huán)，驅(qū)動(dòng) 蘭金或斯特林熱機(jī)?？梢允褂孟率?D和3D太陽(yáng)能聚集器，例如圖20A所示的日光反射器 2022、圖20B所示的拋物面反射器2024和圖20C所示的槽式聚集器。太陽(yáng)輻射聚集到選擇 性或非選擇性表面上，這根據(jù)太陽(yáng)能聚集器的水平而定。太陽(yáng)能吸收表面與熱電裝置熱連 接，并且在所述冷端排出的熱量被用來(lái)加熱用在熱電站中的流體以驅(qū)動(dòng)機(jī)械發(fā)電機(jī)(蘭金 或斯特林)。在圖14A中所示的太陽(yáng)能吸收器1402與熱電轉(zhuǎn)換器1413的熱端1412熱連接。熱 電轉(zhuǎn)換器1413的冷端1411與導(dǎo)管1410內(nèi)的流體交換熱量，所述流體驅(qū)動(dòng)蘭金或者斯特林 熱機(jī)，或者驅(qū)動(dòng)基于熱機(jī)械熱循環(huán)(thermal-mechanicalheat cycle)的任何泵。在一種優(yōu) 選的實(shí)施方式中，熱機(jī)由流體直接驅(qū)動(dòng)。在斯特林轉(zhuǎn)換器中，所述流體可包括氣體(如果出 現(xiàn)任何液體，那么該液體僅被用于將熱量連接至包含氣體在其內(nèi)部的斯特林機(jī))。在斯特 林轉(zhuǎn)換器中，太陽(yáng)輻射被聚集到吸收器上，并且產(chǎn)生的熱量被傳遞以加熱斯特林機(jī)內(nèi)部的 氣體。上述的熱電裝置可被用作所述斯特林機(jī)的增壓循環(huán)。由熱電裝置的冷端排出的熱量 可以直接提供給所述氣體而不是通過(guò)各種各樣的流體提供給所述氣體。在另一種優(yōu)選實(shí)施 方式中，熱量交換器(未示出)與熱電轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)外部的介質(zhì)交換熱量，并且所述介質(zhì)(例 如，液體或者氣體)用于驅(qū)動(dòng)熱機(jī)。應(yīng)當(dāng)理解，并不限于圖14A圖示的熱電發(fā)電機(jī)。本文所 論述的所有其他的熱電發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)都可以使用。圖21A圖示了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式可用于由在太陽(yáng)能熱電能和太陽(yáng)能熱能 的熱電聯(lián)產(chǎn)中使用的STTE轉(zhuǎn)換器組裝的發(fā)電站的一系列槽式聚集器2026。排空管1420穿 過(guò)將太陽(yáng)光反射至該排空管的反射槽2026。根據(jù)本發(fā)明的示例性排空管的詳細(xì)說(shuō)明在下面 給出http://www. schott. com/hunRary/hunRarian/download/ptr 70 brochure, pdf 并且通過(guò)引用并入本文。如圖22所示，前面所論述的熱電發(fā)電機(jī)與所述排空管熱連接，并 且優(yōu)選地置于所述排空管的內(nèi)部，吸收器與所述熱電發(fā)電機(jī)的熱端熱連接。通過(guò)所述排空管排出所述反射槽的流體的溫度為大約400°C。熱流體在發(fā)電機(jī) (例如，使用蘭金熱機(jī)或蒸汽循環(huán))內(nèi)發(fā)電?？梢允褂萌魏魏线m的熱傳遞流體，例如但不限 于水、油和溶解鹽。熱電轉(zhuǎn)換器1413的熱端1412和冷端1411可以工作在恒溫或者變溫下。圖22示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的類似于圖14A所示的單獨(dú)的STTE轉(zhuǎn)換器 1400的側(cè)視圖，所述STTE轉(zhuǎn)換器用于太陽(yáng)能熱電能和使用蘭金循環(huán)驅(qū)動(dòng)泵的太陽(yáng)能熱能 的熱電聯(lián)產(chǎn)。圖22示出了沿著輸送用于發(fā)電站發(fā)電的相同流體的管道1410分布的熱電轉(zhuǎn) 換器1413。相對(duì)于太陽(yáng)的位置，熱電轉(zhuǎn)換器1413在管道1410上方形成。熱電轉(zhuǎn)換器1413 可以全部或部分地覆蓋管道1410。管道1410可為平面形狀、圓柱形狀或者任何其他合理的 幾何形狀。所述管道和轉(zhuǎn)換器可以設(shè)在外部殼或殼體1420內(nèi)的真空中。沿著所述管道或其他導(dǎo)管的長(zhǎng)度方向可使用不同的熱電材料以沿著管道線利用不同的流體溫度。例如，流 體導(dǎo)管的入口端比該流體導(dǎo)管的出口端具有更大的流體和熱電轉(zhuǎn)換器之間的溫差。因此， 用在與導(dǎo)管的入口端熱接觸的熱電轉(zhuǎn)換器材料提供比導(dǎo)管的出口端的熱電材料更低的冷 端溫度。熱電轉(zhuǎn)換器1413可在從真空級(jí)到大氣壓強(qiáng)的壓強(qiáng)下有效地工作，潛在地增加太陽(yáng) 能發(fā)電效率從20 %到25 % -30 %。圖24示出了結(jié)合了太陽(yáng)能熱電發(fā)電機(jī)和熱水系統(tǒng)的系統(tǒng)(無(wú)光學(xué)聚集)的模擬結(jié)果的實(shí)施例。左側(cè)的縱坐標(biāo)表示發(fā)電效率，右側(cè)的縱坐標(biāo)表示水加熱效率。除了其他特 性，這些效率值取決于熱水溫度和選擇性吸收器的發(fā)射率。使用低(熱)發(fā)射率表面可達(dá) 到較高的效率。例如，對(duì)于0. 03和0. 05的發(fā)射率值，ZT值從1到1. 5，可達(dá)到大約4%到 大約6%的發(fā)電效率值和大約50%到大約60%的加熱效率值。圖25示出了結(jié)合的太陽(yáng)能 熱電發(fā)電機(jī)的冷端溫度在50°C到400°C變化的模擬結(jié)果的實(shí)施例，與槽式太陽(yáng)能熱裝置中 的管道內(nèi)流動(dòng)的流體經(jīng)歷的類似。例如，對(duì)于上述冷端溫度，ZT值從1到1. 5，可以達(dá)到大 約3%到大約10%的發(fā)電效率值和大約45%到大約55%的加熱效率值。根據(jù)ZT值和其他 參數(shù)，所述熱電發(fā)電機(jī)可產(chǎn)生3%到10%的額外的電能，并且剩余的熱量可用來(lái)驅(qū)動(dòng)基于 機(jī)械的電力轉(zhuǎn)換循環(huán)。應(yīng)當(dāng)理解，這些僅是實(shí)施例，并且對(duì)于每一種應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的 最優(yōu)化以獲得在效率和發(fā)電成本上的最大增益。盡管已經(jīng)結(jié)合本發(fā)明的具體實(shí)施方式
描述了本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明還能夠修 改。此外，本申請(qǐng)意在包括本發(fā)明的任何變化、應(yīng)用或者改編，包括自目前在本領(lǐng)域熟知和 慣例范圍內(nèi)公開(kāi)的到本發(fā)明附屬的以及屬于權(quán)利要求范圍內(nèi)的這些變更。本說(shuō)明書提及的所有出版物、專利和專利申請(qǐng)通過(guò)引用并入本文以達(dá)到像每一篇 單獨(dú)的出版物、專利或者專利申請(qǐng)被特別地并且單獨(dú)地指出通過(guò)引用并入的相同的程度。下列參考文獻(xiàn)通過(guò)引用全部并入本文1· N· Lewis et al·，“Basic research Needs for solar Energy Utilization，，，Department of Energy, Office of Science (2005).2.M. TeIkes，“Solar Thermoelectric Generators，” Journal of Applied Physics，25，765(1954).3. G. Chen and X. Y. Chen，“ Solar to Electric Energy Conversion viaThermoelectric Devices，，，Invited presentation，MRS Fall Meeting,Boston,2006.4. H. J. Goldsmid, Thermoelectric Refrigeration，Plenum Press，New York (1964).5. A. F. Ioffe, Semiconductor Thermoelements and Thermoelectric Cooling, Infosearch，London， (1957).6. D. M. Rowe (editor) ,"CRC Handbook of Thermoelectrics, ” CRC Press, Boca Raton，F(xiàn)lorida, (1995).7. T. Cai 1 Iat, J. -P. Fleurial, G. J. Snyder, A. Zoltan, D. Zoltan, and A.Borshchevsky,“Development of a High Efficiency ThermoelectricUnicouple for Power Generation Applications，，，in 18th InternationalConference on Thermoelectrics, p473，IEEE，Piscataway, NJ (1999).8. Takenobu Kajikawa,"Thermoelectric Power Generation SystemsRecoveringHeat from Combustible Solid Waste in Japan，，，in 15thInternational Conference on Thermoelectrics, p343, IEEE, Pasadena, California (1996).9. R. Venkatasubramanian, E. Siivola，T. Colpitts，and B. O' Quinn, “Thin-fiImThermoelectric Devices with High Room-temperature Figures of Merit, ” Nature，413，597 (2001).10. T. C. Harman, P. J. Taylor, M. P. Walsh, and B. E. LaForge，"Quantum DotSuperlattice Thermoelectric Materials and Devices，，，Science，297，2229(2002) ·11. M. S. Dresselhaus，G. Chen，M. Y. Tang, R. Yang，H. Lee, D. Z. Wang, Z. F. Ren, J. P. Fleurial，and P. Gogna, "New Directions for ThermoelectricMaterials，，，Advance d Materials，19，1-12(2007).12· G. Chen，M. S. Dresselhaus，J. -P. Fleurial，and T. Caillat， “RecentDevelopments in Thermoelectric Materials，” International Materials Review，48，45(2003).
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權(quán)利要求
一種能源發(fā)電方法，所述方法包括通過(guò)太陽(yáng)能吸收器接收太陽(yáng)輻射；由所述太陽(yáng)能吸收器提供熱量到成套熱電轉(zhuǎn)換器的熱端；由所述成套熱電轉(zhuǎn)換器發(fā)電；并且將來(lái)自所述成套熱電轉(zhuǎn)換器冷端的熱量供給被提供至太陽(yáng)能流體加熱系統(tǒng)或太陽(yáng)能熱電轉(zhuǎn)換裝置的流體。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述流體包括供給太陽(yáng)能熱水加熱系統(tǒng)的水。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中將加熱過(guò)的水供給建筑物。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中將所述流體供給至少一個(gè)蘭金或斯特林太陽(yáng)能熱電 轉(zhuǎn)換裝置。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述流體通過(guò)導(dǎo)管循環(huán)。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述導(dǎo)管通過(guò)所述成套熱電轉(zhuǎn)換器與所述太陽(yáng)能吸 收器在物理上和熱學(xué)上隔離。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述循環(huán)的步驟包括以下之一抽吸、虹吸、擴(kuò)散及 其組合；以及所述流體包括水、液體鹽或油。
8.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述流體包括氣體，并且所述太陽(yáng)能熱電轉(zhuǎn)換裝置 包括斯特林裝置。
9.如權(quán)利要求5所述的方法，所述方法還包括利用太陽(yáng)能熱裝置發(fā)電。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括將太陽(yáng)輻射聚集到所述太陽(yáng)能吸收器。
11.一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括至少一個(gè)熱電裝置；以及太陽(yáng)能流體加熱系統(tǒng)或太陽(yáng)能熱電轉(zhuǎn)換裝置。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包括所述太陽(yáng)能流體加熱系統(tǒng)，并且所 述至少一個(gè)熱電裝置與該太陽(yáng)能流體加熱系統(tǒng)在熱學(xué)上和物理上結(jié)合。
13.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包括所述太陽(yáng)能熱電轉(zhuǎn)換裝置，并且該 太陽(yáng)能熱電轉(zhuǎn)換裝置加熱流體并利用加熱過(guò)的流體發(fā)電。
14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)熱電裝置與所述熱電轉(zhuǎn)換裝置在熱 學(xué)上和物理上結(jié)合。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中用于熱-電轉(zhuǎn)換的太陽(yáng)能熱裝置包括蘭金或斯特 林太陽(yáng)能熱裝置。
16.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括與成套熱電轉(zhuǎn)換器在熱學(xué)上和物理上 結(jié)合的太陽(yáng)能吸收器。
17.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述太陽(yáng)能流體加熱系統(tǒng)或所述太陽(yáng)能熱電轉(zhuǎn)換 裝置包括通過(guò)所述熱電裝置的成套熱電轉(zhuǎn)換器與所述太陽(yáng)能吸收器在熱學(xué)上和物理上隔 離的流體導(dǎo)管。
18.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括適于聚集太陽(yáng)輻射至所述太陽(yáng)能吸收 器的光學(xué)太陽(yáng)能聚集器。
19.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述成套熱電轉(zhuǎn)換器包括包含壓實(shí)的納米微粒 的熱電支架。
全文摘要
一種能源發(fā)電方法包括通過(guò)太陽(yáng)能吸收器接收太陽(yáng)輻射，由所述太陽(yáng)能吸收器將熱量供給成套熱電轉(zhuǎn)換器的熱端，由所述成套熱電轉(zhuǎn)換器發(fā)電，并且將來(lái)自所述成套熱電轉(zhuǎn)換器的冷端的熱量提供到被提供至太陽(yáng)能流體加熱系統(tǒng)或太陽(yáng)能熱電轉(zhuǎn)換裝置的流體。一種實(shí)現(xiàn)所述方法的系統(tǒng)包括至少一個(gè)熱電裝置和太陽(yáng)能流體加熱系統(tǒng)或太陽(yáng)能熱電轉(zhuǎn)換裝置。
文檔編號(hào)F03G6/00GK101836053SQ200880025371
公開(kāi)日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2008年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月21日
發(fā)明者任志峰, 陳剛 申請(qǐng)人:Gmz能源公司