微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置的制作方法

文档序号:12277648阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置,其特征在于,包括两种类型:激光型微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置或太阳能聚光型微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置;所述激光型微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置采用激光无线传输能量产生复合发电;所述太阳能聚光型微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置采用太阳能聚光产生复合发电;所述激光型微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置包括:激光部分、微纳米光陷阱蜂窝储能部分、热电池部分、热能发电部分、智能控制器;所述太阳能聚光型微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置包括:聚光部分、微纳米光陷阱蜂窝储能部分、热电池部分、热能发电部分、智能控制器;所述两种类型装置中的激光部分、聚光部分、微纳米光陷阱蜂窝储能部分、热电池部分、热能发电部分均由智能控制器统一调控;所述微纳米光陷阱蜂窝储能部分能够产生陷光效应并吸收激光或太阳能聚光,储存转换由激光或者太阳能聚光传输来的能量,能够在白天或夜间分别向热电池部分、热能发电部分传输并提供工作能量,装置能够对外输出热光伏发电、热能发电产生的综合电量。

2.根据权利要求1所述的微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置,其特征在于,所述激光部分包括:激光发射器、激光发射调控器、激光高斯光束整形镜;所述激光发射器包括:激光单束发射器、激光多束发射器、红外激光发射器、紫外激光发射器、可见光激光发射器、波长可调谐激光发射器;所述激光多束发射器包括:激光多束多种波长发射器;所述激光高斯光束整形镜能够将高斯光束整形为平顶光束,能够克服由于激光无线能量传输过程中的激光光斑能量分布不均匀问题;所述激光高斯光束整形镜包括:非球面透镜;所述非球面透镜包括:伽利略型非球面镜组;所述伽利略型非球面镜组包括:以伽利略望远镜结构为基础,包括一片非球面平凹透镜和一片非球面平凸透镜。

3.根据权利要求1所述的微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置,其特征在于,所述微纳米光陷阱蜂窝储能部分包括:微纳米光陷阱结构吸热层、第一导热层、蜂窝储能夹芯层;所述蜂窝储能夹芯层通过第一导热层与微纳米光陷阱结构吸热层紧密相连接,并构成陷光、吸热、储能的复合结构;所述热电池部分在微纳米光陷阱蜂窝储能部分下端,并通过第二导热层与微纳米光陷阱蜂窝储能部分紧密相连接;所述热电池部分包括:光子增强热离子发射电池、热离子发射电池、热光伏电池、全固态高温电池;所述热能发电部分通过第三导热层与热电池部分相连接;所述热能发电部分包括:温差热电发电器、热机发电装置;所述热机发电装置包括:斯特林发电装置、蒸汽机发电装置。

4.根据权利要求1所述的微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置,其特征在于,所述微纳米光陷阱蜂窝储能部分中的微纳米光陷阱结构吸热层包括:纳米线、纳米棒、纳米管、纳米球、纳米颗粒、纳米沟槽、微米沟槽、纳米锥、微米锥、微米球、微纳米结构复合材料、微纳米结构材料涂层、黑硅、黑色金属;所述微纳米光陷阱结构材料的直径、长度、形态、分布、复合方式等参数均可根据使用的具体需要进行设计调节,能够形成有效的微纳米捕光“天线”结构形态,能够形成多次反射或折射,能够控制和引导从光中吸收能量,使其对光的反射损失率降低,提高陷光、捕光、吸光效率,构成高效的微纳米光陷阱结构吸热层。

5.根据权利要求1或3所述的微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置,其特征在于,所述黑硅其硅材料表面具有微纳米结构及阵列,其中包括:圆锥或微锥形态阵列结构、柱状阵列结构、孔状阵列结构、絮状结构、微纳双重结构阵列;所述微纳双重结构阵列包括:由规则排列的微米量级的尖锥阵列以及无序排列在尖锥阵列表面的纳米量级的多孔层构成;所述黑硅由于陷光能力强,其表面呈黑色,能够吸收近紫外至近红外波段的光,具有针对激光多束多种波长或者太阳光宽波段的吸收性能。

6.根据权利要求1或3所述的微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置,其特征在于,所述黑色金属其金属表面具有微纳米复合结构,其中包括:微纳米多孔嵌套结构;所述黑色金属由于金属纳米颗粒通过激发表面等离激元和形成局域表面等离激元共振,入射光大部分能量耦合到表面等离子波,使反射光能量急剧减少,来实现抗反射效果,促进光吸收;所述微纳米多孔嵌套结构其中包括:由微纳米大尺寸的凹坑里嵌套着微纳米小尺寸的孔洞构成,呈现黑色,具有宽谱抗反射强吸收效果;所述黑色金属包括:表面具有微纳米结构的金、银、铂、钛、铝、钨。

7.根据权利要求1或3所述的微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置,其特征在于,所述微纳米结构材料涂层包括:单层微纳米结构材料涂层、多层微纳米结构材料涂层,其中包括:黑色涂层、碳黑涂层、镍磷合金涂层、碳纳米管涂层、石墨烯涂层、纳米材料构成的梯度折射率涂层、特殊凸起或凹陷结构涂层。

8.根据权利要求1所述的微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置,其特征在于,所述蜂窝储能夹芯层包括:蜂窝夹芯层结构中装填有相变储能材料或相变储能复合材料、导热粉;所述蜂窝储能夹芯层结构包括:平面型蜂窝储能夹芯结构类型、曲面型蜂窝储能夹芯结构类型、柔性蜂窝储能夹芯结构类型、可变形蜂窝储能夹芯结构类型;所述蜂窝储能夹芯层拓扑形态结构包括:六边形蜂窝夹储能芯层形态结构、矩形蜂窝储能夹芯层形态结构、三角形蜂窝储能夹芯层形态结构、菱形蜂窝储能夹芯层形态结构、圆形蜂窝储能夹芯层形态结构、椭圆形蜂窝储能夹芯层形态结构、内凹六边形蜂窝储能夹芯层形态结构、箭头形蜂窝储能夹芯层形态结构、星形蜂窝储能夹芯层形态结构、手形蜂窝储能夹芯层形态结构、类蛇形蜂窝储能夹芯层形态结构;所述蜂窝储能夹芯层形态结构材料采用导热性能良好的材料构成,其中包括:金属、合金、无机材料、有机材料、复合材料、纳米材料;所述蜂窝储能夹芯层具有蜂窝胞壁室阵列状结构;所述蜂窝胞壁室具有封闭形态结构或半封闭形态结构;所述相变储能材料或相变储能复合材料以及导热粉装填在蜂窝夹芯层具有蜂窝胞壁室阵列状结构中,所述不同拓扑形状类型蜂窝储能夹芯层形态结构以及不同组分的相变储能材料、相变储能复合材料与导热粉共同构成蜂窝储能夹芯层整体结构;所述蜂窝储能夹芯层具有蜂窝胞壁室阵列状结构能够减小相变储能材料存在的“热斑”、“热松脱”现象,能够克服其中部分相变储能材料存在的导热性能不够好的问题,也能够提高相变储能材料工作的热稳定性;由于蜂窝储能夹芯层中的蜂窝胞壁室呈现紧密有序排列并构成网格式结构,提高了系统及装置的热耦合性能。

9.根据权利要求1所述的微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置,其特征在于,所述相变储能材料或相变储能复合材料其中包括:泡沫金属复合相变材料、泡沫金属氧化物复合材料、熔融盐-膨胀石墨基复合材料、熔融盐-金属基复合材料、熔融盐-陶瓷基复合材料、熔融盐-陶土基复合材料、硅、铝硅合金、铝硅铜合金、铝硅镁合金、铝硅锌合金、其它硅金属合金、NaF、MgF2、CaF2、Na2O2、AlCl3、LiH、LiF、KF、NaCl、KCl、CaCl2、KCaF3、NaMgF3、KMgF3、KNO3、NaNO3、Li2CO3、Na2CO3、K2CO3、LiOH、KClO3,以及它们之间不同比例的混合材料;所述泡沫金属复合相变材料其包括:泡沫金属铜复合相变材料、泡沫金属镍复合相变材料、泡沫金属铝复合相变材料、其它泡沫合金复合相变材料;所述蜂窝储能夹芯层包括:导热粉;所述导热粉包括:纳米碳管、石墨烯、石墨粉、铜粉、陶瓷粉;所述泡沫金属复合相变材料中的泡沫金属结构和导热粉与蜂窝夹芯层中的蜂窝胞壁室阵列共同构成良好的导热系统,能够加强与相变储能材料间的热传导,能够加快相变储能材料的吸热与放热过程。

10.根据权利要求1所述的微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置,其特征在于,所述热电池部分的光子增强热离子发射电池通过第二导热层与蜂窝储能夹芯层紧密连接;所述光子增强热离子发射电池包括:采用P型半导体材料作为阴极,采用金属材料构成集电极阳极;所述阴极电极与阳极电极形成一个平行板结构,两个电极之间间隙为真空状态,并相应配置有抽真空孔或抽真空管;所述P型半导体阴极材料其中包括:砷化镓GaAs、氮化镓GaN以及其它P型半导体材料;所述集电极阳极材料其中包括:金属材料、硅基底金刚石薄膜、硅基底石墨烯薄膜、硅基底透明导电薄膜;当阴极温度升高时,阴极材料表面产生光子发射,阳极作为集电极能够吸收从阴极发射出的电子,达到稳定后,通过外部负载形成发电电流;所述光子增强热离子发射电池能够收集光子和热能两种类型能量,其发电效率显著提高。

11.根据权利要求1所述的微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置,其特征在于,所述热电池部分的热离子发射电池通过第二导热层与蜂窝储能夹芯层紧密相连接;所述热离子发射电池包括:阴极发射电极、集电极、真空层、绝缘层;所述阴极发射电极的材料包括:钨、錸、鉬;所述绝缘层的材料其中包括:三氧化二铝、AI2O3/Nb金属陶瓷;电极间可充气铯,并保持一定的真空度;当蜂窝储能夹芯层通过第二导热层将热量传输至阴极发射电极,阴极发射电极温度升高,电子从阴极表面射出,通过极狭窄的电极间隙真空层,达到温度降低的集电极,热离子发射电池进行发电并对外输出电量。

12.根据权利要求1所述的微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置,其特征在于,所述热电池部分的热光伏电池包括:热辐射器、光子滤波器、热光伏电池、绝热层;所述光子滤波器在热辐射器与热光伏电池之间;在热辐射器、光子滤波器与热光伏电池的光伏通道四周有反射板;所述热辐射器其中包括:多壁碳纳米管阵列/薄膜辐射器、光子晶体辐射器、石墨烯辐射器、石墨辐射器、碳化硅辐射器、表面纳米结构钨辐射器、光栅/薄膜纳米结构辐射器、氮化硅辐射器、含二氧化鉺的二氧化钛微光纤结构选择性辐射器、稀土氧化物辐射器、钨辐射器、多铝红柱石辐射器、堇青石辐射器;当蜂窝储能夹芯层通过第二导热层将热量传输给热辐射器,热辐射器温度升高,产生热辐射光谱;部分热辐射光谱通过光子滤波器,辐照在热光伏电池上,热光伏电池进行发电并对外输出电量。

13.根据权利要求1所述的微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置,其特征在于,所述热能发电部分其中包括:温差热电发电器、热机发电装置;所述温差热电发电器的热端通过第三导热层与热电池部分紧密相连接;所述温差热电发电器包括:热端、热电层、冷端;所述热电层以温差发电片为基体;温差发电片通过串-并联链接起来组成发电模块;温差发电片单体与温差发电片单体之间的框型缝隙通过绝热材料填满,防止热量从发电模块的热端直接流向冷端;所述热端的一面与热电层相连接;所述热端的另一面与热电池部分相连接;所述热电层中温差发电片包括:n型热电元件、P型热电元件;所述n型热电元件、P型热电元件交替排列;所述n型热电元件与相邻的P型热电元件的顶端或底端相连接;每个n型热电元件的顶端或底端仅与一个相邻的P型热电元件连接;每个P型热电元件的顶端或底端仅与一个相邻的n型热电元件相连接;温差热电发电器的冷端与散热装置相连接;当太阳电池部分工作时产生的热量通过第三导热层传输至温差热电发电器的热端,由于温差热电发电器的热端与冷端产生的温差驱使温差热电发电器进行发电并对外输出电量。

14.根据权利要求1所述的微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置,其特征在于,所述热能发电部分的热机发电装置中的斯特林发电装置和蒸汽机发电装置其中包括:热管、斯特林发动机或蒸汽机、发电机;所述热管其中包括:外四方内圆形热管、外六方内椭圆形热管、外八方内圆形热管、外圆弧内方形热管、外圆弧内圆形热管;热管采用材料为导热性能良好的耐腐蚀的材料,其包括:耐高温金属、耐高温合金、耐高温陶瓷、石墨、石墨稀、耐高温复合材料;所述热管通过第三导热层与热电池部分外侧表面形态相对应吻合,并保持紧密接触,并吸收热电池部分工作时产生的热量,通过热管中的工质将能量传输给斯特林发动机或蒸汽机,斯特林发动机或蒸汽机带动发电机进行发电工作,并对外输出电量。

15.根据权利要求1所述微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置,其特征在于,所述聚光部分包括:聚光器、太阳光跟踪角度调节器;所述聚光器包括:点聚焦聚光器、线聚焦聚光器、复合聚光器、聚光比调节器;所述点聚焦聚光器采用聚光的透镜或反射镜和热电池部分处于同一条光学轴线上;所述点聚焦聚光器包括:碟式聚光器、塔式聚光器;所述线聚焦聚光器包括:条形透镜、曲面透镜、抛物槽、线聚光组合抛物面;所述点聚焦聚光器和线聚焦聚光器均包括:菲涅尔透镜;所述复合聚光器包括:点聚焦聚光器与线聚焦聚光器的组合。

16.根据权利要求1所述微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置,其特征在于,所述热电池部分中装配有温度传感器;所述温度传感器与智能控制器相连接;所述微纳米光陷阱结构吸热层、蜂窝储能夹芯层、热电池部分、温差热电发电器的四周均有绝热层。

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