本技术领域为太阳能吸热器技术,介绍一种新型太阳能吸热器及其运行方法,具备自发电与储热功能。该吸热器由吸热管、上集箱、下集箱和储热系统构成,上集箱与下集箱之间通过特殊设计实现能量转换与存储。
背景技术
太阳能是一种被广泛利用的可再生能源,目前利用太阳能发电的主要形式有光伏发电和光热发电。光伏发电是指利用光伏电池通过光生伏特效应直接将太阳能转换为电能,但是其存在固有的能量转换限制;光热发电是指先将太阳能转化为热能,再通过其他技术将热能转换为电能的发电方式,光热发电耦合储热系统可以避免光伏发电受天气影响的特性,但是其流程复杂且转换效率较低,在实际应用中仍受很多限制。
热电子发射发电装置由一个热金属阴极和冷阳极组成,两级之间由真空隔开,通过能量源加热金属,可以使金属内的电子克服极间势垒发射到阳极,与外部负载相连接可形成闭合回路对外发电。热电子发射发电装置的能量源来源于聚光太阳能,光子增强热电子发射技术(PETE)可以在单一器件同时实现光伏效应和光热效应,其与热电子发电技术的不同之处在于阴极采用半导体,其余装置均相同。其工作原理为,半导体阴极吸收聚光太阳辐射,阴极中的电子可以被入射光子从价带激发到导带,同时吸收阴极的热量克服极间势垒发射到阳极。由于PETE同时利用光子能量和光生热量,故其有更高的转换效率,并且相较于热电子发射可以在更低的温度下工作。
在热电子发射发电组件中,阴极温度高于阳极温度,且阴极的功函数高于阳极的功函数,在组件运行中,阳极温度不宜过高,由于阳极有较低的功函数,若阳极温度过高,阳极会容易向阴极发射电子,产生较大的阳极反向电流,器件总电流J总=J阴-J阳,若阳极反向电流过高,会使器件总的发射电流降低,从而影响组件的发电性能,故控制阳极温度较低也是本领域研究的重点。
此外,不论是纯热电子发射技术还是光子增强发射发电技术,都受限于电极间空间电荷效应的影响。将电极间距限制在微纳米级别可缓解空间电荷效应,但是倏逝波光子隧穿带来的近场辐射传热损失增加,同时,这种微纳米级别的间距对工程应用带来严峻挑战。在电极间隙引入铯蒸气是一种常见的克服空间电荷效应的方式,但是铯的高温热电离需要1200℃以上的高温才能起到输运效果,对于常规的太阳能发电很难达到如此高温。然而,除热电离外,共振光也可激发铯原子产生铯离子,太阳光中丰富的共振光源可加以利用。基于此,本发明设计一种透光阳极的结构,太阳光子首先进入电极间隙,可优先光子激发铯原子,使其电离,从而克服空间电荷效应。
目前常用的聚光太阳能热发电系统的集热形式主要有塔式、碟式、槽式和线性菲涅尔式热发电系统,在这些集热形式中,都可以通过吸热器或吸热管来吸收聚光能量,从而加热传热工质来带动热机对外做功。由于这些形式的聚光比都可达到较高的程度,故吸热器可以在很高的温度下工作。吸热器是能将高倍太阳能聚光转换为热能的装置,根据传热方式不同可以分为管式和容积式吸热器,管式吸热器是目前在塔式太阳能发电系统中最常用的形式,其主要工作原理是传热工质进入吸热管与管壁换热,从而吸收热量。目前吸热器在太阳能系统中的作用为吸收太阳能转换为热能并将其传递给管内的介质,作用较为单一,基于上述分析,提出本发明。
实现思路