[发明专利]热电元件和热电发电系统

说明书

本发明涉及热电元件和热电发电系统。所述热电元件包括：由热电材料制成并且具通孔的热电构件；被插入所述通孔内以使流体流动的管子；以及被设置在所述热电构件的侧面的均热构件。所述管子和所述均热构件也分别用作所述热电构件的电极。所述均热构件的表面包括黑化面和镜面。所述热电发电系统包括：具有采光窗的容器；被容纳在所述容器内的热电元件；用于将流体馈送到所述管子内的流体馈送器；和消耗所述热电元件产生的电力的电力消耗源。所述热电元件被容纳在所述容器内，使得所述黑化面位于所述采光窗下面。

技术领域

本发明涉及一种热电元件和一种热电发电系统，更具体地涉及一种能够将光，诸如太阳光线和远红外光线的能量转换为热能和电能的热电元件，以及一种使用该热电元件的热电发电系统。

背景技术

利用太阳光线的能量的装置大致被分为将太阳光线直接转换成电能的装置，以及将太阳光线转换成热能的装置。太阳能电池是前者的示例。后者的示例包括下列系统：

(A)利用太阳热产生温水和暖风，并且利用太阳热进行热水供应和空气调节的太阳热利用系统；和

(B)在利用太阳热的热电元件的两端产生温差，并且将温差转换为电能的热电发电系统。

在这些装置中，太阳能电池仅能够获得电力，并且太阳能电池不能有效地利用太阳能。太阳能热水器具有相对高的太阳能利用效率。然而，由于产生的温水比所需量更多，所以太阳能热水器作为整体不能有效地利用太阳能。另外，太阳能热水器不获得电力。此外，使用太阳能蒸汽涡轮的热发电需要大规模的设施。

相反，使用热电元件的热电发电系统具有系统能够获得电力和温水两者，并且不需要大规模设施的优点。因此，关于使用热电元件的热电发电系统，已经做出了各种提议。

例如，非专利文献1公开了使用置于真空容器内的太阳能吸收器将太阳光线转换为热，并且通过热电元件将热转换为电力的太阳能热电发电机(STEG)。该文献中的STEG实现4.6％的热电转换效率。

在该文献中，使用Bi₂Te₃基热电材料执行热电发电。然而，由于高温侧约为200℃，所以在热电元件中不产生大的温差，并且不能预期热电转换效率的显著提高。此外，由于不利用未被转换为电的热，所以太阳能的利用效率低。

非专利文献2公开了STEG的热电转换效率的计算结果。该文献估计，能够通过使用由对光波长最优化的长通滤波器组成的太阳能吸收器抑制高温部分的辐射，并且在1000℃获得15.9％的转换效率。

然而，具有热阻并且其截止波长受精确控制的长通滤波器不存在，并且上述估计无效。此外，为了获得高热电转换效率，要求高温部分的温度升高；然而，问题的发生在于当高温部分的温度升高时，辐射导致的热损失增大。

专利文献1公开了一种使用太阳光线加热热电元件的高温侧，并且使用具有汤姆逊效应的热电材料冷却热电元件的低温侧的发电机。

该专利文献中的发电机移除通过热电元件照射的热，不将其通过利用汤姆逊效应的系统转换为电力，因此太阳能的利用效率低。

专利文献2公开了其中热电元件被布置在水管的外部外围表面上，并且太阳光线照射使用弯曲镜表面主体的热电元件的高温侧的供电设备。

在该专利文献中公开的供电设备中，当太阳光线的汇聚度低时，热电元件的高温侧的温度不升高，并且热电转换效率低。相反，当汇聚度高时，不能防止高温部分中的对流导致的热损失，这是因为热电元件未被置于真空容器中。此外，该供电设备也不具有防止由于辐射导致的热损失的功能。

专利文献3公开了一种太阳能热水器，其中向温水箱中的水在其中循环的循环通道提供太阳能热收集面，使用太阳能热由冷水产生温水，通过使用热电元件将冷水和温水之间的温差转换为电力，并且使用所获得的电力迫使温水循环。