[发明专利]太阳能光电泡发电

说明书

技术领域

将太阳能直接转换成电能利用。

背景技术

太阳光作为能源利用，是人类最美好的尚未实现的愿望之一。目前全世界的太阳能发电技术有太阳能直接转换成电能的光伏发电和热发电装置中的塔式发电、碟式发电、槽式发电，还有烟囱效应发电等。但都因成本高，效率低，电价高，不具有商业竞争力。所以，必须充分拓展太阳光的独特优势，另僻蹊径，这就催生出太阳能的光电泡发电技术。

发明内容

太阳能的光电泡发电技术是利用球面形渐开线曲面凹镜将太阳光会聚到焦点，再由球面形渐开线曲面小凸镜(或小凹镜)反射成平行光射入光电泡上的凸透镜，再次聚焦，射到光电转换板上，将光能转换成电能传出。具体内容有三点。

1、球面形渐开线曲面凹镜的设计。经作图分析，见附图1，球面凹镜把平行于主轴的光不是返射到真正意义的点上，而是反射到主轴的一段线段上。因求焦距f的计算式是一函数方程，f＝R-0.5R÷COSa(式中f是焦距，R是球面半径，∠a是球面上过任意一点A的球面半径与主轴的夹角)。具体推导过程从略。这样用小凹镜或小凸镜把会聚阳光反射成真正的平行光不能实现。必须改造球面凹镜，使其把光会聚到真正的点上，把上述函数方程变为使f的值为定值(取凹镜中心孔边沿点上的f值为定值)，计算出与角a值所对应的离开基园上每点的的数值，(原方程中的球面称为基园球面，过球心的平面切出的园称为基园)，形成渐开线，以主轴为旋转轴转动，由渐开线轨迹形成的曲面，称为球面形渐开线曲面，以这样的曲面制成的凹镜称为球面形渐开线曲面凹镜。实质是在调整球面上每点的法线方向，使其将太阳光反射到一个真正意义的点上。小凹镜或小凸镜也是如法炮制。经过改造后的凹镜和小凸镜(或小凹镜)组合的装置，能将太阳光反射成平行光，进入凸透镜后可达到再次聚焦的目的。

2、光电泡的设计。见附图2。光电泡是把太阳能直接转换成电能的装置。借鉴伦琴射线管成功的设计方法，设计出光电转换泡，使光能直接转换成电能，是一种逆反应装置。图2中，M为凸透镜，K为光电转换板，也叫阴极，N为集电极，K、N都用钨做成，A为阳极，N、A之间用云母片隔离，使之绝缘。泡内抽成高度真空，给K和A通低压电，建立电场。高倍聚光照射到K上时，瞬时有电子飞出，是光电效应，把K加热到赤热状态时，原子最外层的电子获得足够的能量而发生电离，在电场力的作用下，电子流由K飞向N级，将光能转换成了电能。K板的温度越高，射出的电子越多。当K板获得的能量和射出的能量相等时(电子和光能量之和)，温度不再升高。温度降低时，射出的能量也随之减少，这是它的本能的自调性质。可见光是由原子的外层电子受到激发而产生的光。现在用高倍聚阳光去直接加热原子最外层的电子，使其电离，形成电流，将光能直接转换成电能。经由外电路传回的因作了功减少能量的低能电子，被失去最外层电子的原子俘获，进入新一轮的加热电离。这是太阳光独有的特性，其它能源无法直接办到。由于光电效应机理和热电离机理叠加的作用，使其光电转换率高，估计可达到30％---40％左右。因为有部分光被反射掉，不能进入凸透镜，就是进入光电泡的光又有相当多的部分以光的形式射出光电泡。为了减少上述损失，可附加一些反射措施和给凸透镜镀上膜，减少这种损失，提高会聚光的透过率。给转换泡的玻璃内壁镀上反光材料，将光再次反射到转换板上，加热电子，提高转换率。

3、整体装置，见附图3，球面形渐开线曲面凸镜安装在球面形渐开线曲面凹镜焦点的下方，使虚焦点和焦点完全重合。光电泡安装在球面形渐开线曲面凹镜的中心孔上(后面简称凹镜、凸镜)，凹镜、凸镜(或小凹镜在焦点的上方)、凸透镜的主轴完全重合。受自动控制装置的控制，凹镜的主轴始终保持与太阳光平行。太阳光经两次会聚，能达到七、八千倍，甚至上万倍。可将光电转换板瞬时加热到2000-2500℃，使原子最外层的电子电离，在电场力的作用下定向运动，飞至集电极，产生电流。配以蓄电设备，在没有阳光的时候供电。

应当注意的事项是本装置进行运转时，外电路必须有负荷，保持线路闭合。否则，外电路不闭合时，光电转换板上失去电子的原子得不到电子的补充，温度会继续升高，光电转换板因温度过高，有被烧毁的危险。

附图说明：

附图1中，0为基园球面的球心。OK是主轴。F是焦点，FK是焦距f，0′是球面形渐升线曲面凹镜过A′点的球面的球心。A′KB′是球面形渐开线曲面凹镜。AKB是基园球面。R是基园球面A点的法线。R′是球面形渐开线曲面凹镜A′点的法线。

附图2中，M是凸透镜，L是玻璃泡，K是光电转换板，又叫阴极，N是集电极，A是阳极。