专利名称：光谱发电机及其应用的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及太阳光源和燃料光源的光电转换装置及其光电元件的 制作过程。本发明还涉及此装置在地面上和太空中的应用方式。 技术背景人类持续发展和生存正面临石油、天然气和煤碳等资源将要枯竭 及其排放物引起全球气候恶化的制约和挑战，急迫需求巨大清洁能源支撑，以便加快以石化燃料为主的能源结构调整到以清洁能源为主、 以石化及生物能源为辅的能源结构和修复全球气候变化的进程。为此, 本人发现了光电转换定律，为破解上述难题提供科学依据。光电转换定律表述如下按空间分布的光源光谱通过分光装置，改造成按平面分布和具有 高光强度并扣除光路损失的光源彩色光谱。当整个光源彩色光谱域成 为与其最佳匹配的光谱电池最敏感光谱域时，光源彩色光谱的光能 100%转变成电能；光谱电池的相对光电转换效率为100%;光谱电池的 工作温度为当地环境温度。用于太阳能的光电转换定律表述如下按空间分布的太阳光源白色光谱通过分光装置，改造成按平面分 布和具有高光强度并扣除光路损失的太阳光源彩色光谱。当整个太阳 光源彩色光谱域成为与其最佳匹配的光谱电池最敏感光谱域时，太阳 光源彩色光谱的光能100%转变成电能；光谱电池的相对光电转换效率为100%;光谱电池的工作温度为当地环境温度。用于有限个区域光谱电池的光电转换定律表述如下 按空间分布的光源光谱通过分光装置，改造成按平面分布和具有 高光强度并扣除光路损失的光源彩色光谱。当整个光源彩色光谱域成 为与其匹配的多区域光谱电池敏感光谱域时，光源彩色光谱的光能 90%以上转变成电能；多区域光谱电池的相对光电转换效率为90%以上; 多区域光谱电池的工作温度较低。 发明内容目前获取清洁能源的途径有水力发电、风力发电、核聚变发电和太阳能发电等。但水资源总量有限；风力发电应用地区范围不够广， 且获取电能有限；核聚变发电尚处试验探索中，离实用阶段还有一定 的距离；太阳能电池存在效率低、半导体电池材料消耗大、工作不稳 定、售价贵、大面积推广需占用大面积土地；太阳能热发电系统复杂、 效率不高和难普及应用等。面对世界能源和全球气候变化急迫需求巨 大清洁能源的难题，本发明人以有限个区域光谱电池的光电转换定律 为科学依据公开了 "光谱发电机及其应用"。光谱发电机有两种太阳光源光谱发电机和燃料光源光谱发电机。 太阳光源是指由太阳和其它恒星分别发出的到达太阳系星球和其它 恒星系星球的近似平行光及反射光等。燃料光源主要指由石化和生物 燃料及其它物质转化成的液体或气体燃料与氧气(或空气)形成的可 燃混合气，在燃烧器中充分燃烧产生高温发出的放射光及反射光等； 或其它高温物体所发出的光，如烧红的焦碳、钢锭和另部件等高温物体所散发出的光。太阳光源光谱发电机的总体构造的主要组成和作用是a) 光电转换系统由置于光谱发电机外的太阳光源、分光装置及与 其匹配的光谱电池和冷却装置等组成，作用是使太阳光能有效地转变 成电能并稳定工作。b) 电器系统由储能装置、控制器和逆变器等组成，作用是使光谱 发电机独立发电或并网发电。c) 太阳跟踪系统由控制和执行系统组成，作用是使光电转换系统 确定的太阳光照射方向与分光装置的相对位置保持不变，确保光谱发 电机稳定工作及全天候收集太阳光能并转变成电能。d) 机体和机座等固定件:太空上使用的机体是指太空舱，机座是指 太空舱的连接通道；地面上光谱发电机的机体内主要布置光电转煥 系统和电器设备，机座的作用是除支承光谱发电机外还便于固定在底 座或柱台上，便于普及推广应用；太空舱连接通道的作用是便于连接 主太空舱和其它光谱发电机构成太空发电站。燃料光源光谱发电机的总体构造的主要组成和作用是a) 光电转换系统由燃料光源、分光装置及与其匹配的光谱电池和 冷却装置等组成，作用是使燃料光源的光能有效地转变成电能并稳定 工作。b) 电器系统主要由控制器和变压器等组成，作用是使光谱发电机 独立发电或并网发电。c) 可燃混合气供给和稳压控制系统主要由燃料和进气系统组成的可燃混合气系统和稳压控制系统等组成，作用是供给最佳可燃混合 气并输出稳定的电压。
d) 排气系统由排气管道和废气余热利用装置等组成，作用是使光
谱发电机稳定工作并提高其综合运行效率。
e) 机体和机座等固定件机座支承光谱发电机并固定在底座上； 机体内主要布置光电转换系统;机体上主要布置光谱发电机的各个系 统及其它附件。
光谱发电机的外形结构因太阳光源和燃料光源、应用场所、分光 装置的类型和维数及尺寸、光电转换系统在光谱发电机中的组合方式 不同等而差异较大。但在光谱发电机结构的内部除光源外都装有不同 类型和维数及尺寸的光电转换系统。
光谱发电机的光电转换系统中，光源、分光装置和光谱电池三者间 的特征是有确定的对应关系，即不同的光源和不同的分光装置有不 同的与其匹配的光谱电池；它们间的相对位置也有确定的关系，如太 阳光的照射方向与分光装置的相对位置保持不变，并由太阳跟踪系统 控制；光源光谱通过分光装置改造成的光源彩色光谱，光强度变化曲 线的形状与光源光谱的基本相似，但变化曲线的光强度大大提高，有 利于光能转变成电能；光源彩色光谱域与光谱电池工作面重合。光谱 电池的制作的主要过程是a)获取高光能转换效率的光源彩色光谱， 即由确定的分光装置收集到按空间分布的光源的光，进入光谱电池前 己通过由分光元件组成的分光装置改造成在光谱电池上按平面分布 和具有高光强度并扣除相对光路损失为最小的光源彩色光谱；b)依据此彩色光谱寻找并制作各种半导体电池材料或其它电池材料的光 谱相对响应变化曲线；C)根据这些光谱相对变化曲线中最大值局部敏 感光谱域的宽窄，把光源彩色光谱恰当地分成连续的若干个光谱子域, 并分别对应地为各光谱子域匹配电池材料制成具有若干个区域的光
谱电池，整个光源彩色光谱域成为光谱电池的敏感光谱域；d)经试
验、改进、再试验，直到光谱电池的性能符合要求为止。 一般能达到 好的结果一当光源彩色光谱的光进入光谱电池时，光源彩色光谱的光
能90%以上转变成电能；光谱电池的相对效率为90%以上；光谱电池的 工作温度较低并受冷却装置的冷却而工作更稳定，光谱电池的有效效 率达30%以上。光路损失越少，光谱电池的相对效率越高，光谱电池的 有效效率就越高。在特殊情况下(如工艺困难)光谱电池可制作成与 光源彩色光谱匹配不够好的单区域光谱电池。
下面结合附图和部分具体实施方式
对本发明作进一步详细说明 图1为由棱镜和透镜组成的分光装置及与其匹配的光谱电池的示
意图2为由聚光透镜、透镜和棱镜组成的分光装置及与其匹配的光
谱电池的示意图3为由大、小聚光反射镜和棱镜组成的分光装置及与其匹配的 光谱电池的示意图4为由多角闪耀光栅和聚光反射镜组成的分光装置及与其匹配 的光谱电池的示意图；图5为在地面使用的太阳光源光谱发电机某类型的结构示意图； 图6为太空中使用的太阳光源光谱发电机某类型的结构示意图； 图7为燃料光源光谱发电机某类型的结构示意图。
具体实施例方式
光谱发电机中除光源外的光电转换系统的基本类型有多种，主要 有如图1~图4所示。它们在光谱发电机总体构造中的组合方式有a) 由每一种构成独立的光谱发电机;b)以集群方式共一个机座和太阳跟 踪系统及电器系统，把多台光电转换系统对称地安装在机座两侧机体 的机架上，构建一台地面上使用的功率较大的光谱发电机；c)以集群 方式由多台光电转换系统构建一台太空发电站上使用的功率较大的 光谱发电机;d)以集群方式由多台小光电转换系统构成板式光谱发电 机；e)以集群方式由许多微小分光装置组合体和与其匹配的光谱电池 构成光谱电池板，安装在太阳跟踪机架上构成一台小型或微型光谱发 电机;f)由光谱电池板和蓄电池材料组成光谱电源板并构成一台自带 蓄电池的小型或微型光谱发电机，或用于需要微型电源的地方，充电 时把它插入充电器或插入太阳跟踪充电座上并置于阳光下。
光谱发电机的分光装置及与其匹配的光谱电池的基本类型有 第一种如图l所示。由棱镜(1)和透镜(2)组成的分光装置及与其 匹配的光谱电池(3),特征是由棱镜(1)收集的平行光经其分光后， 通过透镜(2)聚光于光谱电池(3)上形成按平面分布和具有高光强度 并扣除光路损失的与其匹配的光源彩色光谱；光路较短、光学元件较 少和光路损失较小；棱镜(l)和透镜(2)未经受高光强度光東的照射而热疲劳强度高、寿命较长；因光谱电池(3)与光源彩色光谱匹配良好，
不管光强度有多高，它都能把吸收的光能有效地转变成电能，故其工
作温度较低，加上受冷却装置的冷却，使其工作更稳定；对大棱镜(1) 可用两块透明板代替棱镜两等腰面，以减少光路损失和重量。
第二种如图2所示。由聚光透镜(5)、透镜(6)和棱镜(8)组成的分 光装置及与其匹配的光谱电池(9)，特征是平行光(4)经聚光透镜(5) 向下聚焦后的光通过透镜(6)转变成平行光東(7)，进入棱镜(8)分光 成在光谱电池(9)上按平面分布和具有高光强度并扣除光路损失的， 与光谱电池匹配的散形和较模糊的光源彩色光谱；如有必要在棱镜(8) 后再设置一透镜，通过透镜聚光在光谱电池(9)上，形成较清晰的光源 彩色光谱，此时必然增加光路损失；若聚光透镜(5)过重或光路损失大， 则它不宜大；高光强度的平行光東(7)通过透镜(6)和棱镜(8)时，引起 透镜和棱镜发热而产生热疲劳损坏，必要时用冷却装置冷却；三维聚 光透镜(5)和透镜(6)呈圆形透镜，二维的呈柱面形透镜，前者的聚光 比比较大。
第三种如图3所示。由大聚光反射镜(13)、小聚光反射镜(10)和 棱镜(14)组成的分光装置及与其匹配的光谱电池(15)，特征是平行 光(12)经大聚光反射镜(13)向上反射聚焦后，通过小聚光反射镜(10) 转变成向下反射的平行光束(11),进入棱镜(14)分光成在光谱电池 (15)上按平面分布和具有高光强度并扣除光路损失的，与光谱电池 (15)匹配的散形和较模糊的光源彩色光谱；如有必要再在棱镜(14)后 设置一透镜，通过透镜聚光在光谱电池(13)上形成较清晰的光源彩色光谱，此时必然增加光路损失；大聚光反射镜(13)和小聚光反射镜(10) 可用新材料制成，如在聚合物上镀银的紧绷式反射镜，它具有质量轻、
成本低及反射率高和抗老化等优点；三维反射镜为圆盆形，二维的为
柱面形，后者的聚光比比较小。
第四种如图4所示。由左右对称布置的多角闪耀光栅(17，18)和聚 光反射镜(16)组成的分光装置及与其匹配的光谱电池(19，20)，特征 是多角闪耀光栅(17，18)的每个槽面不是平面而是弧形面；弧形槽 面连续变化的每一点的切线与光栅平面夹角都包含对应的光源光谱 中需要闪耀出的光波，把大部分总光能集中在0级的光全部闪耀到 多区域光谱电池(19,20)上的第一级自由光谱中，通过两次反射过程 把光源光谱改造成光谱电池(19，20)所需要的光源彩色光谱；这种类 型具有光路短和光路损失小的优点，但对多角闪耀光栅的加工工艺要 求高。
图5为在地面上使用的太阳光源光谱发电机某类型的结构示意
图。特征是在光谱发电机的机体内装有光电转换系统；由分光装置 收集的太阳光(21),通过棱镜(22)分光、透镜(23)聚光于光谱电池(24)
上，改造成按平面分布和具有高光强度并扣除光路损失的，与光谱电 池匹配的太阳光源彩色光谱；太阳光(21)的射向由太阳跟踪系统控 制，通过横向摆轴(26)作俯视和仰视摆动，通过纵向转轴(27)作小于 360°转动，全天候收集太阳光；当遇到狂风暴雨、冰雹、沙尘暴和台风 等恶劣天气时，它能自动转到背风面、低头并锁紧等，使其避免损坏。 太阳光源光谱发电机便于在地面上普及推广应用，它们通过机座(28)和柱台装在有太阳光而需要电能的地方而不占用或小占用土地，
可独立发电也可并网发电。应用方式有a)装在农村住宅周围空地上 和城镇居民住宅及其它建筑物上，为居民和商场及办公大楼提供电 能；b)以单台或集群方式组建小、中、大和特大型的光谱发电厂，为不 同类型的用户提供电能；c)与己有的电网一起组建区域和全球大电 网，通过电网的监控中心随时向需要电能的用户供电，解除局部地区 受天气和无日照不发电的制约。
不同类型的光电转换系统在太空光谱发电机总体构造中的布置 形式主要有以下几种。第一种是把光电转换系统设在太空舱外的机架 上,其缺点是受太阳辐射及安装、调试和检修不方便;其优点是太空发 电站的方位保持不变，太阳跟踪由太空发电站统一控制、各台光谱发 电机自行完成。第二种是把分光装置的全部或大部份安装在太空舱外， 余下的部份、光谱电池和冷却装置及全部电器设备装在太空舱内，被 分光装置改造后的彩色光谱的光通过透明隔离窗口落在光谱电池上， 太空发电站随太阳跟踪摆动；若在太空舱外的分光装置与舱内的部份 分光元件及光谱电池和冷却装置等分别随太阳跟踪同步摆动，则太 空发电站的方位保持不变。第三种是把固定的透明隔离窗口改成活动 隔离窗口，并作为分光装置机架的一部份与光谱电池一起随太阳跟踪 摆动，使太空发电站的方位保持不变。第四种是把光谱电池板装在太 空舱外的机架上，通过机架的活动接头与太空舱连接及传动装置完成 太阳跟踪的动作，使太空发电站的方位保持不变。
图6为在太空发电站上使用的太阳光源光谱发电机某类型的结构示意图。特征是分光装置及与其匹配的光谱电池以集群方式组建 成一台功率较大的光谱发电机；其结构由头部(31)和太空舱(36)组 成，它们之间的窗口用防太阳辐射透明板(33)隔离，必要时用遮盖板 (38)关闭窗口，便于舱内光谱电池(34)及其它电器设备的安装、调试 和检修；头部的机架上安装多台由棱镜(30)和透镜(32)组成分光装置; 太空舱(36)内装有与其匹配的光谱电池(34)和热管式冷却装置(35); 太空舱(36)内还安装全部电器及储能设备；太阳光(29)照射方向由主 太空舱跟踪系统控制；连接通道(37)与主太空舱或其它光谱发电机相 连并组成太空发电站。
太阳光源光谱发电机在太空的应用方式有利用光谱发电机和现 有太空技术，通过太空舱的连接通道把许多光谱发电机与主太空舱连 接组建成大型或特大型太空发电站，并与地球定点同步运行，通过它 的能量发射传送装置和地面的能量接收装置向地面传送清洁能源而 不受地面气候影晌；在太空中建立许多装有能量发射和接收传送装置 的大型或特大型太空发电站并组建太空电网，向地面传送清洁能源而 不受天气和无日照不发电的影响。由太空电网与装有能量发射和接收 传送装置的区域和全球大电网构成由能源、数字和信息网络等组成地 球超级网络，通过它的监控中心随时向地面和太空用户供给所需的清 洁能源，而彻底解除受天气和无日照不发电的制约。
若在太阳系各行星太空中也建立以太空发电站为基础的星球网 络，与地球超级网络组建成太阳系超级网络，将为人类实现乘坐超级 宇宙飞船飞向其它恒星系星球遨游太空和返回地球的梦想创造条件。图7为燃料光源光谱发电机某类型的结构示意图。其工作原理是: 具有一定温度和压力的最佳可燃混合气通过导管(39)在燃烧器(40) 充分燃烧产生高温而发出高光强度的光，经反射镜(51)和聚光反射 镜(42)将这些光(43)聚焦后再通过透镜(45)转变成平行光東(46),进 入棱镜(47)分光和透镜(48)聚光于光谱电池(49)上，形成与其匹配的
燃料光源彩色光谱，有效地把燃料光源彩色光谱的光能转变成电能； 同时还由板式光谱发电机(44)构成炉膛，收集光能转变为电能。燃烧 器(40)有三维和二维，三维燃烧器的基本形状为球状，二维燃烧器的 基本为管状。后者的特点是可燃混合气从燃烧管的一端进入燃烧，从 另 一端排出废气，燃烧管段温度最高，排废气管端温度最低,所以光谱 发电机按管段匹配为佳。燃烧管排出的废气热能还可再利用。燃料光 源光谱发电机使用的燃料为液体和气体燃料。液体燃料有柴油、汽油、 煤油等和由煤及生物等转换来的各种液体燃料。气体燃料主要有天然 气、煤气和从煤碳等石化燃料及生物燃料转换成的或其它方法转换成 的氢气。氢与氧的燃烧为最佳，因为燃烧温度最高，废气热量损失最小, 无污染排放物。这些燃料转化装置可与反射镜(51)、聚光反射镜(42) 的冷却管(50，41)及排气冷却管相连，进一步提高光谱发电机的综合 运行效率。
燃料光源光谱发电机为石化和生物质能的利用开辟了新的途径。 如由煤碳为主的燃料光源光谱发电机，以单台或集群方式组成各种类 型的燃料光谱发电厂满足不同用户的需求。它有结构简单和紧凑、建 厂周期短、无运动件、噪音较小、高效节能和排污少等优点。还为汽车、火车和船舶及其它机械提供电力。还可回收其它高温物体散发的 光能转化为电能而提高能源的利用效率。
从上可知，"光电转换定律"的发现和"光谱发电机及其应用" 的发明将是破解世界能源和全球气候变化的法宝。将实现以太阳能、 风能、水力和核能等清洁能源为主，以生物和石化及转化的能源为辅 的能源结构；并把全球气候变化修复到人类所需的状态，从而引向人 类美好将来。
权利要求
1光谱发电机有太阳光源光谱发电机和燃料光源光谱发电机。太阳光源是指由太阳和其它恒星发出的光分别到达太阳系行星和其它恒星系行星的近似平行光及其反射光。燃料光源主要是指液体或气体燃料与氧气或空气形成的可燃混合气，在燃烧器中充分燃烧产生高温所发出的放射光及其反射光；其它高温物体所发出的光。
5.根据用途不同，光电转换系统在光谱发电机总体构造中的组合 方式主要有a)由每一种光电转换系统构成独立的光谱发电机；b)以集群方式共一个机座和太阳跟踪系统，把多台光电转换系统对称安装 在机座两侧的机架上，构建一台地面上使用的功率较大光谱发电机;c) 以集群方式由多台光电转换系统构建一台太空发电站上使用的功率 较大光谱发电机；d)以集群方式由许多小的光电转换系统构成板式光 谱发电机;e)以集群方式由许多微小分光装置的组合体及与其匹配的 光谱电池抅成光谱电池板，安装在太阳跟踪机架上构成光谱发电机；f) 由光谱电池板和蓄电池材料组成光谱电源板，构成自带蓄电池的微型 光谱发电机或用于需要微型电源的地方，充电时把它插入充电器或插入太阳跟踪充电座上并置于太阳光下。.6太阳光源光谱发电机在地面和太空中的普及推广应用方式主要有:a)太阳光源光谱发电机通过机座和柱台安装在地面上有太阳光 而需要电源的地方；b)装在农村住宅周围空地上及城镇居民住宅和其 它建筑物上，为居民和商场及办公大楼提供电能；c)单独发电或并网 发电；d)以各种集群方式组建小、中、大和特大型光谱发电厂并组建 区域和全球大电网，通过监控中心向用户供给清洁电能而不受局部地 区天气影响；e)太阳光源光谱发电机通过太空.舱的连接通道与其它光 谱发电机及主太空舱连接，组建大型或特大型太空发电站并与地球定 点同步运行，通过它的能量发射和接收传送装置和地面的能量接收装 置，向地面用户输送清洁能源而不受地面气候影响；f)在太空中建立 许多大型的装有能量发射和接收传送装置的太空发电站并组成太空 电网，与地面上建立的区域和地球大电网及其能量发射和接收传送装 置共同构建由能源、数字和信息网络等组成的地球超级网络，由它的 监控中心随时向地面和太空用户供给所需清洁能源，彻底解除受天气 和无日照不发电的制约，达到破解世界能源和全球气候变化急迫需求 巨大清洁能源难题的目的；g)地球超级网络与太阳系各星球上建立相 应的星球网络组建太阳系超级网络，以实现人类乘坐超级宇宙飞船飞 向其它恒星系星球遨游太空并返回地球的梦想。
全文摘要
本发明为解决世界能源和全球气候变化的难题而发现了“光电转换定律”，并作为技术背景发明了太阳光源和燃料光源的“光谱发电机及其应用”。书中详细叙述光谱发电机总体构造的组成及作用；核心技术“光电转换系统”的组成、工作原理和光电元件的制作过程；光电转换系统的基本类型及其在光谱发电机总体构造中的组合方式；给出地面和太空的光谱发电机及燃料光源光谱发电机的具体实施方式
和它们在地面和太空的普及推广应用方式，达到破解上述难题的目的。下面给出某单台光电转换系统的光谱发电机，其工作原理是按空间分布的太阳光源白色光谱的光(21)，经棱镜(22)分光、透镜(23)聚光于光谱电池(24)上改造成与光谱电池匹配的按平面分布和具有高光强度并扣除相对光路损失为最小的太阳光源彩色光谱，其光能90％以上转变成电能；光谱电池的实际相对效率为90％以上；光谱电池的有效效率在正常情况下达30％以上；工作温度较低，并受冷却装置(25)冷却而工作更稳定；光谱发电机通过机座(28)和柱台可装在有太阳光而需要电能的地方而不占用或少占用土地，便于普及推广应用。
文档编号H02N6/00GK101316081SQ20081000033
公开日2008年12月3日 申请日期2008年1月8日 优先权日2008年1月8日
发明者张培榕 申请人:张培榕