27、太空热光伏电力系统：原理、效率与发展潜力

太空热光伏电力系统：原理、效率与发展潜力

1. 热光伏能源转换概述

热光伏（TPV）能源转换虽尚处于早期发展阶段，但在太空电力系统中极具应用潜力。太空的热能可由聚焦阳光、核反应堆或美国国家航空航天局（NASA）深空任务中使用的放射性同位素热源提供。TPV 能源转换技术可分为两个子系统：一是将热能转换为辐射能，二是将辐射能转换为电能。

与传统的通过热力循环直接将热能转换为电能的系统不同，TPV 系统更为简单。原则上，太空 TPV 系统可以完全被动运行，转换子系统中几乎没有或仅有少量运动部件，最差情况下也只需某种泵送循环冷却子系统。

TPV 系统有两种配置值得关注：
- 黑体辐射发射器与带通滤波器组合系统 ：黑体辐射发射器通常在较宽波长范围内发射辐射，搭配带通滤波器可使输出光谱变窄，与太阳能电池的最大光谱响应波长区域重叠。但该系统中，为提高效率，大部分辐射需在发射器和滤波器之间来回循环，因此即使滤波器吸收率很小，也会导致大量辐射能损失，且若热发射器性能与理想黑体相差较大，整体效率会降低。
- 选择性发射器系统 ：选择性发射器自然地在窄波长范围内发射辐射，该范围也落在太阳能电池的最大光谱响应波长区域内。相关研究表明，选择性发射器 TPV 系统比滤波器 TPV 系统更可能具有更高的整体效率，因此后续将重点讨论选择性发射器 TPV 系统。

2. TPV 系统效率

2.1 选择性发射器的发展与原理

选择性发射器在高效 TPV 能源转换中的价值最早于 1967 年被 White 和 Schwartz 认识到。此后二十年，寻找合适选择