CN100471002C - 温差电池与蓄电池并用的供电系统 - Google Patents

温差电池与蓄电池并用的供电系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及直流供电领域，温差电池与蓄电池并用的供电系统包括：蓄电池、开关、可控硅、蓄热槽、负载、热交换器、连接管、泵，其特征是温差电池作为发电部件和控制部件，蓄电池作为蓄能部件，热交换器朝向太阳面贴有温差电池，连接管把热交换器、泵和蓄热槽连接起来，管内是水，热交换器的背面和侧面、连接管外表面、蓄热槽外表面包有绝热材料。两个蓄电池的正极分别与一个可控硅串联之后再与温差电池并联于A点和B点，两个可控硅的控制极分别连接到A点和B点，再通过A点、B点向负载R供电，负载R串联开关K。本发明的优点是：本发明的优点是：能量转换率高，减少了电池的使用、也延长了蓄电池的使用寿命，不需消耗有形能源，且无任何形式的污染。

Description

温差电池与蓄电池并用的供电系统
技术领域
本发明涉及直流供电领域，特指把由太阳能所转化成的电能充分合理而又能稳定的提供给用电设备供电的温差电池与蓄电池并用的供电系统。
背景技术
目前国内外常用的电池可分为两类：一类是蓄电池，另一类是原电池，两者各有优缺点。原电池可将化学能转变为电能，当参加反应的物质耗损到一定程度，它的寿命便告终了，无法再将电池储蓄的化学能恢复，故又称一次电池，此外由于废电池含有汞、镉、铅等有害物质会造成严重的环境恶果之后，人们对如何回收和处理那每年数以亿计的废电池也感到为难。同时，人们也积极考虑研发一系列不会对环境带来危害的绿色电池。其中利用太阳能发电技术既可以避免环境的污染又能节约非可再生能源。温差电池也是近两年国内外研究的热点，温差电池属于物理电池，它是一种把热能转换成电能的装置，其体积小，使用寿命长(超过20年)，性能高度稳定，使用温度范围宽，且不会对环境造成任何形式的污染。
蓄电池又称为二次电池，它不仅能将储备的化学能变为电能，而且当参加反应的物资以电能的形式释放完毕以后，再用充电器对它输入直流电能，又可将已损耗的活性物质复活。因此蓄电池可以进行多次充、放电循环。但是仅有蓄电池的供电系统，由于蓄电池容量有限，不能长时间供电，且充电时间长，充一次电需要4—5乃至十几小时，使用不方便，而且蓄电池的充电次数是有限的，到了使用期限就要报废。
此外，中国专利CN200410054730.6所公开的“太阳能电池与蓄电池并用的供电系统”，是把太阳能电池与蓄电池结合起来进行供电，它利用的是太阳能发电技术，其发电效率有限且只能白天发电。由于没有设置防倒流的措施，甚至会导致回流现象。
发明内容
为了避免和克服上述不足，本发明的目的是把温差电池与蓄电池相结合，利用太阳产生的热能来发电，结合了两者的长处，弥补了两者的不足，提供了一种充分合理而又能稳定的给用电设备供电的温差电池与蓄电池并用的供电系统。
实现本发明的技术方案为：
温差电池与蓄电池并用的供电系统包括：第一蓄电池、第二蓄电池、开关、第二可控硅、第三可控硅、蓄热槽、母管、负载、热交换器、热交换管、连接管、泵，其特征是温差电池作为发电部件和控制部件，蓄电池作为蓄能部件，热交换器朝向太阳面贴有温差电池，热交换器与温差电池之间是导热率较大的材料，优选铝质材料，热交换器的内部是母管、热交换管，两个母管之间是热交换管，母管与连接管连接，连接管把热交换器、泵和蓄热槽连接起来，管内是水，蓄热槽内是蓄热能力较高的材料，优选Na2CO3·10H2O，热交换器的背面和侧面、连接管外表面、蓄热槽外表面包有绝热材料，优选岩棉。两个蓄电池的正极分别与一个可控硅串联之后再与温差电池并联于A点和B点，两个可控硅的控制极分别连接到A点和B点，再通过A点、B点向负载R供电。负载R串联开关K，通过开关K控制是否向负载供电。
为提高发电效率，可同时在温差电池外面设置太阳能电池，将光能转换为电能发电。太阳能电池正极串联一个二极管和第一可控硅之后连接到B点，负极连接到A点，第一可控硅的控制极连接到B点。
其工作原理是，白天太阳光首先照射在太阳能电池上进行发电，其余的太阳能透过温差电池传递到热交换器内，此时在温差电池的两侧就会存在温差，温差电池就会发电了。温差电池的工作原理在后面介绍。传递到热交换器内的热量把热交换器内的水加热，再由泵推动连接管内的水循环起来，同时水中的热量就会被带到蓄热槽，热量就传递给蓄热槽内的Na2CO3·10H2O，储存起来。夜间由于没有太阳光的照射，热交换器里的热量就会透过温差电池散失到大气中，温差电池就可以再次发电，由于热交换器里的热量使得热交换管内水的温度降低，密度增加，而向下流动，从而推动连接管内的水自动循环起来，而不再需要开启泵了，同时储存在蓄热槽Na2CO3·10H2O中的热量就会被管中的水带走，水不断的循环，温差电池就可以连续的发电了。
温差电池工作原理：温差电池属于物理电池，它是一种把热能转换成电能的装置。根据赛贝克效应，若将两种不同的金属相连接并形成回路，当两接头的温度不同时，由于两接头的接触电位不同，电路中将产生一个电动势，这一现象称为热电效应，具有热电效应的材料称为温差电材料。半导体材料常表现出较高的热电转换性能。对于半导体而言，若把N型和P型半导体温差电材料连在一起，当两端温度不同时，P型半导体中的空穴和N型半导体中的电子则会分别向低温端积累，负载两端将产生温差电动势，利用这一原理，通过将p型和n型半导体进行适当的串并联连接，可制成具有一定输出功率及输出电压的温差电池。
本发明的优点是：
(1)同时将太阳能电池和温差电池结合起来，并且白天和夜间都可以发电，能获得较高的能量转换率。
(2)通过蓄电池把太阳能所转化成的电能充分合理而又稳定的提供给用电设备。并且由于太阳能电池和温差电池提供了大量的电能，减少了电池的使用、也延长了蓄电池的使用寿命。
(3)电能的来源是太阳能，不需消耗有形能源，且无任何形式的污染。
(4)由于循环水携带了大量的热量，所以不会发生管道的冻裂和太阳能电池烧坏现象。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明实施例白天工作示意图。
图2是本发明实施例夜间工作示意图。
图3是本发明实施例热交换室的结构示意图。
图4是本发明实施例温差电池的结构示意图。
图5是本发明实施例的电路图。
如图所示，图中标号分别代表：1.太阳能电池  2.温差电池  3.热交换器  4.母管  5.连接管  6.蓄热槽  7.泵  8.热交换管  E1.第一蓄电池  E2.第二蓄电池  D.防回流二极管  SC1.第一可控硅  SC2.第二可控硅  SC3.第三可控硅  R.负载  K.开关。
具体实施方式
如图1所示，本实施例中的热交换器(3)朝向太阳面贴有温差电池(2)，同时在温差电池(2)外面设置太阳能电池(1)，热交换器(3)与温差电池(2)之间是导热率较大的材料，优选铝质材料。蓄热槽(6)内是蓄热能力较高的材料，优选Na2CO3·10H2O，热交换器(3)的背面和侧面、连接管(5)外表面、蓄热槽(6)外表面包有绝热材料，优选岩棉。
如图1所示，白天太阳光首先照射在太阳能电池(1)上进行发电，太阳能(1)的余热传递透过温差电池(2)传递到热交换器(3)内，此时在温差电池(2)的两侧就会存在温差，温差电池(2)就会发电了。传递到热交换器(3)内的热量把热交换器(3)内的水加热，再由泵(7)推动连接管(5)内的水自动循环起来，同时水中的热量就会被带到蓄热槽(6)，热量就传递给蓄热槽(6)内的Na2CO3·10H2O，储存起来。
如图2所示，夜间由于没有太阳光的照射，热交换器(3)里的热量就会透过温差电池(2)散失到大气中，温差电池(2)就可以再次发电，由于热交换器(3)里的热量使得热交换管(8)内水的温度降低，密度增加，而向下流动，从而推动连接管(5)内的水自动循环起来，而不再需要泵(7)了，同时储存在蓄热槽(6)Na2CO3·10H2O中的热量就会被管中的水带走，水不断的循环，温差电池(2)就可以连续的发电了。
如图3所示，热交换器(3)的内部是母管(4)、热交换管(8)，两个母管(4)之间是热交换管(8)，母管(4)与连接管(5)连接。连接管(5)连接热交换器(3)和蓄热槽(6)，管内是水。
如图4所示，当温差电池(2)两面温度不同时，P型半导体中的空穴和N型半导体中的电子则会分别向低温端积累，白天温差电池(2)上表面的温度高于下表面时，温差电池(2)右端的为电池的正极，左端的为电池的负极；夜间温差电池(2)上表面的温度低于下表面时，温差电池右端的为电池的负极，左端的为电池的正极。
如图5所示，第一蓄电池(E1)、第二蓄电池(E2)的正极分别与第二可控硅(SC2)、第三可控硅(SC3)串联之后再与温差电池(2)并联于A点和B点，第二可控硅(SC2)、第三可控硅(SC3)的控制极分别连接到A点和B点，太阳能电池(1)正极串联一个二极管(D)和第一可控硅(SC1)之后连接到B点，负载(R)连接到A点，第一可控硅(SC1)的控制极连接到B点，再通过A点、B点向负载(R)供电。负载(R)串联开关(K)，通过开关(K)可控制是否向负载(R)供电。白天，温差电池(2)的右端为正极，使得第一可控硅(SC1)、第二(SC2)导通，第三可控硅(SC3)保持阻止。这时，太阳能电池(1)和温差电池(2)就可以对第一蓄电池(E1)充电了，也可以对负载(R)供电；夜间，温差电池(2)的左端为正极，使得第三可控硅(SC3)导通，第一可控硅(SC1)、第二可控硅(SC2)保持阻止。这时，温差电池(2)就可以对第二蓄电池(E2)充电了，也可以对负载(R)供电。
使用时，闭合开关(K)，当负载(R)不工作时，断开开关(K)即可。

Claims (6)

1、温差电池与蓄电池并用的供电系统，它包括：第一蓄电池(E1)、第二蓄电池(E2)、开关(K)、第二可控硅(SC2)、第三可控硅(SC3)、蓄热槽(6)、负载(R)、热交换器(3)、连接管(5)、泵(7)，其特征是温差电池(2)作为发电部件和控制部件，第一蓄电池(E1)、第二蓄电池(E2)作为蓄能部件，热交换器(3)朝向太阳面贴有温差电池(2)，连接管(5)把热交换器(3)、泵(7)和蓄热槽(6)连接起来，管内是水，第一蓄电池(E1)、第二蓄电池(E2)的正极分别与第二可控硅(SC2)、第三可控硅(SC3)串联之后再与温差电池(2)并联于A点和B点，第二可控硅(SC2)、第三可控硅(SC3)的控制极分别连接到A点和B点再通过A点、B点向负载(R)供电，负载(R)串联开关(K)，通过开关(K)控制是否向负载(R)供电。
2、根据权利要求1所述的温差电池与蓄电池并用的供电系统，其特征在于：热交换器(3)与温差电池(2)之间是导热率较大的材料，优选铝质材料。
3、根据权利要求1所述的温差电池与蓄电池并用的供电系统，其特征在于：热交换器(3)的内部是母管(4)、热交换管(8)，两个母管(4)之间是热交换管(8)，母管(4)与连接管(5)连接。
4、根据权利要求1所述的温差电池与蓄电池并用的供电系统，其特征在于：蓄热槽(6)内是蓄热能力较高的材料，优选Na2CO3·10H2O。
5、根据权利要求1所述的温差电池与蓄电池并用的供电系统，其特征在于：热交换器(3)的背面和侧面、连接管(5)外表面、蓄热槽(6)外表面包有绝热材料，优选岩棉。
6、根据权利要求1所述的温差电池与蓄电池并用的供电系统，其特征在于：温差电池(2)外面设置太阳能电池(1)，太阳能电池(1)正极串联一个二极管(D)和第一可控硅(SC1)之后连接到B点，负极连接到A点，第一可控硅(SC1)的控制极连接到B点。
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