CN101562414A - 太阳能真空集热板温差发电与集热装置 - Google Patents

太阳能真空集热板温差发电与集热装置 Download PDF

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Abstract

太阳能真空集热板温差发电与集热装置，设有真空集热板，从上至下依次设有硼硅玻璃透光层和石英玻璃集热层，透光层和集热层之间设有网状支撑衬垫，透光层和集热层的边缘用玻璃密封连接，集热层上面设有光辐射吸收层，下面设有抽气封嘴，透光层和集热层之间抽为真空，特征是集热层下面设有半导体温差发电组件；发电组件连接有输出正极与输出负极；半导体温差发电组件下面设有散热床，散热床浸泡在冷却液里；冷却液通过冷却液的进口与出口在所述散热床下循环流动。本发明克服了现有技术空烧温度达不到所需要的高温温度、与热辐射温差发电模块复合无法实现等困难，实现了利用太阳能直接照射进行的温差发电，并提高了太阳能的利用效率与发电效率。

Description

太阳能真空集热板温差发电与集热装置
技术领域
本发明涉及一种太阳能发电与集热装置，尤其涉及一种太阳能真空集热板温差发电与集热装置。
背景技术
当前光辐射型换能发电装置一般有两种形式：一种是“太阳能光伏硅电池”以及“热辐射温差发电”两种。而热辐射温差发电在利用太阳能直接照射进行温差发电效果较差。采用现有的太阳能集热器与热辐射温差发电模块复合，来提高热辐射温差发电模块热传导面的温度，真空管式太阳能集热器由于结构的局限性，使得真空管式太阳能集热器与热辐射温差发电模块复合无法实现，而现有的平板式太阳能热水器空烧温度达不到所需要的高温温度。所以在利用太阳能进行热辐射温差发电，一直是要解决的难题。
第200810243225.4号中国发明专利申请“一种真空集热板及其集热装置”公开了一种真空集热板：从上至下依次设有透光层和集热层，所述透光层和集热层之间设有网状支撑衬垫，所述透光层采用硼硅玻璃，所述集热层采用石英玻璃，透光层和集热层的边缘用玻璃密封连接，所述集热层的上面设有光辐射吸收层，下面设有抽气封嘴，透光层和集热层之间抽为真空。该发明采用硼硅玻璃与石英玻璃组成透光层与集热层，硼硅玻璃与石英玻璃之间焊接，组成含有气体吸收剂抽真空的集热板。其中石英玻璃的膨胀系数小于硼硅玻璃近一个数量级。硼硅玻璃为强度较高防冰雹的3.5mm～5mm厚，光透过率大于90％的透光玻璃，石英玻璃为低膨胀系数的1.5mm～3mm厚，单面涂有光辐射吸收涂层的集热玻璃(玻璃厚度选择是根据真空集热板面积大小来确定)。这种装置的功能限于集热，没有利用太阳能发电的设计。
发明内容
为了克服现有太阳能集热器技术的不足，本发明的目的是提供一种太阳能真空集热板温差发电与集热装置，该装置是200810243225.4号专利申请“一种真空集热板及其集热装置”的方案与热辐射温差发电模块复合，形成的一种太阳能真空集热板温差发电与集热装置，以克服传统的真空管式太阳能集热器空烧温度达不到所需要的高温温度、与热辐射温差发电模块复合无法实现等困难；本发明将实现利用太阳能直接照射进行的温差发电，并提高太阳能的利用效率与发电效率。
实现本发明目的的技术方案是：一种太阳能真空集热板温差发电与集热装置，设有真空集热板，该真空集热板从上至下依次设有透光层和集热层，所述透光层和集热层之间设有网状支撑衬垫，所述透光层采用硼硅玻璃，所述集热层采用石英玻璃，透光层和集热层的边缘用玻璃密封连接，所述集热层的上面设有光辐射吸收层，下面设有抽气封嘴，透光层和集热层之间抽为真空，其特征在于，所述集热层的下面设有半导体温差发电组件；该半导体温差发电组件连接有输出正极与输出负极；所述半导体温差发电组件的下面设有散热床，该散热床浸泡在冷却液里；冷却液通过冷却液的进口与出口在所述散热床下循环流动。
所述半导体温差发电组件的结构是：由两块不同性质的P型半导体与N型半导体组成电堆，所述电堆的上面设有热端导电板，该热端导电板上面设有热端极板；所述电堆的下面设有冷端导电板，该冷端导电板的下面设有冷端基板；所述热端极板紧密地设置在上述集热层的下面；所述冷端基板紧密地设置在上述散热床的上面；所述热端导电板与冷端导电板分别与两个输出电极连接。
换言之，本发明的半导体温差发电组件是由两块不同性质的P型半导体与N型半导体组成电堆，并通过热端导电板相互接合端置于高温，处于低温环境的另一端分别在两个冷端导电板上可得到电动势E。温差发电的发电方式，是利用塞贝尔效应将热能直接转换为电能。所述半导体温差发电组件是：由多个电堆串联组成一个小面积的半导体温差发电单元模块，在由多个半导体温差发电单元模块并联形成大面积的组件。
上述半导体温差发电组件的散热床是：由周边与进液管、出液管焊接密封的铝合金箱体，铝合金箱体内部有散热翼片，散热翼片外表面紧贴粘接半导体温差发电组件冷端极板一面进行热传导，热量通过铝合金箱体内部的散热翼片加热冷却液，使半导体温差发电组件的热端极板与冷端极板形成温度差进行发电。
上述装置安装在PE外壳内：安装真空集热板、半导体温差发电组件、半导体温差发电组件散热床等部件的PE材料本体，PE材料本体内部填充有保温材料。PE材料本体底部有进液管、出液管的连接管口，以及半导体温差发电组件的电源正极、电源负极接线端子。
所述半导体温差发电组件的热端基板与真空集热板的联结，采用传热粘接；同样，所述半导体温差发电组件冷端基板面与散热床的联结，也是采用传热粘接。例如，传热粘接采用导热硅胶加氮化铝粉混合的粘接剂。
所述的冷却液可以采用水，加热成热水，充分利用太阳能，冷却液也可以采用其它无害液体介质，例如乙醇。需要同时利用本装置所集存热能的时候，所述冷却液的进口与出口可以与热水利用装置连通。所述的“热水利用装置”是指现有技术中的水暖暖气，热水养殖等各种热水利用装置。
与200810243225.4号专利申请一样，本发明的优化方案中的真空集热板可以采用硼硅玻璃与石英玻璃组成透光层与集热层，硼硅玻璃与石英玻璃之间焊接，组成含有气体吸收剂抽真空的集热板。其中石英玻璃的膨胀系数小于硼硅玻璃近一个数量级。硼硅玻璃为强度较高防冰雹的3.5mm～5mm厚，光透过率大于90％的透光玻璃，石英玻璃为低膨胀系数的1.5mm～3mm厚，单面涂有光辐射吸收涂层的集热玻璃(玻璃厚度选择是根据真空集热板面积大小来确定)。
所述的光辐射吸收涂层采用磁控溅射工艺，溅射黑铬或铝-氮-铝涂层，形成中温石英玻璃集热层，溅射氮氧化钛涂层，形成高温石英玻璃集热层。中温石英玻璃集热层受热温度小于300℃，高温石英玻璃集热层受热温度小于500℃。
作为本发明的进一步改进，所述的集热层四周靠近边缘的部位分别设有膨胀量吸收器，该膨胀量吸收器为延集热层平面分别向四周延伸的波状皱褶。所述膨胀量吸收器能自适应调节石英玻璃由于温度的变化，吸收石英玻璃尺寸的膨胀或缩小。膨胀量吸收器的设计，重点是解决硼硅玻璃与石英玻璃之间焊接区域，两种材料在不同工作温度环境下，使石英玻璃热胀冷缩引起的应力，不影响焊接区域长期结构稳定及真空密封。
所述的真空集热板可以采用4边形或多边形结构。
本发明提供了太阳能真空集热板温差发电与集热装置，克服了传统的真空管式太阳能集热器空烧温度达不到所需要的高温温度、与热辐射温差发电模块复合无法实现等困难，实现了利用太阳能直接照射进行的温差发电，并提高了太阳能的利用效率与发电效率。
附图说明
图1为本发明实施例1的真空集热板结构图；
图2为图1的A-A剖视图；
图3为图2的局部放大图；
图4为本发明太阳能真空集热板温差发电与集热装置结构图；
图5为图4的A-A向剖视图；
图6为本发明半导体温差发电组件中单元模块结构图。
具体实施方式
实施例1，太阳能真空集热板温差发电与集热装置
参照图1、图2和图3所示，真空集热板10从上至下依次由硼硅玻璃1.1、支撑衬垫1.2、辐射吸收涂层1.3、膨胀量吸收器1.4、石英玻璃1.5、气封嘴1.6抽和玻璃1.7焊接所组成。真空集热板中，石英玻璃单面溅射黑铬或铝-氮-铝涂层，形成辐射吸收涂层1.3。石英玻璃1.5周边通过热加工形成呈一个波状皱褶的膨胀量吸收器1.4。透光硼硅玻璃1.1与石英玻璃1.5之间添有玻璃纤维材料的网状支撑衬垫1.2，同时透光硼硅玻璃1.1与石英玻璃1.5之间焊接及抽真空，形成自调节膨胀应力真空集热板10，并在自调节膨胀应力真空集热板内加添钡-钛吸气剂。中温自调节膨胀应力真空集热板主要应用在太阳能集热器装置。
参照图1、图2、图3、图4和图5所示，本实施例为太阳能真空集热板温差发电与集热装置主要由硼硅玻璃1.1、支撑衬垫1.2、辐射吸收涂层1.3、膨胀量吸收器1.4、石英玻璃1.5、抽气封嘴1.6、玻璃1.7焊接、半导体温差发电组件散热床4.1、半导体温差发电组件4.2、PE外壳4.3、温差发电组件电源正极4.4、温差发电组件电源负极4.5、进液管口4.6、保温材料4.7、出液管口4.8、连接导线4.9所组成。
参照图6所示，本实施例所述的半导体温差发电组件中单元模块结构主要由P型半导体5.1、N型半导体5.2、热端导电板5.4、热端极板5.6、冷端导电板5.3、冷端基板5.5、输出电极+5.8、输出电极-5.7所组成。

Claims (10)

1、一种太阳能真空集热板温差发电与集热装置，设有真空集热板，该真空集热板从上至下依次设有透光层和集热层，所述透光层和集热层之间设有网状支撑衬垫，所述透光层采用硼硅玻璃，所述集热层采用石英玻璃，透光层和集热层的边缘用玻璃密封连接，所述集热层的上面设有光辐射吸收层，下面设有抽气封嘴，透光层和集热层之间抽为真空，其特征在于，所述集热层的下面设有半导体温差发电组件；该半导体温差发电组件连接有输出正极与输出负极；所述半导体温差发电组件的下面设有散热床，该散热床浸泡在冷却液里；冷却液通过冷却液的进口与出口在所述散热床下循环流动。
2、根据权利要求1所述的太阳能真空集热板温差发电与集热装置，其特征在于，所述半导体温差发电组件的结构是：由两块不同性质的P型半导体与N型半导体组成电堆，所述电堆的上面设有热端导电板，该热端导电板上面设有热端极板；所述电堆的下面设有冷端导电板，该冷端导电板的下面设有冷端基板；所述热端极板紧密地设置在上述集热层的下面；所述冷端基板紧密地设置在上述散热床的上面；所述热端导电板与冷端导电板分别与两个输出电极连接。
3、根据权利要求1所述的太阳能真空集热板温差发电与集热装置，其特征在于，所述半导体温差发电组件的散热床结构是：由周边与进液管、出液管焊接密封的铝合金箱体，铝合金箱体内部有散热翼片，散热翼片外表面紧贴粘接半导体温差发电组件冷端极板一面进行热传导，热量通过铝合金箱体内部的散热翼片加热冷却液，使半导体温差发电组件的热端极板与冷端极板形成温度差进行发电。
4、根据权利要求1所述的太阳能真空集热板温差发电与集热装置，其特征在于，该真空集热板温差发电与集热装置安装在PE外壳内；该PE外壳内部填充有保温材料。
5、根据权利要求1所述的太阳能真空集热板温差发电与集热装置，其特征在于，所述半导体温差发电组件的热端基板与真空集热板的联结，采用传热粘接；所述半导体温差发电组件冷端基板面与散热床的联结，也是采用传热粘接。
6、根据权利要求1～5之一所述的太阳能真空集热板温差发电与集热装置，其特征在于，所述的冷却液采用水或乙醇。
7、根据权利要求6所述的太阳能真空集热板温差发电与集热装置，其特征在于，所述冷却液的进口与出口与热水利用装置连通。
8、根据权利要求6所述的太阳能真空集热板温差发电与集热装置，其特征在于，所述石英玻璃的膨胀系数小于硼硅玻璃近一个数量级；所述硼硅玻璃为强度较高防冰雹的3.5mm～5mm厚，光透过率大于90％的透光玻璃，石英玻璃为低膨胀系数的1.5mm～3mm厚，单面涂有光辐射吸收涂层的集热玻璃。
9、根据权利要求6所述的太阳能真空集热板温差发电与集热装置，其特征在于，所述的光辐射吸收涂层采用磁控溅射工艺，溅射黑铬或铝-氮-铝涂层，形成中温石英玻璃集热层，溅射氮氧化钛涂层，形成高温石英玻璃集热层。
10、根据权利要求7～9之一所述的太阳能真空集热板温差发电与集热装置，其特征在于，所述的集热层四周靠近边缘的部位分别设有膨胀量吸收器，该膨胀量吸收器为延集热层平面分别向四周延伸的波状皱褶。
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Application publication date: 20091021

Assignee: Internet of things (Shanghai) Co., Ltd.

Assignor: Guo Jianguo|Mao Xingyuan

Contract record no.: 2017310000011

Denomination of invention: Solar energy vacuum heat collecting plate thermo-electric generating and collecting device

Granted publication date: 20120530

License type: Exclusive License

Record date: 20170316

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Assignee: Internet of things (Shanghai) Co., Ltd.

Assignor: Guo Jianguo|Mao Xingyuan

Contract record no.: 2017310000011

Date of cancellation: 20181108

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