CN101814870B - 太阳能槽式温差发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种无噪音、无有害物质排放、结构简单、成本低的太阳能槽式温差发电装置，该发电装置，包括聚光反射器，太阳能集热器、下温差芯片发电模块、上温差芯片发电模块、储能材料箱和玻璃管道，其中温差芯片发电模块和上温差芯片发电模块是串联或并联连接，太阳能集热器固定在聚光反射器的反射表面中心到其焦点之间是位置上，下温差芯片发电模块贴在太阳能集热器的集热板上，储能材料箱固定于下温差芯片发电模块与上温差芯片发电模块之间，玻璃管道安装在上温差芯片发电模块的顶端；聚光反射器和储能材料箱用支架固定。本发明结构简单、价格低廉的，适用于民用。

Description

太阳能槽式温差发电装置
技术领域
本发明涉及太阳能发电技术领域，特别涉及太阳能槽式温差芯片发电装置。 
背景技术
传统的太阳能热发电是将吸收的太阳辐射热能转换成电能的装置。太阳能热发电的能量转换方式是间接的，和传统的火力发电(或核电)站一样，太阳能(化学能或核能)先经太阳能集热器转换成热能，再通过热机的工作转换成机械能，最后再由发电机转换成电能。在这些转换方式中，一般都涉及到热能和机械能的相互转换，因而有工质的循环和运动的机械部件。当连续发生一系列的能量转换时，总的转换效率为各转换过程效率的乘积。因此，从原则上说，间接转换不利于提高转换效率，应尽可能减少中间环节。太阳能热发电有多种类型，主要有以下五种：塔式系统、槽式系统、盘式系统、太阳池和太阳能塔热气流发电，前三种是聚光型太阳能热发电系统，后两种是非聚光型。对于塔式系统，聚光场与吸热场的优化匹配问题还需要进一步研究；对于槽式系统，真空管的寿命还没有得到大规模的验证，定日镜的更换成本太高；对于盘式系统，市场上还没有商业化的与盘式聚光器匹配的斯特林机。传统的太阳能热发电方式都用发电机或 蒸汽轮机作原动机，噪声很大，并普遍造成环境的变迁与污染。此外，这些带运动部件的系统都包含了可观的维护工作量和必须的运行维护费用，只有在发电容量较大的场合才能获得良好的技术指标。综合目前的研究情况来看，温差发电在这方面显示出了优越性，是太阳能源直接转换为可以直接利用的二次能源-电能的有效途径之一。 
传统的太阳能光伏发电是根据光生伏打效应原理，利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。对光伏发电技术而言，还存在一些有待攻克的“弱点”，如：光伏发电成本较高，硅原料短缺，90％需要进口，光电转化率较低，需要较大的空间面积及所需光照要求复杂等。 
目前温差发电要求的温差大时才能产生较大的功率，所以温差芯片发电模块只作为补充发电方式少量的应用于余热发电或者小功率的发电装置。由于太阳能的能量密度小达不到温差发电的温差要求，太阳能只能限制于热发电和光伏发电的应用，因此温差芯片发电模块在太阳能发电技术上很少被利用到。 
发明内容
本发明的目的是克服了现有技术的不足，提供了一种无噪音、无有害物质排放、结构简单、成本低的且可进行昼夜连续发电的太阳能槽式温差发电装置。 
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是： 
本发明太阳能槽式温差发电装置，包括聚光反射器，太阳能集热器、下温差芯片发电模块、上温差芯片发电模块、储能材料箱和玻璃管道，其中下温差芯片发电模块和上温差芯片发电模块是串联或并联连接，太阳能集热器固定在聚光反射器的反射表面中心到其焦点之间的位置上，下温差芯片发电模块贴在太阳能集热器的集热板上，储能材料箱固定于下温差芯片发电模块与上温差芯片发电模块之间，玻璃管道安装在上温差芯片发电模块的顶端；聚光反射器和储能材料箱用支架固定。
所述聚光反射器采用槽式聚光反射器，且在其槽式反射板上贴有镀铝反光薄膜。 
所述太阳能集热器的集热板上镀上太阳能光谱选择性吸收涂层。 
所述太阳能集热器连接真空泵，以保持一定的真空度 
所述玻璃管道连接真空泵，以保持一定的真空度。 
所述下温差芯片发电模块和上温差芯片发电模块中的半导体温差发电芯片采用经过区熔法制备的N型和P型高强度碲化铋基热电材料。温差发电模块由多对P型和N型电臂串联构成，温差电元件呈矩形截面，铜制导电体作为电极连接P、N型元件而形成完整线路，用陶瓷片在两端与热源及冷源耦合。 
所述储能材料箱内的上、下底板之间设置多个铝板翅片，所述铝板翅片可以通过焊接的方式固定在储能材料箱箱体内。 
所述多个铝板翅片呈横向排列，相邻铝板翅片之间放置高导热性相变储能材料。 
本发明相对于现有技术的有益效果是： 
(1)半导体温差发电片代替传统的发电组件，具有无运动部件、无噪声且不需要维护等优点，能够大大简化太阳能发电系统的结构； 
(2)可以根据负荷灵活调整温差发电模块中温差发电芯片的数量，满足对中、小发电量的要求。 
(3)新型太阳能温差芯片发电系统采用相变储能技术，保障有效使用太阳能和提供时间延迟，其显著特点是可进行昼夜连续发电，将半导体温差芯片发电系统与相变储能系统相结合，形成先进高效的太阳能温差芯片连续发电储热系统。 
(4)本发明提供了一种民用化的，结构简单且价格低廉的利用太阳能发电新途径。 
附图说明
图1是本发明发电装置的结构示意图； 
图2是本发明发电装置白天的工作示意图； 
图3是本发明发电装置夜间的工作示意图； 
图4是图1中的温差芯片发电模块结构剖面图； 
图5是图1的储能材料箱A-A截面图。 
具体实施方式
下面结合附图通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。 
参见图1，本发明太阳能槽式温差发电装置，包括聚光反射器2，太阳能集热器3、下温差芯片发电模块4、上温差芯片发电模块6、储能材料箱5和玻璃管道7，其中温差芯片发电模块4和上温差芯片发电模块6是串联或并联连接，太阳能集热器3固定在聚光反射器2的反射表面中心到其 焦点之间是位置上，下温差芯片发电模块4贴在太阳能集热器3的集热板上，采用储能材料箱5固定于下温差芯片发电模块4与上温差芯片发电模块6之间，玻璃管道7安装在上温差芯片发电模块6的顶端；聚光反射器2和储能材料箱5用支架1固定。 
聚光反射器2采用槽式聚光反射器，且在其槽式反射板上贴有高效太阳灶镀铝反光薄膜。 
太阳能集热器3的集热板利用磁控溅射镀膜技术镀上高效高效太阳能光谱选择性吸收涂层。 
太阳能集热器3和玻璃管道7连接真空泵，使其保持一定的真空度。 
下温差芯片发电模块4和上温差芯片发电模块6中的半导体温差发电芯片采用经过区熔法制备的N型和P型高强度碲化铋基热电材料。 
图4是中41为高纯氧化铝陶瓷片，42为导热绝缘体，43为P或N型温差电元件，44为铜电极，45为输出导线，温差电芯片呈矩形截面。结构中的P、N型元件利用铜制电极连接，并用高纯氧化Al2O3铝陶瓷片在冷面和热面与外界耦合。在温差电元件、陶瓷片、热源三者之间相互电绝缘。在由热端，温差电元件及冷端组成的热路上，通过对接触面进行表面加工并涂上高导热硅胶薄层，使热路上有最小的电阻。 
参见图5，储能材料箱5内的上、下底板之间焊接多个铝板翅片51，多个铝板翅片51呈横向排列，相邻铝板翅片51之间放置高导热性相变储能材料，相邻铝板翅片51之间间隔为10mm，铝板翅片51的数量按照储能材料箱5的大小进行调整；储能材料箱5的大小须符合用户储能要求。 
聚光发射器2采用槽式反射膜可以把太阳光聚焦到太阳能集热器3，集热板上的温度可高达两百摄氏度以上；根据塞贝克效应，将两种不同类型的热电转换材料N和P的一端结合并将其置于高温状态，另一端开路并给保持低温时，由于热激发作用较强，高温端的空穴(电子)浓度比低温端大，因此在这种浓度梯度的驱动下，空穴(电子)就会从高温端向低温端扩散，这种电荷的积累就会成电势差；两端的温度梯度越大，产生的电动势就越大，在内阻不变的情况下，发电功率也就越大。因此当温差芯片发电模块的受热面连接太阳能集热器3时，形成一定的温度梯度，即可进行发电。 
太阳能集热器3和玻璃管道7接真空泵，接通真空泵时保温，打开真空泵时分别冷却下温差芯片发电模块4的下端面板和上温差芯片发电模块6的上端面板。 
参见图2，本发明太阳能槽式温差发电装置白天的工作示意图，白天，接通真空泵，使太阳能集热器3和玻璃管道7保持一定真空度，当太阳光8照在聚光反射器2上时，被聚光反射器2反射，聚焦到太阳能集热器3上。太阳能集热器3吸收由聚光反射器2聚集反射来的太阳光热能。太阳能集热器3吸收的热能由集热板传递到下温差芯片发电模块4的下端面板，再由下温差芯片发电模块4的上端面板散热给储能材料箱5中的相变储能材料，储能材料给上温差芯片发电模块6的下端面板供热，上温差芯片发电模块6的上端面板散热给玻璃管道7的空气环境。白天，从太阳能集热器3一直到玻璃管道7温度逐渐降低，形成温差芯片发电模块的温度梯度而发电。 
参见图3，本发明太阳能槽式温差发电装置夜间的工作示意图，晚上打开真空泵，玻璃管道7通空气，让下温差芯片发电模块4的下端面板散热，储能材料箱5中的储能材料给下温差芯片发电模块4的上端面板和上温差芯片发电模块6的下端面板供热，上温差芯片发电模块6的上端面板散热给玻璃管道7的空气环境。晚上，从储能材料箱5-下温差芯片发电模块4-太阳能集热器3和从储能材料箱5-上温差芯片发电模块6-玻璃管道7温度逐渐降低，也形成下温差芯片发电模块4与上温差芯片发电模块6两组温差芯片发电。 
本发明通过自动控制系统，检测太阳能集热器3到玻璃管道7的温度，分析储能材料箱5中储能材料、玻璃管道7和环境空气的温差，来确定管道太阳能集热器3和玻璃管道7是抽真空保温，还是通冷却空气，已确保下温差芯片发电模块4和上温差芯片发电模块6发电所需要的两端温差条件。 

Claims (8)

1.太阳能槽式温差发电装置，包括聚光反射器(2)，其特征在于：还包括太阳能集热器(3)、下温差芯片发电模块(4)、上温差芯片发电模块(6)、储能材料箱(5)和玻璃管道(7)，其中下温差芯片发电模块(4)和上温差芯片发电模块(6)是串联或并联连接，太阳能集热器(3)固定在聚光反射器(2)的反射表面中心到其焦点之间的位置上，下温差芯片发电模块(4)贴在太阳能集热器(3)的集热板上，储能材料箱(5)固定于下温差芯片发电模块(4)与上温差芯片发电模块(6)之间，玻璃管道(7)安装在上温差芯片发电模块(6)的顶端；聚光反射器(2)和储能材料箱(5)用支架(1)固定。
2.根据权利要求1所述的太阳能槽式温差发电装置，其特征在于：所述聚光反射器(2)采用槽式聚光反射器，且在其槽式反射板上贴有镀铝反光薄膜。
3.根据权利要求1所述的太阳能槽式温差发电装置，其特征在于：所述太阳能集热器(3)的集热板上镀有太阳能光谱选择性吸收涂层。
4.根据权利要求1所述的太阳能槽式温差发电装置，其特征在于：所述太阳能集热器(3)连接真空泵。
5.根据权利要求1所述的太阳能槽式温差发电装置，其特征在于：所述玻璃管道(7)连接真空泵。
6.根据权利要求1所述的太阳能槽式温差发电装置，其特征在于：所述下温差芯片发电模块(4)和上温差芯片发电模块(6)中的半导体温差发电芯片采用经过区熔法制备的N型和P型碲化铋基热电材料。
7.根据权利要求1所述的太阳能槽式温差发电装置，其特征在于：所述储能材料箱(5)内的上、下底板之间设置多个铝板翅片(51)。
8.根据权利要求7所述的太阳能槽式温差发电装置，其特征在于：所述多个铝板翅片(51)呈横向排列，相邻铝板翅片(51)之间放置相变储能材料。
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