CN101976988B - 太阳能光热半导体温差发电热水系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能光热半导体温差发电热水系统，它包括集热器、蓄电池、电池充电控制器、逆变器、储热水箱、热水控制器；所述集热器包括分别安装在不锈钢保护外壳内的钢化玻璃保护盖、平板真空玻璃、半导体温差发电模块、带散热水箱盖的冷却水箱、聚氨酯发泡保温层；本发明通过直接在半导体温差发电模块热面上镀一层太阳光选择性吸收涂层（ZL200920238076.2），使太阳光能通过半导体材料直接转化为电能，同时对冷却水进行了加热，采用平板真空玻璃作为隔热装置，提高了集热效率，减少热损失，同时也提高了半导体温差发电模块热效应。增加集热效率及保温效应，使半导体温差发电模块能始终在一个稳定的温差状态下产生电能，提高了发电效率。

Description

太阳能光热半导体温差发电热水系统

技术领域

本发明涉及一种太阳能光热发电系统，特别是涉及一种太阳能光热半导体温差发电热水系统。

背景技术

目前，能源危机和环境恶化日益严重，太阳能作为一种可再生的绿色能源，具有无限开发等优点。太阳能发电技术有光伏发电和太阳能热发电两种，光伏发电是一种通过半导体在太阳光的照射下产生电位差来发电的技术。太阳能光热发电，就是利用太阳光热能转换电能的一种技术。

光伏发电技术成熟，只是成本过高，效率不理想。造成很难普及。而太阳能光热半导体温差发电系统却解决了这方面的难题。且使用时限长，维护少，即经济又环保。

而本发明是以半导温差发电模块的热电效应为基础。集热器吸收太阳光转化为热能，然后将热能传给半导体发电模块进行发电。通过结合太阳能集热装置，研发出太阳能光热半导体温差发电热水系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成本较低、效率高、容易普及的太阳能光热半导体温差发电热水系统。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现。

本发明是一种太阳能光热半导体温差发电热水系统，包括：集热器、蓄电池、储热水箱、逆变器、电控制器等；所述集热器的电源输出端与电控制器连接，电控制器同时与蓄电池和逆变器相连接，在给蓄电池充电的同时，一部分电能经逆变器出来的电源直接接市电开关给负载供电；储热水箱通过循环水管路与集热器连接储存热水。

集热器包括分别安装在不锈钢保护外壳内的钢化玻璃保护盖、平板真空玻璃、并联在一起的半导体温差发电模块、带散热水箱盖的冷却水箱、聚氨酯发泡保温层；所述半导体温差发电模块的热面上镀有多靶、耐高温、耐氧化太阳光谱选择性吸收膜层；冷却水箱位于在最底部，其散热水箱盖上与所述的半导体温差发电模块的冷面紧贴；半导体温差发电模块的热面上方安装平板真空玻璃；平板真空玻璃上方安装钢化玻璃保护盖；聚氨脂发泡保温层填充在不锈钢保护外壳内的空隙中。

冷却水箱上接有冷水管、热水管和温度传感器；冷水管通过电磁阀与系统外的自来水管路的进水阀连接；温度传感器安装在集热器的热水出水口旁，并通过热水管与储热水箱的进水口连接；储热水箱上接有回水管、出水管、水位温度传感器；水位温度传感器安装在储热水箱上端，电加热器安装在储热水箱右侧下端，回水管通过循环泵和止回阀与集热器的冷水管连接；出水管与系统外的放水球阀连接。

该系统还具有热水控制器，热水控制器经电源线分别与电磁阀、循环泵、温度传感器、电加热器、水位温度传感器连接。

冷却水箱上的散热水箱盖向下方延伸出至少一条散热翅片。

散热水箱盖与半导体温差发电模块的冷面之间通过导热硅胶紧密相接。

所述每块半导体温差发电模块热面温度达到200℃，冷面温度降到60℃（含）以下，至少保证两面温差达到60℃以上，能产生电压4V、电流0.6A、输出功率为2.4W。在安放100片半导体温差发电模块的情况下，全部串联输出电压400V、输出电流0.6A；全部并联输出电压4V、输出电流60A；输出功率为240W。去除一些传输损耗和线路损耗，通过逆变器可整流出220V的交流电压，完全满足一般家庭的正常照明用电。

本发明太阳能光热半导体温差发电热水系统有以下优点：

（1）利用太阳光热做为集热器的热源，取之不尽用之不竭；

（2）直接在半导体温差发电模块热面上镀一层太阳光选择性吸收涂层（ZL200920238076.2），减少通过其它介质加热转化给半导体温差发电模块麻烦，同时也减少了热损失高及热效应低的问题，在半导体温差发电模块热面上直接镀一层太阳光选择性吸收涂层后，使太阳光照射直接地将光能转化成热能，提高了集热效率；

（3）利用平板真空玻璃解决保温效果，因半导体温差发电模块吸收热量同时还存在热损失，造成半导体温差发电片热效应不高，达不到理想的温度，加装平板真空玻璃解决保温效果不好的问题，提高了半导体温差发电模块热效应。

（4）利用不锈钢保护外壳解决了安全问题，且安装方便，等同于平板太阳能的安装，大大节省了安装费用及造价。

（5）利用半导体温差发电模块冷面传导的热能给冷却水箱的水加热，通过循环将冷却水箱的热水输出到储热水箱储存。冷却水箱上的水温度设定为60℃时，会起动电磁阀打开自来给冷却水箱上水，水温低于52℃时电磁阀关闭并停止加水，同时将热水顶入储热水箱存储。不仅能产生电能同时结合了太阳能热水器的效果，使得发电的同时并产生生活用水，一举多得。

附图说明

图1是本发明的太阳能光热半导体温差发电系统中集热器的结构示意图；

图2是本发明的太阳能光热半导体温差发电系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明：

如图1、图2所示，本实施例的一种太阳能光热半导体温差发电热水系统，它包括集热器1、蓄电池5、储热水箱19、热水控制器13，所述集热器1的电源输出端与电控制器3连接，电控制器3同时与蓄电池5和逆变器4相连接，经逆变器4出来的电直接接市电开关7给负载供电；储热水箱19通过循环水管路与集热器1连接。

所述集热器1包括分别安装在不锈钢保护外壳27内的钢化玻璃保护盖21、平板真空玻璃22、一百块并联在一起的半导体温差发电模块23、带散热水箱盖24的冷却水箱25、聚氨酯发泡保温层26；所述半导体温差发电模块23的热面上镀有多靶、耐高温、耐氧化太阳光谱选择性吸收膜层；所述冷却水箱25位于在最底部，其散热水箱盖24上与所述的半导体温差发电模块23的冷面紧贴；半导体温差发电模块23的热面上方安装平板真空玻璃22；平板真空玻璃22上方安装钢化玻璃保护盖24；所述聚氨脂发泡保温层26填充在不锈钢保护外壳内27的空隙中。

所述冷却水箱25上接有冷水管7、热水管18和温度传感器15；所述冷水管7通过电磁阀8与系统外的自来水进水球阀9连接；所述温度传感器15安装在集热器1的热水出水口16旁，并通过热水管18与储热水箱19的进水口连接；所述储热水箱19上接有回水管29、出水管30、水位温度传感器20；所述水位温度传感器20安装在储热水箱19上端，电加热器17安装在储热水箱19右侧下端，所述回水管29通过循环泵11和止回阀10与集热器1的冷水管7连接；所述出水管30与系统外的放水球阀14连接。

所述热水控制器13经电源线分别与电磁阀8、循环泵11、温度传感器15、电加热器17、水位温度传感器20连接。

所述冷却水箱25上的散热水箱盖24向下方延伸出至少一条散热翅片28。

所述的散热水箱盖24与半导体温差发电模块23的冷面之间通过导热硅胶（图中未示出）紧密相接。

所述每块半导体温差发电模块热面温度达到200℃，冷面温度降到60℃（含）以下，至少保证两面温差达到60℃以上，能产生电压4V、电流0.6A、输出功率为2.4W。在安放100片半导体温差发电模块的情况下，全部串联输出电压400V、输出电流0.6A；全部并联输出电压4V、输出电流60A；输出功率为240W。去除一些传输损耗和线路损耗，通过逆变器可整流出220V的交流电压，完全满足一般家庭的正常照明用电。

如图1所示钢化玻璃保护盖21起到透光及保护作用，减少因外界因素对集热器的损坏的影响；平板真空玻璃22作为保温层，给半导体温差发电模块23受热面进行保温，减少半导体温差发电模块23的热损失；半导体温差发电模块23是作为热电转化的场所，在半导体温差发电模块23的热面镀有太阳光选择性吸收涂层“硅护膜”（多靶、耐高温、耐氧化太阳光谱选择性吸收膜层），加速半导体温差发电模块23的受热速度，减少通过其它介质加热转化给半导体温差发电模块23的麻烦，提高了热效率；散热水箱盖24利用导热硅胶与半导体温差发电模块23冷面紧密相接，加速冷却效果；冷却水箱25利用水冷的方式充分给散热水箱盖24进行散热，当温度上升到一定度数时通过电磁阀给冷却水箱25加水降温，并把热水顶入储热水箱储存，当温度降到规定值时，停止给冷却水箱25上水；聚氨酯发泡保温层26作为整个集热器保温层，防止半导体温差发电模块23与平板真空玻璃22之间的热扩散，以及冷却水箱25的热扩散；不锈钢保护外壳27主要对整个集热器作保护，同时对聚氨酯发泡保温层26起到固定的作用。

工作原理：

当太阳光透过钢化玻璃保护盖21及平板真空玻璃22后，照射在半导体温差发电模块23上，此时因半导体温差发电模块23热面（受太阳光的一面）镀有太阳光选择性吸收涂层“硅护膜”（多靶、耐高温、耐氧化太阳光谱选择性吸收膜层），将光能转化成热能（温度达到180度以上）。与散热水箱盖24接触的半导体温差发电模块23的冷面产生一定的温差，从而实现了热能转化成电能，并通过电源线连接到电控制器3给用户供电，为保证半导体温差发电模块23与散热水箱盖24的冷却效果，使用冷却水箱25对其进行水冷式散热，同时冷却水箱25中水温在不断提高，通过热水控制器13定时定温给冷却水箱25加水，并将热水顶入储热水箱19储存。为保证集热器1的保温效果，采用平板真空玻璃22和聚氨酯发泡保温层26，作为整个集热器保温层。同时利用不锈钢保护外壳27对整个集热器内部进行固定及保护。

如图2所示为太阳能光热半导体温差发电系统，包括集热器1、储热水箱19、及蓄电池5；

所述集热器1电源输出端与电控制器3相连，电控制器3同时与蓄电池5和逆变器4相连接。经逆变器4出来的电源可直接接市电开关6给负载供电。温度传感器15安装在集热器热水出水口16旁。并通过热水管18与储热水箱19进水口相连，储热水箱19上端安装水位温度传感器20，储热水箱19右侧下端安装电加热器17；集热器1的进水口2通过冷水管7与电磁阀8和自来水进水球阀9相连接。回水球阀12控制储热水箱19的热水，经循环泵11与止回阀10到集热器1进行热水循环加热。热水控制器13经电源线连接电磁阀8、循环泵11、温度传感器15、电加热器17、水位温度传感器20。放水球阀14可将储热水箱19中的热水供用户使用。

工作原理：当太阳光照射在集热器1时，光线透过钢化玻璃保护盖21和平板真空玻璃22，照在半导体温差发电模块23的热面（镀有太阳光选择性吸收涂层“硅护膜”，本公司专利）后产生热能，与半导体温差发电模块23冷面之间产生一定的温差，从而产生电流的输出。并将电流通过电控制器3给蓄电池5进行充电。同时电控制器3电流输出端也可逆变器4相连经市电开关6后可直接给负载供电。

集热器1中因半导体温差发电模块23工作时产生的热量，通过散热水箱盖24传递给冷却水箱25。经温度传感器15测出水温上升达到一定温度时，热水控制器13将电磁阀8打开放入自来水，经冷水管7到集热器1的进水口2给冷却水箱加水降温。同时热水通过集热器1的热水出水口16，经热水管18顶入储热水箱19储存，当温度传感器15测出水温降到规定值时，热水控制器13控制电磁阀8停止给冷却水箱25上水。周而复始，直至把水箱水加满。当水位温度传感器20探出储热水箱19水位已满时，这时通过热水器控制13停止给集热器1加水，温度传感器15会探测出集热器1中的水温会一值上升，当达到规定值时，通过热水器控制13打开循环泵11，经止水阀10将储热水箱19中的热水加入集热器中，当温度传感器15测出集热器1水温达到规定值时，通过热水器控制13关闭循环泵11，停止供水，循环泵11起到热水进行热交换，进一步提高水箱热水温度，使太阳能利用最优化。

    阴雨天气没有太阳光照时，集热器1不能集热加热给半导体温差发电模块23进行工作，同时也产不出热水，这时通过对热水器控制器13设定时间，通过集热器1给储热水箱19加水并加热到规定温度，产出生活热水。

如图2所示为太阳能光热半导体温差发电系统，充分利用太阳能热水器与半导体温差发电模块的优点并相互结合，不仅通过集热器发电的同时，相应的产生热水，充分有限资源，形成一机多用。

Claims (5)

1.一种太阳能光热半导体温差发电热水系统，其特征在于：它包括集热器、蓄电池、储热水箱，所述集热器的电源输出端与电控制器连接，电控制器同时与蓄电池和逆变器相连接，经逆变器出来的电源直接接市电开关给负载供电；储热水箱通过循环水管路与集热器连接；

所述集热器包括分别安装在不锈钢保护外壳内的钢化玻璃保护盖、平板真空玻璃、并联在一起的半导体温差发电模块、带散热水箱盖的冷却水箱、聚氨酯发泡保温层；所述半导体温差发电模块的热面上镀有多靶、耐高温、耐氧化太阳光谱选择性吸收膜层；所述冷却水箱位于在最底部，其散热水箱盖上表面与所述的半导体温差发电模块的冷面紧贴；半导体温差发电模块的热面上方安装平板真空玻璃；平板真空玻璃上方安装钢化玻璃保护盖；所述聚氨脂发泡保温层填充在不锈钢保护外壳内的空隙中。

2.根据权利要求1所述的太阳能光热半导体温差发电热水系统，其特征在于：所述冷却水箱上接有冷水管、热水管和温度传感器；所述冷水管通过电磁阀与系统外的自来水管路的进水阀连接；所述温度传感器安装在集热器的热水出水口旁，并通过热水管与储热水箱的进水口连接；所述储热水箱上接有回水管、出水管、水位温度传感器；所述水位温度传感器安装在储热水箱上端，电加热器安装在储热水箱右侧下端，所述回水管通过循环泵和止回阀与集热器的冷水管连接；所述出水管与系统外的放水球阀连接。

3.根据权利要求2所述的太阳能光热半导体温差发电热水系统，其特征在于：该系统还具有热水控制器，所述热水控制器经电源线分别与电磁阀、循环泵、温度传感器、电加热器、水位温度传感器连接。

4.根据权利要求1或2或3所述的太阳能光热半导体温差发电热水系统，其特征在于：所述冷却水箱上的散热水箱盖向下方延伸出至少一条散热翅片。

5.根据权利要求4所述的太阳能光热半导体温差发电热水系统，其特征在于：所述的散热水箱盖与半导体温差发电模块的冷面之间通过导热硅胶紧密相接。

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