CN102104346A - 一种聚光光伏-温差发电一体化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于一种聚光光伏-温差发电一体化装置。包括聚光电池组件、液冷装置、集热装置、碲化铋基热电发电器组成，其特征在于：聚光电池组件由单晶硅太阳能电池和在单晶硅太阳能电池上部的柱状聚光透镜构成，在单晶硅太阳能电池的底部由导热硅胶片黏合在一块陶瓷基板上，在陶瓷基板上连接有液冷装置，液冷装置由循环冷却管道、水泵和散热器组成，循环冷却管道的一侧连接单晶硅太阳能电池底部的陶瓷基板，另一侧连接散热器，循环冷却管道上连接水泵；热电发电器的顶部陶瓷片上黏附一片导热硅胶片粘接在液冷装置的散热器上。本发明的优点是可以回收聚光光伏发电中在单晶硅太阳能电池产生的余热，使整个聚光光伏发电的效率大幅度提高。

Description

一种聚光光伏-温差发电一体化装置
技术领域
本发明属于一种聚光光伏-温差发电一体化装置。
背景技术
近几十年来，随着全球科技与经济的飞速发展，能源短缺与环境恶化问题日益突出，为了减少对传统矿物能源的依赖，可再生能源特别是太阳能发电技术受到了人们的广泛关注。现在世界上使用的最广泛的太阳能电池是单晶硅和多晶硅太阳能电池，其总产量约占太阳能电池产量的80％。晶体硅太阳能电池具有较高的转换效率和可靠性，同时制造工艺经过多年的发展已经非常成熟。同传统的发电方法相比晶体硅太阳能电池的不足之处就是发电成本过高，2元/千瓦时的发电价格远高于民用电价影响了其使用，因此需要降低其发电成本。聚光光伏技术就是一种很好的方法，通过聚焦阳光提高电池表面的能流密度可以显著的提高电池的转换效率，同时减少了晶体硅太阳能电池的用量，降低了生产成本。同时将聚光系统安装在太阳自动跟踪装置上，使得电池板的朝向随着太阳的位置变化不断调整，始终保持入射阳光和电池板垂直可以提高发电效率。另一方面，将阳光聚焦到电池表面时会带来大量的热量，提高电池的温度，降低电池的发电效率，甚至在温度过高时损坏电池元件，因此需要用冷却系统给电池降温。而这部分热量没有得到有效利用就给散发到了空气中，我们可以利用这一点在散热系统上加装半导体温差发电装置进行补充发电，进一步地利用太阳能，提高发电效率。
半导体热电材料是利用材料本身的塞贝克效应，即当p、n两种半导体两端的温度不同时在半导体两端就有电势差，接上一个外接回路后就有电流流过，实现温差发电。由于半导体热电材料具有体积小、可靠性高、无污染、无噪音且有温差就能发电的特点，可以利用冷却系统的废热进行发电。
发明内容：
本发明的目的是提供一种聚光光伏-温差发电一体化装置，用于在聚光光伏发电中再回收聚焦在晶体硅太阳能电池上的热能，以在总体上进一步提高整个聚光光伏发电的总效率，降低整个系统的运行成本。本发明设计一种聚光光伏-温差发电一体化装置，包括聚光电池组件、液冷装置、集热装置、碲化铋基热电发电器和太阳跟踪系统组成，其特征在于：聚光电池组件由单晶硅太阳能电池和在单晶硅太阳能电池上部的柱状聚光透镜构成，在单晶硅太阳能电池的底部由导热硅胶片黏合在一块陶瓷基板上，在陶瓷基板上连接有液冷装置，液冷装置由循环冷却管道、水泵和散热器组成，循环冷却管道的一侧连接单晶硅太阳能电池底部的陶瓷基板，另一侧连接散热器，循环冷却管道上连接水泵；热电发电器采用了多个高性能的P/N型碲化铋基热电转换元件，为长方形的薄片结构，多个热电转换元件进行了串联连接，在顶部和底部各放置一块陶瓷片并夹紧，顶部陶瓷片上黏附一片导热硅胶片，各热电转换元件间通过铝电极进行连接，连接好的热电转换元件矩阵中填充多孔聚合物密封，热电发电器的顶部陶瓷片上黏附一片导热硅胶片粘接在液冷装置的散热器上。其特征在于：热电发电器的底部陶瓷板为鳞状结构。所述的聚光电池组件安装在太阳跟踪装置上，太阳跟踪装置为水平方向的一维太阳跟踪装置，由一个驱动电机转动一平板绕轴转动，单晶硅太阳能电池安装在平板上。其特征在于：所述的太阳跟踪装置上连接有控制装置，控制装置上连接有探测器，探测器为一容器内两个隔离腔体内的光敏元器件，其特征在于：在聚光透镜和单晶硅太阳能电池间安装有四块的反光板。本发明的优点是可以回收聚光光伏发电中在单晶硅太阳能电池产生的余热，使整个聚光光伏发电的效率大幅度提高。
附图说明：
图1为聚光电池组件结构示意图，图2为冷却系统的结构图，图3为热电发电装置的剖面图，图4是49个发电元件进行了串联连接，组成了一个7*7的矩阵，
图5聚光光伏-温差一体化发电组件整体结构图，
下面结合附图和施工实例对本发明作详细使用说明
图1中，1单晶硅光伏电池，2反光板，3柱状聚光透镜，4太阳光，5紫外线滤光玻璃，6陶瓷基板，7液冷系统，11半导体温差发电装置，图2中1单晶硅光伏电池，6陶瓷基板，8冷却管道，9水泵，10液冷系统的散热片，11半导体温差发电装置，图3中21、22是P型和N型的碲化铋基半导体发电元件，23是连接元件的铝电极，24是填充的多孔聚合物，25是顶部陶瓷板，26是底部陶瓷板27是导热硅胶片，图4中28是发电元件，24是填充物，图5中31光敏探测器，32风速探测器、光强探测器和时钟，34一体化发电系统，35水平方向步进电机，36蓄电池和电源系统，37固定底座，38支架，39控制器和控制电路。
具体实施方式：
图中包括聚光电池组件、液冷装置、集热装置、碲化铋基热电发电器组成和太阳跟踪系统，其特征在于：聚光电池组件由单晶硅太阳能电池，在单晶硅太阳能电池上部的柱状聚光透镜和在其之间的四块反光板构成，在单晶硅太阳能电池的底部由导热硅胶片黏合在一块陶瓷基板上，在陶瓷基板上连接有液冷装置，液冷装置由循环冷却管道、水泵和散热器组成，循环冷却管道的一侧连接单晶硅太阳能电池底部的陶瓷基板，另一侧连接散热器，循环冷却管道上连接水泵；热电发电器采用了多个高性能的P/N型碲化铋基热电转换元件，为长方形的薄片结构，多个热电转换元件进行了串联连接，在顶部和底部各放置一块陶瓷片并夹紧，顶部陶瓷片上黏附一片导热硅胶片，各热电转换元件间通过铝电极进行连接，连接好的热电转换元件矩阵中填充多孔聚合物密封，热电发电器的顶部陶瓷片上黏附一片导热硅胶片粘接在液冷装置的散热器上。其特征在于：热电发电器的底部陶瓷板为鳞状结构。所述的聚光电池组件安装在太阳跟踪装置上，太阳跟踪装置为水平方向的一维太阳跟踪装置，由一个驱动电机转动一平板绕轴转动，单晶硅太阳能电池安装在平板上。所述的太阳跟踪装置上连接有控制装置，控制装置上连接有探测器，探测器为一容器内两个隔离腔体内的光敏元器件。
具体的实施例，用效率达17％的单晶硅太阳能电池作为发电装置，使用柱状聚光透镜，聚集的光强达到了30倍，高光强提高了发电效率，使得聚光电池组件的效率提高到了22.9％。同时单晶硅太阳能电池急巨升温，如果单晶硅太阳能电池的温升过高将影响单晶硅太阳能电池的发电，因此利用液冷装置将单晶硅太阳能电池的热能循环输送到液冷装置的散热器上，并将热能传递给热电发电器顶部的陶瓷片上，并在热电发电器上下两端的陶瓷片之间产生温差，由此热电发电器的高性能的P/N型碲化铋基热电转换元件发出电力，一般用49个发电元件串联的矩阵可以输出电压可以保持在1V左右，转换效率在3％左右。

Claims (5)

1.一种聚光光伏-温差发电一体化装置，包括聚光电池组件、液冷装置、集热装置、碲化铋基热电发电器组成，其特征在于：聚光电池组件由单晶硅太阳能电池和在单晶硅太阳能电池上部的柱状聚光透镜构成，在单晶硅太阳能电池的底部由导热硅胶片黏合在一块陶瓷基板上，在陶瓷基板上连接有液冷装置，液冷装置由循环冷却管道、水泵和散热器组成，循环冷却管道的一侧连接单晶硅太阳能电池底部的陶瓷基板，另一侧连接散热器，循环冷却管道上连接水泵；热电发电器采用了多个高性能的P/N型碲化铋基热电转换元件，为长方形的薄片结构，多个热电转换元件进行了串联连接，在顶部和底部各放置一块陶瓷片并夹紧，顶部陶瓷片上黏附一片导热硅胶片，各热电转换元件间通过铝电极进行连接，连接好的热电转换元件矩阵中填充多孔聚合物密封，热电发电器的顶部陶瓷片上黏附一片导热硅胶片粘接在液冷装置的散热器上。
2.按权利要求1所述的一种聚光光伏-温差发电一体化装置，其特征在于：热电发电器的底部陶瓷板为鳞状结构。
3.按权利要求1所述的一种聚光晶体硅太阳能电池组件，其特征在于：所述的聚光电池组件安装在太阳跟踪装置上，太阳跟踪装置为水平方向的一维太阳跟踪装置，由一个驱动电机转动一平板绕轴转动，单晶硅太阳能电池安装在平板上。
4.按权利要求3所述的一种聚光晶体硅太阳能电池组件，其特征在于：所述的太阳跟踪装置上连接有控制装置，控制装置上连接有探测器，探测器为一容器内两个隔离腔体内的光敏元器件。
5.按权利要求1所述的一种聚光晶体硅太阳能电池组件，其特征在于：在聚光透镜和单晶硅太阳能电池间安装有四块的反光板。
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