CN103401472A

CN103401472A - 一种太阳能热声压电发电系统及其发电方法

Info

Publication number: CN103401472A
Application number: CN2013103493114A
Authority: CN
Inventors: 严科飞; 任伟华
Original assignee: INNER MONGOLIA JINGANG HEAVY INDUSTRY Co Ltd
Current assignee: INNER MONGOLIA JINGANG HEAVY INDUSTRY Co Ltd
Priority date: 2013-08-05
Filing date: 2013-08-05
Publication date: 2013-11-20

Abstract

本发明公开了一种太阳能热声压电发电系统及其发电方法，包括：太阳能聚光装置、热声发动机、声波变换装置、压电发电装置、电能变换装置和储能装置。本发明有效解决了现有太阳能热声发电系统中采用电解质-磁场耦合发电系统和直线振荡发电系统中存在的结构复杂、体积大、工作频率低、不能进行大功率发电、且不能有效发挥热声发动机容易产生高频压力波的优势等问题。因此，本发明太阳能热声压电发电系统具有结构简单，体积较小，安装便利，运行稳定可靠，整个系统发电效率高，同时本发明太阳能热声压电发电系统的规模可根据实际的需要而设定，建造灵活，整个系统的建造周期短，成本低。

Description

一种太阳能热声压电发电系统及其发电方法

技术领域

本发明属于新能源技术领域，本发明涉及太阳能热发电技术，尤其涉及一种太阳能热声压电发电系统及其发电方法。

背景技术

目前太阳能热发电系统中普遍采用蒸汽机以及斯特林外燃机等发电方式发电，现有的蒸汽机发电系统利用率和发电效率较差，热利用率低，只能用建造系统规模足够大来提高太阳能的利用率，因此导致其建造成本高，周期长；而现有的斯特林外燃机发电系统中，机械运动部件较多，使得整个系统的制造和安装工艺复杂，成本较高，且运行的可靠性和实用性也较差，这在一定程度上限制了太阳能的推广和应用。热声发电是基于热声效应，将热能转化为声波，再将声波转化为电能，具有能源适应性好、无运动部件、可靠性高等优点，因此太阳能热声发电成为研究热点。目前在太阳能热声发电技术的领域中，主要采用电解质-磁场耦合发电系统(如专利CN101344077A)、直线振荡发电系统(如专利CN101629558A)，这些发电系统存在结构复杂、体积大、工作频率低、不能进行大功率发电等缺点，且不能有效发挥热声发动机容易产生高频压力波的优势的问题。

发明内容

要解决的技术问题

针对现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种太阳能热声压电发电系统及其发电方法，解决现有技术中存在的结构复杂、体积大、工作频率低、不能进行大功率发电、且不能有效发挥热声发动机容易产生高频压力波的优势等问题。

技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种太阳能热声压电发电系统，包括：1)太阳能聚光装置，用于将太阳光聚焦在热声发动机上；2)热声发动机，用于将太阳能聚光装置聚焦后产生的热能转换成声波；3)声波变换装置，用于将热声发动机转换成的声波转换成振幅和压力适合压电发电装置工作的机械振动；4)压电发电装置，用于将机械振动转换成电能；5)电能变换装置，用于将压电发电装置转换的电能进行调整和转换；6)储能装置，用于储存经电能变换装置调整和变换后的电能。

优选地，所述的太阳能聚光装置可以是碟式太阳能聚光装置、塔式太阳能聚光装置、槽式太阳能聚光装置或前述二种或二种以上组合聚光装置。

优选地，所述的太阳能聚光装置上还可设置太阳光线跟踪系统，使得太阳能聚光装置能够随着太阳光的入射方向而变化。由此聚光点也会发生变化，所以热声发动机要与太阳能聚光装置发生关联动作，以保证聚焦后的光线能够入射到热声发动机上。

优选地，所述的热声发动机是驻波热声发动机或行波热声发动机或串级混合型热声发动机。

优选地，所述的压电发电装置由振动膜片和压电材料叠放在一起构成，振动膜片将机械振动的压力转化为振动膜片的振动，振动膜片的振动对压电材料进行挤压，从而产生电能。较优地，所述的振动膜片为合金振动膜片。所述的压电材料由压电陶瓷、压电铁电性材料、压电聚合物、压电复合材料之一或其组合制成。

优选地，所述的电能变换装置包括控制模块、整流模块和逆变模块。控制模块和整流模块之间，控制模块和逆变模块之间都通过线路相连。控制模块发出控制指令对整流模块和逆变模块进行控制；整流模块由变压器、整流主电路和滤波器等组成，整流模块将压电发电装置内压电材料产生的交流电整流为直流电存储在储能装置中；逆变模块由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成，逆变模块将储能装置中的低压直流逆变为合适的交流电以供使用。

优选地，所述的储能装置是镍镉电池或镍氢电池或锂电池或锂聚合物电池或铅酸电池。

进一步地，本发明还提供了一种太阳能热声压电发电的方法，包括如下步骤：

1)太阳能聚光装置将太阳光聚焦在热声发动机上；

2)热声发动机将太阳能聚光装置聚焦后产生的热能转换成声波；

3)声波变换装置将声波转换成振幅和压力适合压电发电装置工作的机械振动；

4)压电发电装置将机械振动转换成电能；

5)电能变换装置将压电发电装置转换的电能进行调整和转换；

6)储能装置储存经电能变换装置调整和变换后的电能。

优选地，通过在所述太阳能聚光装置上设置太阳光线跟踪系统，使得太阳能聚光装置能够随着太阳光的入射方向而变化；并且热声发动机与太阳能聚光装置发生关联动作，使聚焦后的光线能够入射到热声发动机上。

本发明的有益效果在于：

本发明有效解决了现有太阳能热声发电系统中采用电解质-磁场耦合发电系统和直线振荡发电系统中存在的结构复杂、体积大、工作频率低、不能进行大功率发电、且不能有效发挥热声发动机容易产生高频压力波的优势等问题。因此，本发明太阳能热声压电发电系统具有结构简单，体积较小，安装便利，运行稳定可靠，整个系统发电效率高，同时本发明太阳能热声压电发电系统的规模可根据实际的需要而设定，建造灵活，整个系统的建造周期短，成本低。

附图说明

图1为本发明太阳能热声压电发电系统的发电程序框图示意图。

图2为本发明太阳能热声压电发电系统结构示意图。

图中所示标记如下：太阳能聚光装置1，热声发动机2，声波变换装置3，压电发电装置4，电能变换装置5，储能装置6。

具体实施方式

下面结合附图具体说明该发明的具体实施方式。

如图2所示，本实施例的太阳能热声压电发电系统，包括：太阳能聚光装置1，热声发动机2，声波变换装置3，压电发电装置4，电能变换装置5，储能装置6。太阳能聚光装置1通过反射镜以聚焦的方式将太阳能直射光聚焦起来，聚焦焦点位于热声发动机2上。热声发动机2将焦点的热能通过转换为声波，热声发动机2转换成的声波通过声波变换装置3转换成振幅和压力适合压电发电装置4所需的机械振动，并传递给压电发电装置4，压电发电装置4将机械振动转换成电能，压电发电装置4转换的电能通过电能变换装置5变换为直流电储存于储能装置6中，储能装置6中的电能通过电能变换装置5变换为合适的交流电供以使用。

其中太阳能聚光装置1为碟式太阳能发电聚光装置，热声发动机2为驻波热声发动机，压电发电装置4中的压电材料为压电陶瓷，储能装置6为镍镉电池。电能变换装置5包括控制模块、整流模块和逆变模块。控制模块发出控制指令对整流模块和逆变模块进行控制，整流模块将压电发电装置4内压电材料产生的交流电整流为直流电存储在储能装置6中；逆变模块由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成，逆变模块将储能装置6中的低压直流逆变为合适的交流电以供使用。

如图1所示，本实施例的太阳能热声压电发电系统的发电程序，具体如下：

1)太阳能聚光装置将太阳光聚焦在热声发动机上产生热能；

4)压电发电装置将机械振动转换成电能；

5)电能变换装置的整流模块将压电发电装置转换的交流电进行调整和转换成直流电；

6)储能装置储存经电能变换装置调整和变换后的电能；

7)逆变模块将储能装置6中的低压直流逆变为合适的交流电以供使用。

上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还要以根据发明创造的目的作出多种变化。根据本发明方法的精神实质和原理做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在此发明专利的保护范围内。例如，太阳能聚光装置还可采用塔式太阳能聚光装置、槽式太阳能聚光装置或前述二种或二种以上组合聚光装置。热声发动机还可替换为驻波热声发动机或行波热声发动机或串级混合型热声发动机。储能装置还可选择镍氢电池或锂电池或锂聚合物电池或铅酸电池等。此外，把太阳能热发声压电发电系统应用于住宅、厂房等建筑物或其他领域，亦在此发明专利的保护范围内。

Claims

1.一种太阳能热声压电发电系统，其特征在于：该发电系统包括：1)太阳能聚光装置，用于将太阳光聚焦在热声发动机上；2)热声发动机，用于将太阳能聚光装置聚焦后产生的热能转换成声波；3)声波变换装置，用于将热声发动机转换成的声波转换成振幅和压力适合压电发电装置工作的机械振动；4)压电发电装置，用于将机械振动转换成电能；5)电能变换装置，用于将压电发电装置转换的电能进行调整和转换；6)储能装置，用于储存经电力变换装置调整和变换后的电能。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能热声压电发电系统，其特征是：所述的太阳能聚光装置是碟式太阳能聚光装置、塔式太阳能聚光装置、槽式太阳能聚光装置或前述二种或二种以上组合聚光装置。

3.根据权利要求1或2所述的一种太阳能热声压电发电系统，其特征是：所述的太阳能聚光装置上设置太阳光线跟踪系统，并且所述热声发动机与太阳能聚光装置发生关联动作。

4.根据权利要求1所述的一种太阳能热声压电发电系统，其特征是：所述的热声发动机是驻波热声发动机或行波热声发动机或串级混合型热声发动机。

5.根据权利要求1所述的一种太阳能热声压电发电系统，其特征是：所述的压电发电装置由振动膜片和压电材料叠放在一起构成，振动膜片将机械振动的压力转化为振动膜片的振动，振动膜片的振动对压电材料进行挤压，从而产生电能。

6.根据权利要求5所述的一种太阳能热声压电发电系统，其特征是：所述的振动膜片为合金振动膜片；所述的压电材料由压电陶瓷、压电铁电性材料、压电聚合物、压电复合材料之一或其组合制成。

7.根据权利要求1所述的一种太阳能热声压电发电系统，其特征是：所述的电能变换装置包括控制模块、整流模块和逆变模块；控制模块和整流模块之间、控制模块和逆变模块之间都通过线路相连；控制模块发出控制指令对整流模块和逆变模块进行控制；整流模块将压电发电装置产生的交流电整流为直流电存储在储能装置中；逆变模块将储能装置中的低压直流逆变为合适的交流电以供使用。

8.根据权利要求1所述的一种太阳能热声压电发电系统，其特征是：所述的储能装置是镍镉电池或镍氢电池或锂电池或锂聚合物电池或铅酸电池。

9.一种太阳能热声压电发电的方法，包括如下步骤：

1)太阳能聚光装置将太阳光聚焦在热声发动机上产生热能；

4)压电发电装置将机械振动转换成电能；

6)储能装置储存经电力变换装置调整和变换后的电能。

10.根据权利要求9所述的一种太阳能热声压电发电的方法，其特征是：通过在所述太阳能聚光装置上设置太阳光线跟踪系统，使得太阳能聚光装置随着太阳光的入射方向而变化；并且热声发动机与太阳能聚光装置发生关联动作，使聚焦后的光线入射到热声发动机上。