CN104734566B - 一种槽式聚光太阳能温差发电器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种槽式聚光太阳能温差发电器，包括槽式聚光器和接收管，接收管与槽式聚光器的内弧面相对，接收管包括内壁和外壁，内壁围成一个贯穿接收管两端的中空腔，内壁和外壁之间通过金属导热单元分隔为多个密封填充腔，每个密封填充腔内充满导热油，在内壁中靠近中空腔的一侧沿直线方向安装有温差发电片，温差发电片部分或全部覆盖内壁，温差发电片的冷面安装有水冷片。接收管夹层空腔内填充有导热油，具有一定的热储存作用，即使太阳光中断也能持续发电一段时间，减轻电能输出随太阳光变化的波动，内外壁之间空腔不连续，内壁和外壁仍有部分通过铝合金等金属导热单元相连，避免了由于导热油导热性差导致外部热量无法传到内壁的问题。

Description

一种槽式聚光太阳能温差发电器

技术领域

本发明涉及一种利用太阳能光热的温差发电技术的槽式聚光太阳能温差发电器。

背景技术

太阳能发电是一种利用绿色能源产生电能的技术。目前对于太阳能的利用主要有光伏和光热两种。前者主要利用太阳能的光能，通过光生伏特效应产生电能。后者则利用太阳能加热热介质以备后续使用。相比于火力发电，水力发电等技术，太阳能发电具有无需机械转动部件，安装简单等优势。相比于光伏发电，太阳能温差发电通过半导体材料的塞贝克效应能进一步利用太阳能中的热能部分，且未转化为电能的热量可以为太阳能热水系统进行预热。 同时，温度过高会对太阳能光伏电池造成损害，而温差发电材料能在更高的温度下工作。太阳能温差发电的关键在于达到尽可能高的温差，在冷面温度恒定时表现为高的热面温度，这就需要有效的聚光装置。抛物面槽式聚光器相对于平板型集热器能达到较高的温度。

槽式聚光器一般使用真空管作为接收器，而太阳能温差发电模块一般为平板结构。如何实现温差发电模块与管式接收器的结合是本项技术的关键。公告号为CN 204089642U 的中国实用新型专利公开了一种槽式太阳能温差发电装置，主要包括太阳能集热装置，真空导热管，半导体温差发电模块，冷却管以及跟踪装置。该装置结构简单，无需维护。但对于温差发电片的利用效率不高，发电片离导热管的接受面较远，且只能接收一面的热量，安装位置离太阳能聚光镜较远，需要较长的支架。

同时温差发电管需要一定的储热及导热性能以满足温差发电过程中热管理的需要。公开号为 CN 101814870A 的中国发明专利公开了一种太阳能槽式温差发电装置，主要包括聚光反射器、太阳能集热器、上下温差芯片发电模块和储能材料箱。该发明的优点是使用相变储能技术，提供时间延迟以及昼夜连续发电。然而，相变储能技术如今并未普及，性能优良的相变材料不易购买，在一定程度上限制了此发明的推广。

此外，由于温差发电模块一般由若干个温差发电片串联或并联得到，如何在取得高温的同时保证各个发电片处于相对均匀的温差环境下也是本项技术要解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种槽式聚光太阳能温差发电器。

本发明解决其技术问题的解决方案是：一种槽式聚光太阳能温差发电器，其包括槽式聚光器和接收管，所述接收管与槽式聚光器的内弧面相对，接收管包括内壁和外壁，所述内壁围成一个贯穿接收管两端的中空腔，内壁和外壁之间通过金属导热单元分隔为多个密封填充腔，每个所述密封填充腔内充满导热油，在所述内壁中靠近中空腔的一侧沿直线方向安装有至少一组温差发电片，所述温差发电片部分或全部覆盖内壁，温差发电片的冷面安装有水冷片。

作为上述技术方案的进一步改进，所述内壁设有多个沿内壁分布的平面，每个所述平面均设置有一组温差发电片，每组所述温差发电片均配置至少一片水冷片。

作为上述技术方案的进一步改进，所述外壁的轮廓截面为圆形，外壁的外表面涂有太阳能光谱吸收涂层，所述太阳能光谱吸收涂层的最外层为玻璃真空层。

作为上述技术方案的进一步改进，所述内壁的轮廓截面为K边形，其中，K=2*N，N为正偶数，N组所述温差发电片均匀分布在所述K边形上，位于所述K边形中安装有温差发电片的边为长边，两条长边之间设有一条短边。

作为上述技术方案的进一步改进，所述温差发电片的电能输出端并联、串联或混联。

作为上述技术方案的进一步改进，沿所述接收管的轴向分布的金属导热单元将内壁和外壁之间分隔为多个密封填充腔。

作为上述技术方案的进一步改进，平行布置的两个所述水冷片之间横架有螺杆，螺杆的两端分别旋接有螺母，所述螺母分别压触其所对应的水冷片。

作为上述技术方案的进一步改进，所述接收管的轴线平行于聚光器抛物面，且位于聚光器焦线和中心线组成的平面上。

作为上述技术方案的进一步改进，所述接收管的轴线离槽式聚光器的焦线距离为r，其中，r小于或者等于接收管的外壁半径。

作为上述技术方案的进一步改进，层叠在一起所述温差发电片和水冷片通过同一螺栓螺母组固定在接收管上。

本发明的有益效果是：本温差发电器优点包括结构简单，安装便利，热面温度高，有一定的储热性能，具体体现在：

1、利用槽式聚光器将太阳光聚集在接收器的外表面上，聚光比高，相比于平板集热器和其他生活热源（如热水）能达到更高的热面温度，且接收管便于同现有的槽式聚光器配合使用；

2、接收管夹层空腔内填充有导热油，相比于铝合金等金属有较高的比热容，具有一定的热储存作用，即使太阳光中断也能持续发电一段时间，减轻电能输出随太阳光变化的波动；

3、接收管优选为铝合金材质，热导率高，且内外壁之间空腔不连续，内壁和外壁仍有部分通过铝合金等金属导热单元相连，避免了由于导热油导热性差导致外部热量无法传到内壁的问题；

4、温差发电片与接收器的内壁贴合方便，压紧结构简单，便于拆卸及维护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的侧视图；

图3是本发明中接收管的剖视图；

图4是本发明中温差发电片串联示意图；

图5是本发明中温差发电片并联示意图；

图6是本发明中温差发电片和水冷片安装到接收管上的结构示意图；

图7是本发明加热阶段热流示意图；

图8是本发明稳定阶段热流示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。

参照图1～图8，一种槽式聚光太阳能温差发电器，其包括槽式聚光器1和接收管2，所述接收管2与槽式聚光器1的内弧面相对，接收管2包括内壁和外壁，所述内壁围成一个贯穿接收管2两端的中空腔，内壁和外壁之间通过金属导热单元分隔为多个密封填充腔，金属导热单元优选为铝合金，每个所述密封填充腔内充满导热油7，在所述内壁中靠近中空腔的一侧安装有至少一组温差发电片3，每组温差发电片3内包括至少一片温差发电片3，同一组内所有温差发电片3沿水平方向分布，同一组内的每片温差发电片3分别对应一个充满导热油7的密封填充腔，温差发电片3靠近内壁的一端为圆弧面，温差发电片3远离内壁的一端为便于安装水冷片4的平面，所述温差发电片3部分或全部覆盖内壁，温差发电片3的冷面安装有水冷片4。温差发电片3的冷面通过一层很薄的导热硅脂预先固定在水冷片4，温差发电片3的热面通过导热硅脂与接收管2的内壁紧贴。利用槽式聚光器1将太阳光聚集在接收器的外表面上，聚光比高，相比于平板集热器和其他生活热源（如热水）能达到更高的热面温度，且接收管2便于同现有的槽式聚光器1配合使用，接收管2夹层空腔内填充有导热油7，相比于铝合金等金属有较高的比热容，具有一定的热储存作用，即使太阳光中断也能持续发电一段时间，减轻电能输出随太阳光变化的波动。

太阳光照射槽式聚光器1，经反射后汇聚于接收管2表面。由于接收管2为金属所制，具有良好的导热性，热量可经内外壁间的金属导热单元由外壁流入内壁。同时，由于金属导热性远远高于导热油7，内壁温度升高将快于导热油7，因此内外壁将同时加热空腔中的导热油7，避免了导热油7单面受热不均的问题，同时一部分热量通过温差发电片3被水冷片4中的水带走，此阶段为导热油7加热阶段（图7）。当系统达到稳定工作状态时，导热油7温度与壁面几乎相同，且热阻大，绝大部分热流将通过内外壁间的金属连接部分传至温差发电片3（图8）并发电。

进一步作为优选的实施方式，所述内壁设有多个沿内壁分布的平面，两个平面之间通过弧面或者平面连接。每个所述平面均设置有一组温差发电片3，每组所述温差发电片3均配置至少一片水冷片4。温差发电片3中与平面以及水冷片4接触的面均为平面，这样，便于热量从内壁传送到温差发电片3，每组所述温差发电片3均配置一片水冷片4，位于同一组的温差发电片3的电能输出端并联、串联或混联后将电能输送到电能储能器或者电能使用器，相邻的两组温差发电片3的电能输出端并联、串联或混联后将电能输送到电能储能器或者电能使用器，实现电能的多元化输送，便于设计外接电路。其中，混联指的是，同一组的温差发电片3或者相邻的两组温差发电片3之间的连接方式同时存在并联和串联

进一步作为优选的实施方式，接收管2优选为铝合金管，所述外壁的轮廓截面为圆形，外壁的外表面涂有太阳能光谱吸收涂层，所述太阳能光谱吸收涂层的最外层为玻璃真空层。接收管2为铝合金材质，热导率高，且夹层空腔不连续，内壁和外壁仍有部分通过铝合金等金属导热单元相连，避免了由于导热油7导热性差导致外部热量无法传到内壁的问题。

进一步作为优选的实施方式，所述内壁的轮廓截面为K边形，其中，K=2*N，N为正偶数，N组所述温差发电片3均匀分布在所述K边形上，位于所述K边形中安装有温差发电片3的边为长边，两条长边之间设有一条短边。其中，K=2*N，N为正偶数。N优选为2、4、6。当N为4时，即K变形为八边形，温差发电片3安装于内壁的四个面上，能及时接收来自各个方向的热流。外壁的太阳光吸收涂层及真空管结构有助于减少热损失，提高热能利用率。接收管2的内外壁间填充有导热油7，能储存一定热量，在太阳能中断时维持一段时间的发电状态。且导热油7为非连续填充，内外壁间仍有部分位置通过金属连接，热量不会因为导热油7的导热性差而无法传到内壁，同时也能更加均匀地加热导热油7。

进一步作为优选的实施方式，所述温差发电片3的电能输出端并联、串联或混联。

进一步作为优选的实施方式，沿所述接收管2的轴向分布的金属导热单元将内壁和外壁之间分隔为多个密封填充腔。

进一步作为优选的实施方式，平行布置的两个所述水冷片4之间横架有螺杆6，螺杆6的两端分别旋接有螺母60，所述螺母60分别压触其所对应的水冷片4，通过将两端的螺母60向相反方向旋紧产生压紧力，从而将水冷片4和温差发电片3固定在接收管2的内壁上。

进一步作为优选的实施方式，所述接收管2的轴线平行于聚光器抛物面，且位于聚光器焦线和中心线组成的平面上。

进一步作为优选的实施方式，所述接收管2的轴线离槽式聚光器1的焦线距离为r，其中，r小于或者等于接收管2的外壁半径。对接收管2相对于槽式聚光器1的安装位置进行了优化，使得经过反射聚光的光线在接收器表面的分布尽可能均匀，避免了由于温度不均导致的单个温差发电片3发电量不同，便于外部电路设计。

进一步作为优选的实施方式，层叠在一起所述温差发电片3和水冷片4通过同一螺栓螺母组固定在接收管2上。同时在接收管2与水冷板的端部设计有螺栓螺母组5，使其在与压紧力垂直的方向上亦有固定，配合温差发电片3之间的螺杆螺母，使得温差发电片3与内壁之间的贴合度更高。

以上是对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种槽式聚光太阳能温差发电器，其包括槽式聚光器和接收管，其特征在于：所述接收管与槽式聚光器的内弧面相对，接收管包括内壁和外壁，所述内壁围成一个贯穿接收管两端的中空腔，内壁和外壁之间通过金属导热单元分隔为多个密封填充腔，每个所述密封填充腔内充满导热油，在所述内壁中靠近中空腔的一侧沿直线方向安装有至少一组温差发电片，所述温差发电片部分或全部覆盖内壁，温差发电片的冷面安装有水冷片。

2.根据权利要求1所述的槽式聚光太阳能温差发电器，其特征在于：所述内壁设有多个沿内壁分布的平面，每个所述平面均设置有一组温差发电片，每组所述温差发电片均配置至少一片水冷片。

3.根据权利要求2所述的槽式聚光太阳能温差发电器，其特征在于：所述外壁的轮廓截面为圆形，外壁的外表面涂有太阳能光谱吸收涂层，所述太阳能光谱吸收涂层的最外层为玻璃真空层。

4.根据权利要求1所述的槽式聚光太阳能温差发电器，其特征在于：所述内壁的轮廓截面为K边形，其中，K=2*N，N为正偶数，N组所述温差发电片均匀分布在所述K边形上，位于所述K边形中安装有温差发电片的边为长边，两条长边之间设有一条短边。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的槽式聚光太阳能温差发电器，其特征在于：所述温差发电片的电能输出端并联、串联或混联。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的槽式聚光太阳能温差发电器，其特征在于：沿所述接收管的轴向分布的金属导热单元将内壁和外壁之间分隔为多个密封填充腔。

7.根据权利要求2或3或4所述的槽式聚光太阳能温差发电器，其特征在于：平行布置的两个所述水冷片之间横架有螺杆，螺杆的两端分别旋接有螺母，所述螺母分别压触其所对应的水冷片。

8.根据权利要求1所述的槽式聚光太阳能温差发电器，其特征在于：所述接收管的轴线平行于聚光器抛物面，且位于聚光器焦线和中心线组成的平面上。

9.根据权利要求8所述的槽式聚光太阳能温差发电器，其特征在于：所述接收管的轴线离槽式聚光器的焦线距离为r，其中，r小于或者等于接收管的外壁半径。

10.根据权利要求1或2或3或4所述的槽式聚光太阳能温差发电器，其特征在于：层叠在一起所述温差发电片和水冷片通过同一螺栓螺母组固定在接收管上。