CN106329999A - 太阳能及温差发电装置 - Google Patents
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Abstract
太阳能光电模块从上到下依次包括砷化镓太阳能电池、第一快速导热装置、温差发电单元、第二快速导热装置以及散热器，包括有散热器、绝缘层、太阳能发电板，在所述散热器表面设置有绝缘层，在所述绝缘层和所述太阳能发电板之间直接设置有至少一个温差发电芯片。本发明不仅可以将温差发电芯片一个或多个以模组方式固定太阳能发电板与散热器表面之间，还可以采用整体方式固定，形成一个模块化装置。尤其是通过散热器两侧的U字形开槽可进行自由组合，不仅适用于大批量的工业化生产，而且其发电效率高，性能稳定，市场前景良好。
Description
技术领域
本发明涉及一种采用太阳能光伏发电的装置，尤其是一种同时利用温差发电片进行发电的模块化装置。
背景技术
太阳能发电，主要是通过利用半导体材料的光电效应,将太阳能转换成电能。现常用的太阳能发电板有单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池(薄膜太阳能电池)和多元化合物太阳电池等。温差发电是以塞贝克效应为基础的，它由N、P两种不同类型的半导体热电材料经过导电性好的导流片串联而成，当热端加热时，使器件的两端建立起温差，两种载流子都流向冷端，形成温差发电器。温差发电芯片具有众多独特的优点：安全可靠，使用寿命长，维护费用低，没有噪声，可以利用太阳能、放射性同位素辐射等热源，能适应任何特殊气候的地区使用。
在现有技术中，已公开有同时利用太阳能电池板和温差发电片进行发电的装置，如在公告号为CN102510240A的一种二次太阳能光电模组，包括一框架，所述框架上部安装有菲涅尔透镜，与框架内、菲涅尔透镜的下方安装有二次太阳能光电模块，所述二次太阳能光电模块从上到下依次包括有砷化嫁太阳能电池片、第一快速导热装置、温差发电片单元、第二快速导热装置以及散热器。
该专利的技术方案中，砷化镓太阳能模组工作时热量能及时散发，而且散发的热量用于给温差发电片的热端加热，实现温差发电，相当于对太阳能进行二次利用，提高了太阳能利用率。采用钇合金超导热装置作为快速导热装置，其结构简单，制作成本低，导热效率快；采用石墨膜夹层作为有效连接砷化嫁太阳能电池单元、第一快速导热装置、温差发电片单元、第二快速导热装置以及散热器之间的夹层，利用石墨合金膜本身延展性好、导热效率高等特性，确保各结构层之间的全面有效解除并加速热传导，有利于散热。
但是，在结构上仍有简化的空间，尤其是第一快速导热装置、第二快速导热装置等部件不仅将至少产生4个连接处接触面的热阻，对散热造成一定的影响，而且生产加工过程中，也会增加工艺的复杂型和产品后期使用过程的稳定性。
发明内容
本发明针对上述不足，提供一种同时利用太阳能和温差发电的装置，尤其是将温差发电芯片直接制作在太阳能发电板与散热器表面之间的模块化发电装置。
为了实现上述目的，本发明采用太阳能及温差发电装置的技术方案是：
太阳能及温差发电装置，包括有二次太阳能光电模块，所述的二次太阳能光电模块从上到下依次包括砷化镓太阳能电池、第一快速导热装置、温差发电单元、第二快速导热装置以及散热器，包括有散热器、绝缘层、太阳能发电板，在所述散热器表面设置有绝缘层，在所述绝缘层和所述太阳能发电板之间直接设置有至少一个温差发电芯片。
所述的温差发电芯片由第一电路层、温差发电层和第二电路层组成，第一电路层和第二电路层之间相互电气连接，第一电路层设置在所述绝缘层表面，第二电路层设置在所述太阳能发电板相对发电表面的背面。
所述的绝缘层为搪瓷层或三氧化二铝的氧化层。
所述的绝缘层厚度为0.8～1.5微米。
所述绝缘层和/或太阳能发电板相对发电表面的背面为粗化结构。
所述的太阳能发电板上方固定有聚光透镜或聚光杯。
所述的聚光透镜与太阳能发电板之间的空间内设置有呼吸器。
所述的太阳能发电板表面设置有保护层。
所述的散热器两侧分别设置有类似U型的开槽，两侧开槽方向相反，分别为垂直朝上和垂直朝下。
所述的散热器为自然散热、风冷散热或水冷散热。
本发明的有益效果：
由于将温差发电芯片直接制作在太阳能发电板与散热器表面之间，所以其结构简单，热传导高效，减少由于采用导热层的热量传导，提高了整个的稳定性。绝缘层采用搪瓷层或三氧化二铝的氧化层机构，不仅可以具有良好的绝缘效果，而且其导热系数高，有助于热量的传导。
内置呼吸器的结构，可以有效减少聚光透镜与太阳能发电板之间密闭空间由于热胀冷缩造成对密封性的破坏。
聚光透镜采用菲涅尔透镜，则可以有效的增加太阳能发电板以及温差发电芯片的单位面积温度，从而提高太阳能发电板与温差发电芯片的发电效率。
本发明不仅可以将温差发电芯片一个或多个以模组方式固定太阳能发电板与散热器表面之间，还可以采用整体方式固定，形成一个模块化装置。尤其是通过散热器两侧的U字形开槽可进行自由组合，不仅适用于大批量的工业化生产，而且其发电效率高，性能稳定，市场前景良好。
附图说明
图1为本发明的一优选实施例的立体示意图；
图2为本发明的一优选实施例中心处的横向剖面示意图。
具体实施方式
如图1和图2所示，为本发明的一优选实施例，由聚光透镜1、散热器2、太阳能发电板3、绝缘层4、温差发电芯片5、保护层6、呼吸器7和导线8等组成。
其中，在散热器2表面直接制作有绝缘层4，在绝缘层4和太阳能发电板3之间直接制作有一个以上的温差发电芯片5。
绝缘层4是用过物理或者是化学的方式直接制作在散热器2的表面，也就是说绝缘层4和散热器2接触面之间没有其他介质，而且两种材质结合牢固且直接接触。
温差发电芯片5由第一电路层51、温差发电层52和第二电路层53组成，第一电路层51和第二电路层52之间相互电气连接，第一电路层51制作在绝缘层4的表面，第二电路层53制作在太阳能发电板3相对发电表面的背面。
第一电路层51和第二电路层53上设置有线路层，采用印刷、电镀、复合或喷涂方式制作。一般来说，采用传统印刷的方式能够较好适用，尤其是在表面强度和耐久度，适合于批量化生产。线路层至少包括有可焊接部位和电气连接分布，温差发电芯片分别固定在可焊接部位，各个温差发电芯片之间的电气连接为串联和/或并联，使每个温差发电芯片形成电气连接为整体，统一输出电压和电流。
在线路层上除至少包括有可焊接部位和电气连接分布外，还可以设置有静电保护电路，整流、限压、电流控制等电路中的一种或多种，以满足不同的功能需要。
温差发电层52主要是有N、P两种不同类型的半导体热电材料组成，分别对应形成温差发电芯片5的冷端与热端，通过温差发电层52的两端温差，驱动电子移动，从而产生电流发电，通过导线8输出。
由此，我们可以知道，从太阳能发电板3、到温差发电芯片5、再到绝缘层4、减少了接触面产生的热阻，不仅简化了产品结构、可以能够有效提高产品的发电效率和稳定性。尤其是，绝缘层4和/或太阳能发电板3相对发电表面的背面粗化后，可以进一步加强接触面的连接强度，提高稳定性。
绝缘层4具有良好绝缘效果，并导热性能良好的一层，一般采用搪瓷层或三氧化二铝的氧化层，厚度为0.8～1.5微米。本实施例采用的是搪瓷层，厚度为1微米。所谓搪瓷，是将含有无机玻璃质的材料通过熔融凝于基体金属上并与金属牢固结合在一起的一种复合材料。搪瓷层的绝缘性能良好，通过添加其他高导热性材料的，使其同时具有良好的导热性。
在太阳能发电板3的上方固定有聚光透镜1，当然也可以采用聚光杯，一面可以有效保护太阳能电池板3，另一方面可以有效聚焦光线，提高发电效率。其中，太阳能发电板表面设置有保护层。
聚光透镜1与太阳能发电板3之间的空间内设置有呼吸器7，呼吸器7主要是在上述空间受冷后，空间变小的情况下，通过呼吸器7吸入空气，同样的，如果上述空间受热膨胀，则通过呼吸器7呼出空气，从而达到内外空间的压力平衡，保持空间的气密性。
在散热器2的两侧分别设置有类似U型的开槽22，两侧开槽22的方向相反，分别为垂直朝上和垂直朝下。散热器2的散热方式为自然散热、风冷散热或水冷散热，或者以上方式的组合应用。在本实施例中，散热器2的背部设置有众多的散热器片21，通过与空气进行自然对流散热。
散热器2一般采用导热系数高、热阻小，受热后能够快速将热量传导和均匀分布的物体或装置，常用的为铜、热管、铝合金、相变材料、碳纤维、石墨烯等中的一种金属、非金属或装置。在本实施列中，散热器2优选采用自然散热，采用铝合金材质，由于铝合金材料具有较高导热系数，在230W/mK左右，而且金属稳定性较好，成本较低，通过铝挤压等工艺便于成型。除了本实施例的散热器2外，还可以采用热管、风扇、水冷、铝合金散热器、翅片散热器等中的一种或多种组合，以满足不同环境和散热强度要求。
本实施例在实际试验过程中，在相同的实验环境中，1个标准大气压下，环境温度为15℃-26℃的情况下，采用相同的太阳能发电板，A为本实施例的发电功率，B为传统太阳能发电板发电功率，下表分从早上5时，到下午17时的发电功率对比数据。
从上述数据中，我们可以知道本技术方案的发电效率远高于传统单纯太阳能发电板的发电效率，性能优势明显。
以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在技术方案范围内进行的通常变化和替换都应该包括在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.太阳能及温差发电装置，包括有二次太阳能光电模块，所述的二次太阳能光电模块从上到下依次包括砷化镓太阳能电池、第一快速导热装置、温差发电单元、第二快速导热装置以及散热器，其特征在于,包括有散热器、绝缘层、太阳能发电板，在所述散热器表面设置有绝缘层，在所述绝缘层和所述太阳能发电板之间直接设置有至少一个温差发电芯片。
2.根据权利要求1所述的太阳能及温差发电装置，其特征在于，所述的温差发电芯片由第一电路层、温差发电层和第二电路层组成，第一电路层和第二电路层之间相互电气连接，第一电路层设置在所述绝缘层表面，第二电路层设置在所述太阳能发电板相对发电表面的背面。
3.根据权利要求2所述的太阳能及温差发电装置，其特征在于所述的绝缘层为搪瓷层或三氧化二铝的氧化层。
4.根据权利要求3所述的太阳能及温差发电装置，其特征在于，所述的绝缘层厚度为0.8～1.5微米。
5.根据权利要求1-4任意一权利要求所述的太阳能及温差发电装置，其特征在于所述绝缘层和/或太阳能发电板相对发电表面的背面为粗化结构。
6.根据权利要求5所述的太阳能及温差发电装置，其特征在于，所述的太阳能发电板上方固定有聚光透镜或聚光杯。
7.根据权利要求6所述的太阳能及温差发电装置，其特征在于，所述的聚光透镜与太阳能发电板之间的空间内设置有呼吸器。
8.根据权利要求7所述的太阳能及温差发电装置，其特征在于，所述的太阳能发电板表面设置有保护层。
9.根据权利要求8所述的太阳能及温差发电装置，其特征在于，所述的散热器两侧分别设置有类似U型的开槽，两侧开槽方向相反，分别为垂直朝上和垂直朝下。
10.根据权利要求9所述的太阳能及温差发电装置，其特征在于，所述的散热器为自然散热、风冷散热或水冷散热。
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| CN106788213B (zh) * | 2017-01-18 | 2019-04-02 | 中国地质大学（武汉） | 荧光波导集光式光伏-光热复合发电装置 |
| CN106653992A (zh) * | 2017-01-19 | 2017-05-10 | 浙江聚珖科技股份有限公司 | 水冷式温差发电模组 |
| CN107612423A (zh) * | 2017-09-25 | 2018-01-19 | 浙江聚珖科技股份有限公司 | 一种汽车多重发电系统及其汽车 |
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