CN107017824A - 一种光电热电复合发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光电热电复合发电装置，包括相连接的光伏太阳能电池板(1)和光伏太阳能输出电路(9)，还包括与所述光伏太阳能电池板(1)连接的光热电器件(8)以及与所述光热电器件(8)连接的光热电输出电路(10)，所述光热电器件(8)包括由上至下依次设置的金属顶电极(3)、热电材料层、金属底电极(6)和下基底(7)，所述光热电输出电路(10)与金属顶电极(3)连接，该光热电器件(8)还可包括上基底(2)。与现有技术相比，本发明将光热电器件与太阳能光伏电池结合，将太阳能电池板不能吸收应用的太阳能及太阳能电池板产生的废热充分利用直接转换为电能输出，有效提高太阳能转化效率。
Description
技术领域
本发明涉及新能源技术领域，尤其是涉及一种光电热电复合发电装置。
背景技术
目前，随着社会的发展进步，人们对能源的消耗需求不断增长。长期以来，随着传统化石燃料的大量应用，其燃烧后的残留物给生态环境造成极大的损害，造成极大的环境污染，从而影响到人们的正常生活和身体健康；另外，由于传统的化石燃料属于不可再生资源，人们不得不面临传统能源枯竭的残酷现实，传统的化石燃料已经不能满足人类日益增长的能源需求。
太阳能以其清洁环保、取之不竭在全球范围受到了追捧，被认为是二十一世纪的新能源之首，发展前景极为被看好。当今的硅晶太阳能电池在理论上可达到33.7％的最大转换效率，然而入射光的其余部分则被升温的电池耗尽。传统的硅晶太阳能电池基本上就使得能量转换效率受到限制，因为所吸收的能量中有许多都是高能量光源，由于过热而浪费掉了。光伏电池可利用的太阳光谱波段有限，仍有一部分波段的光谱不能被吸收，其能量以热量的形式损失了。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高效率的光电热电复合发电装置，将光热电器件与太阳能光伏电池结合，将太阳能电池板不能吸收应用的太阳能及太阳能电池板产生的废热充分利用直接转换为电能输出。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种光电热电复合发电装置，包括相连接的光伏太阳能电池板和光伏太阳能输出电路，还包括与所述光伏太阳能电池板连接的光热电器件以及与所述光热电器件连接的光热电输出电路，所述光热电器件为亚微米薄膜结构，包括由上至下依次设置的金属顶电极、热电材料层、金属底电极和下基底，所述光热电输出电路与金属顶电极连接。
所述热电材料层由多个热电材料PN对组成。
所述多个热电材料PN对采用串联方式连接。
所述多个热电材料PN对采用串联和并联结合的方式连接。
所述光热电器件直接加工于光伏太阳能电池板背面。
所述光热电器件还包括设置于金属顶电极上的上基底。
所述光热电器件通过键合方式与光伏太阳能电池板封装。
所述金属顶电极和金属底电极均为Au电极。
所述光热电器件的厚度低于1μm。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明将光热电器件与太阳能电池板键合或直接将光热电器件加工在太阳能电池背面，太阳能电池板背面的光热电器件将太阳能电池板产生的热量及太阳能电池不能吸收转换的太阳能热能收集起来并将其直接转化为电能输出，提高太阳能的利用效率。
2、本发明采用键合或直接连接的方式实现光热电器件与太阳能电池板的连接，可以使光伏器件产生的热量在传输给热电器件过程中损失最小，提高整体器件的能量转换效率。
3、本发明采用热电材料PN对形成热电材料层，可方便调整PN对间的连接方式，获得满足设计需求的输出，如多个PN对串联可获得高的叠加电压，多个PN对的并联则获得较大的叠加电流等。
4、本发明光热电器件中的电极材料采用Au，既能保证电极在长时间使用时不被氧化，提高器件使用寿命，又能因Au具有低的电阻率而降低整个器件的电阻，提高器件的输出功率，在真空等惰性环境下可用其他金属电极。
5、本发明的光热电器件厚度低于1μm，为亚微米薄膜结构，成本低，且对于整个器件的重量的增加影响极小，对于卫星等航天器供电系统有很大的优势。
附图说明
图1为本发明的一种结构示意图；
图2为本发明的另一种结构示意图；
图3为本发明光热电器件的结构示意图；
图4为本发明多个热电材料PN对串联时的示意图；
图5为本发明多个热电材料PN对串联和并联相结合时的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种光电热电复合发电装置，包括相连接的光伏太阳能电池板1和光伏太阳能输出电路9，还包括与光伏太阳能电池板1连接的光热电器件8以及与光热电器件8连接的光热电输出电路10，光热电器件8为亚微米薄膜结构，厚度低于1μm，包括由上至下依次设置的金属顶电极3、热电材料层、金属底电极6和下基底7，光热电输出电路10与金属顶电极3连接。在太阳能电池板将太阳能转化为电能通过光伏太阳能输出电路9输出时，一部分太阳热能及太阳能电池板1产生热量传递到光热电器件8顶部，在光热电器件8的热电材料层的顶端与底端产生温差，由于热电材料层的热电效应产生电流，通过光热电输出电路10输出电能。金属顶电极3和金属底电极6均为Au电极，既能保证电极在长时间使用时不被氧化，提高器件使用寿命，又能因Au具有低的电阻率而降低整个器件的电阻，提高器件的输出功率，在真空等惰性环境下可用其他金属电极。
热电材料层由多个热电材料PN对组成，热电材料PN对包括P型热电材料(如Sb2Te3等)和N型热电材料(如Bi2Te3等)。本实施例中，多个热电材料PN对采用串联方式连接，如图4所示，每对热电材料PN对产生的电压相互叠加，可获得高的叠加电压。本实施例中，PN热电材料一共137对，下基底7采用Si材料。
实施例2
参考图1所示，本实施例提供的光电热电复合发电装置中，热电材料层由多个热电材料PN对组成，多个热电材料PN对采用串联和并联结合的方式连接，如图5所示，多个PN对串联可获得高的叠加电压，多个PN对的并联则获得较大的叠加电流。其余同实施例1。
实施例3
参考图1所示，本实施例提供的光电热电复合发电装置中，光热电器件8直接加工于光伏太阳能电池板1背面。其余同实施例1。
实施例4
如图2-图3所示，本实施例提供的光电热电复合发电装置中，光热电器件8包括由上至下依次设置的上基底2、金属顶电极3、热电材料层、金属底电极6和下基底7，光热电输出电路10与金属顶电极3连接。光热电器件8通过键合方式与光伏太阳能电池板1封装。热电材料层由多个热电材料PN对组成，多个热电材料PN对采用串联方式连接。上基底2和下基底7均采用Si材料。其余同实施例1。
实施例5
参考图2-图3所示，本实施例提供的光电热电复合发电装置中，热电材料层由多个热电材料PN对组成，多个热电材料PN对采用串联和并联结合的方式连接。其余同实施例4。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种光电热电复合发电装置，包括相连接的光伏太阳能电池板(1)和光伏太阳能输出电路(9)，其特征在于，还包括与所述光伏太阳能电池板(1)连接的光热电器件(8)以及与所述光热电器件(8)连接的光热电输出电路(10)，所述光热电器件(8)为亚微米薄膜结构，包括由上至下依次设置的金属顶电极(3)、热电材料层、金属底电极(6)和下基底(7)，所述光热电输出电路(10)与金属顶电极(3)连接。
2.根据权利要求1所述的光电热电复合发电装置，其特征在于，所述热电材料层由多个热电材料PN对组成。
3.根据权利要求2所述的光电热电复合发电装置，其特征在于，所述多个热电材料PN对采用串联方式连接。
4.根据权利要求2所述的光电热电复合发电装置，其特征在于，所述多个热电材料PN对采用串联和并联结合的方式连接。
5.根据权利要求1所述的光电热电复合发电装置，其特征在于，所述光热电器件(8)直接加工于光伏太阳能电池板(1)背面。
6.根据权利要求1所述的光电热电复合发电装置，其特征在于，所述光热电器件(8)还包括设置于金属顶电极(3)上的上基底(2)。
7.根据权利要求6所述的光电热电复合发电装置，其特征在于，所述光热电器件(8)通过键合方式与光伏太阳能电池板(1)封装。
8.根据权利要求1或6所述的光电热电复合发电装置，其特征在于，所述金属顶电极(3)和金属底电极(6)均为Au电极。
9.根据权利要求1或6所述的光电热电复合发电装置，其特征在于，所述光热电器件(8)的厚度低于1μm。
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