CN107134968B - 一种用于冷藏车的利用废气余热和太阳能的双源发电系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于冷藏车的利用废气余热和太阳能的双源发电系统和方法，包括括发动机、温差发电装置、控制管理单元、太阳能电池板、冷藏车车厢、发电机、调节器、蓄电池组、负载以及透明玻璃；将温差发电装置布置在发动机排气支管附近，将高温尾气作为热源。将温差发电装置的上平面布置在冷藏车的车厢内，以此为温差发电装置提供冷气作为冷源。冷藏车的车厢顶部安装有透明玻璃，将太阳能电池板安装在车厢顶部透明玻璃的正下方，车厢内的环境有利于提高太阳能电池板的稳定性。温差发电装置与太阳能电池板均通过控制管理单元加以管理，两种发电装置产生的电流经过外部电路为车用电器及冷藏车的压缩机供电，剩余的电能均存储在蓄电池组中。
Description
技术领域
本发明涉及新能源开发及废气再利用领域，具体涉及一种用于冷藏车的利用废气余热和太阳能的双源发电系统和方法。
背景技术
目前，汽车发动机对于燃油的能量转化效率仅仅维持在40％左右，还有大约60％的能量被排放到周围的空气中没有被利用起来。在60％的能量中大约有30％的能量以余热的方式排放到空气中，剩下的部分能量用于冷却。不可避免的造成了能量的浪费和对环境的破坏。温差发电技术能够充分利用排气中的废气余热，一方面可以减少能源的浪费，另一方面可以减少发动机排放污染物对空气的影响。温差发电技术具有无污染，无噪声等优点，随着高性能、低成本的热电转换器的出现以及现有能源的不断枯竭，这种发电技术已经在国外广泛发展起来，具有非常广阔的应用前景。
随着人们生活水平的提高，人们越来越依赖于冷藏车的应用。现阶段，冷藏车一般通过发动机的机械功带动发电机工作，将产生的电能存储在蓄电池中以供压缩机制冷使用。对于冷藏车的远距离运输，若只能通过此方式来带动压缩机制冷工作，这样无疑会加大对发动机的负荷，对发动机的动力性造成影响，加大燃油的消耗以及加大汽车排放污染物对环境的影响。
另一方面，在能源急剧短缺、环境问题日益凸显的当代，太阳能作为新一代的可再生能源，具有非常光明的应用前景。相比于传统燃料，太阳能具有无污染、取之不尽、用之不竭等优点，是解决能源危机、保护环境的一种重要能量来源。目前，太阳能在光电方面的应用大多通过单晶硅太阳能电池来实现，虽然这种单晶硅太阳能电池发展至今可以获得较高的光电转化效率，但是使用单晶硅作为制备材料无疑会加大电池板的制备成本。钙钛矿太阳能电池作为一种新型的太阳能电池具有光电转化效率高、制备工艺简单以及成本低等特点，这种太阳能电池具备传统太阳能电池无可比拟的优点。目前的高效钙钛矿太阳能电池大多以TiO2作为电子传输层，这样虽然能够使钙钛矿太阳能电池获得较高的光电转换效率，但是不可避免的存在着一定的缺陷。一方面，在太阳光中紫外线的照射下TiO2中以及其表面的氧空位会吸附大气中的氧分子，形成表面分子氧的解吸附。另一方面，空气中存在着大量的水蒸气，极易造成钙钛矿太阳能电池封装的破坏。以上两种情况都会使得钙钛矿太阳能电池的性能迅速衰减，极易影响器件的稳定性。例如论文《一种汽车尾气温差发电及车顶太阳能发电的实验装置》中所述的将传统的太阳能电池板布置在汽车车厢顶的外部，这样无疑会加速电池板性能的衰退。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种用于冷藏车的利用废气余热和太阳能的双源发电系统和方法，主要通过以下技术手段实现上述技术目的。
一种用于冷藏车的利用废气余热和太阳能的双源发电系统，其特征在于，包括发动机、温差发电装置、控制管理单元、太阳能电池板、冷藏车车厢、发电机、稳压器、蓄电池组、负载以及透明玻璃；
所述温差发电装置、太阳能电池板、发电机以及蓄电池组与均控制管理单元相连接；温差发电装置将发动机排气管与冷藏车车厢内的温差信号传送给控制管理单元，太阳能电池板将其温度传送给控制管理单元，控制管理单元分别控制温差发电装置和太阳能电池板工作；发电机将发电机的转停信号传送给控制管理单元；蓄电池组将蓄电池组的电量信号传送给控制管理单元，控制管理单元分别控制发电机和蓄电池组工作；所述温差发电装置、太阳能电池板与发电机均与稳压器相连接，温差发电装置、太阳能电池板与发电机将产生的电能经稳压器稳压后用于负载做功；
所述发动机的排气管的与温差发电装置的一端相连；所述温差发电装置固定在冷藏车车厢的底部，温差发电装置的上表面置于冷藏车车厢的内部，且温差发电装置的上表面高于冷藏车车厢底部平面；所述冷藏车车厢顶部安装有透明玻璃；所述太阳能电池板固定在冷藏车车厢顶部的透明玻璃之下。
所述温差发电装置包括管道、热电材料、集热管和外壳；管道一端为进气口，另一端为出气口，管道的进气口与发动机的排气管的通过法兰连接；集热管包裹在管道外部，外壳包裹在集热管外部，集热管与外壳之间填充有热电材料，热电材料的与外壳之间填充有导热材料。
所述温差发电装置通过螺栓与螺栓板固定在冷藏车车厢底部；所述透明玻璃通过玻璃胶及螺栓固定在冷藏车车厢的顶部；所述太阳能电池板通过螺栓与螺栓板固定在冷藏车车厢顶部的透明玻璃之下。
所述热电材料采用半导体材料，材料为Bi2Se3。
所述外壳为不锈钢SUS304。
所述透明玻璃为双层中空LOW-E玻璃。
所述太阳能电池板为钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池包括电极、空穴传输层、电子传输层、吸光层和基底层，其中，电极为Au，空穴传输层材料为Spiro-OMeTAD，电子传输层材料为TiO2，吸光层为钙钛矿CH3NH3PbI3，基底层为导电玻璃FTO。
一种用于冷藏车的利用废气余热和太阳能的双源发电方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：发动机将工作过程中产生的高温废气排入温差发电装置，包裹在管道外部的集热管收集热量，并将此时集热管表面的温度传送给热电材料；
步骤二：导热材料与热电材料之间的分割面为曲面Ⅱ，温差发电装置置于冷藏车车厢内部的上表面为曲面Ⅰ，曲面Ⅰ通过导热材料将冷藏车车厢内的温度传送给曲面Ⅱ，使曲面Ⅱ上的温度与曲面Ⅰ上的温度一致，热电材料采集曲面Ⅱ上的温度，并将曲面Ⅱ和集热管表面的温差传送给控制管理单元；
步骤三：当温差数值处于热电材料温度承受范围之内时，控制管理单元控制温差发电装置工作，进行发电，并将电能传送给稳压器；
步骤四：太阳能电池板将其电池板上的温度数值传送给控制管理单元，当温度数值处于热电材料温度承受范围之内时，控制管理单元控制太阳能电池板工作，进行发电，并将电能传送给稳压器；
步骤五：当发动机工作时，带动发电机工作，将温差发电装置、太阳能电池板与发电机产生的电能经稳压器稳压后传送给负载做功；
步骤六：当发动机停止工作时，发电机也停止工作，将温差发电装置与太阳能电池板产生的电能经稳压器稳压后传送给蓄电池组储存，若此时蓄电池组的电量为充满状态，控制管理单元控制温差发电装置、太阳能电池板停止工作。
本发明的有益效果在于：
1、将温差发电装置的上表面安装在冷藏车车厢的内部，冷藏车车厢的低温环境可以作为温差发电装置的冷端，为其提供较低的温度，从而在温差发电装置中形成较高且较稳定的温度差，并且提高装置的热电装换效率；同时，温差发电装置中的热电材料以Bi2Se3作为半导体材料，这样可以充分利用Bi2Se3良好的导电性及较差的导热性，最终保证冷藏车车厢内的低温环境不受到排气高温热传导的影响。
2、目前，钙钛矿太阳能电池的稳定性限制着其快速发展。冷藏车内的温度较低，其内部空气相对干燥。将钙钛矿太阳能电池置于冷藏车车厢内，能够降低电池板性能的衰减速度，保证钙钛矿太阳能电池板长期有效的工作；此外安装于车厢顶部的双层中空LOW-E玻璃能够吸收太阳光中的紫外线，减小太阳光中紫外线对TiO2电子传输材料的氧吸附现象，从而降低了钙钛矿太阳能电池光电转换性能的衰减速度。保证了钙钛矿太阳能电池持续有效的进行光电转换，为车内电器源源不断的提供能量，降低发动机的负荷，从而提高发动机的燃油经济性与动力性。
附图说明
图1为一种用于冷藏车的利用废气余热和太阳能的双源发电系统的结构示意图。
图2为温差发电装置的结构示意图。
图3为温差发电装置A-A剖面图。
其中：1-发动机；2-温差发电装置；3-控制管理单元；4-太阳能电池板；5-冷藏车车厢；6-发电机；7-稳压器；8-蓄电池组；9-负载；10-热电材料；11-集热管；12-外壳；13-透明玻璃。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1所示，一种用于冷藏车的利用废气余热和太阳能的双源发电系统，其特征在于，包括发动机1、温差发电装置2、控制管理单元3、太阳能电池板4、冷藏车车厢5、发电机6、稳压器7、蓄电池组8、负载9以及透明玻璃13；所述温差发电装置2、太阳能电池板4、发电机6以及蓄电池组8与均控制管理单元3相连接；温差发电装置2将发动机1排气管与冷藏车车厢5内的温差信号传送给控制管理单元3，太阳能电池板4将其温度传送给控制管理单元3，控制管理单元3分别控制温差发电装置2和太阳能电池板4工作；发电机6将发电机6的转停信号传送给控制管理单元3；蓄电池组8将蓄电池组8的电量信号传送给控制管理单元3，控制管理单元3分别控制发电机6和蓄电池组8工作；所述温差发电装置2、太阳能电池板4与发电机6均与稳压器7相连接，温差发电装置2、太阳能电池板4与发电机6将产生的电能经稳压器7稳压后用于负载9做功；所述发动机1的排气管与温差发电装置2的一端相连；所述温差发电装置2通过螺栓与螺栓板固定在冷藏车车厢5的底部，温差发电装置2的上表面置于冷藏车车厢5的内部，且温差发电装置2的上表面高于冷藏车车厢5底部平面，增加接触面积,加快传热的速度；所述透明玻璃13通过玻璃胶及螺栓安装在冷藏车车厢5顶部中间位置；所述太阳能电池板4通过螺栓与螺栓板固定在冷藏车车厢5顶部的透明玻璃13之下；所述太阳能电池板4为钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池包括电极、空穴传输层、电子传输层、吸光层和基底层，其中，电极为Au，空穴传输层材料为Spiro-OMeTAD，电子传输层材料为TiO2，吸光层为钙钛矿CH3NH3PbI3，基底层为导电玻璃FTO。
如图2所示，温差发电装置2包括管道、热电材料10、集热管11和外壳12；外壳12的材料为不锈钢SUS304，热电材料10是材料为Bi2Se3的半导体材料；管道一端为进气口，另一端为出气口，管道的进气口与发动机1的排气管的通过法兰连接。
如图3所示，集热管11包裹在管道外部，集热管11与外壳12之间填充有热电材料10，热电材料10的上面与外壳12上半部分之间填充有导热材料。导热材料与集热管11之间的分割面为曲面Ⅱ，温差发电装置2置于冷藏车车厢5内部的上表面为曲面Ⅰ。
具体工作过程如下，当发动机1将工作过程中产生的高温废气排入温差发电装置2时，包裹在管道外部的集热管11收集热量，并将此时集热管11表面的温度传送给热电材料10；导热材料与热电材料10之间的分割面为曲面Ⅱ，温差发电装置2置于冷藏车车厢5内部的上表面为曲面Ⅰ，曲面Ⅰ通过导热材料将冷藏车车厢5内的温度传送给曲面Ⅱ，使曲面Ⅱ上的温度与曲面Ⅰ上的温度一致，热电材料10采集曲面Ⅱ上的温度，并将曲面Ⅱ和集热管11表面的温差传送给控制管理单元3；
当曲面Ⅱ和集热管11表面的温差数值处于热电材料温度承受范围之内时，控制管理单元3控制温差发电装置2工作，进行发电，并将电能传送给稳压器7；
太阳能电池板4将其电池板上的温度数值传送给控制管理单元3，当温度数值处于热电材料10温度承受范围之内时，控制管理单元3控制太阳能电池板4工作，进行发电，并将电能传送给稳压器7；
当发动机工作时，带动发电机6工作，将温差发电装置2、太阳能电池板4与发电机6产生的电能经稳压器7稳压后传送给负载9做功；当发动机停止工作时，发电机6也停止工作，将温差发电装置2与太阳能电池板4产生的电能经稳压器7稳压后传送给蓄电池组8储存，若此时蓄电池组8的电量为充满状态，控制管理单元3控制温差发电装置2、太阳能电池板4停止工作。
实施例
透明玻璃13的尺寸为1.5mx1.0m，太阳能电池板4的尺寸为1.3mx0.8m。温差发电装置2的全长为700mm。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种用于冷藏车的利用废气余热和太阳能的双源发电方法，基于一种用于冷藏车的利用废气余热和太阳能的双源发电系统包括发动机(1)、温差发电装置(2)、控制管理单元(3)、太阳能电池板(4)、冷藏车车厢(5)、发电机(6)、稳压器(7)、蓄电池组(8)、负载(9)以及透明玻璃(13)；
所述温差发电装置(2)、太阳能电池板(4)、发电机(6)以及蓄电池组(8)与控制管理单元(3)相连接；温差发电装置(2)将发动机(1)排气管与冷藏车车厢(5)内的温差信号传送给控制管理单元(3)，太阳能电池板(4)将其温度传送给控制管理单元(3)，控制管理单元(3)分别控制温差发电装置(2)和太阳能电池板(4)工作；发电机(6)将发电机(6)的转停信号传送给控制管理单元(3)；蓄电池组(8)将蓄电池组(8)的电量信号传送给控制管理单元(3)，控制管理单元(3)分别控制发电机(6)和蓄电池组(8)工作；所述温差发电装置(2)、太阳能电池板(4)与发电机(6)均与稳压器(7)相连接，温差发电装置(2)、太阳能电池板(4)与发电机(6)将产生的电能经稳压器(7)稳压后用于负载(9)做功；
所述发动机(1)的排气管与温差发电装置(2)的一端相连；所述温差发电装置(2)固定在冷藏车车厢(5)的底部，温差发电装置(2)的上表面置于冷藏车车厢(5)的内部，且温差发电装置(2)的上表面高于冷藏车车厢(5)底部平面；所述冷藏车车厢(5)顶部安装有透明玻璃(13)；所述太阳能电池板(4)固定在冷藏车车厢(5)顶部的透明玻璃(13)之下；
所述温差发电装置(2)包括管道、热电材料(10)、集热管(11)和外壳(12)；管道一端为进气口，另一端为出气口，管道的进气口与发动机(1)的排气管通过法兰连接；集热管(11)包裹在管道外部，外壳(12)包裹在集热管(11)外部，集热管(11)与外壳(12)之间填充有热电材料(10)，热电材料(10)与外壳(12)之间填充有导热材料；
所述温差发电装置(2)通过螺栓与螺栓板固定在冷藏车车厢(5)底部；所述透明玻璃(13)通过玻璃胶及螺栓固定在冷藏车车厢(5)的顶部；所述太阳能电池板(4)通过螺栓与螺栓板固定在冷藏车车厢(5)顶部的透明玻璃(13)之下；
所述热电材料(10)采用半导体材料，材料为Bi2Se3；所述外壳(12)为不锈钢SUS304；所述透明玻璃(13)为双层中空LOW-E玻璃；所述太阳能电池板(4)为钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池包括电极、空穴传输层、电子传输层、吸光层和基底层，其中，电极为Au，空穴传输层材料为Spiro-OMeTAD，电子传输层材料为TiO2，吸光层为钙钛矿CH3NH3PbI3，基底层为导电玻璃FTO；
其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：发动机(1)将工作过程中产生的高温废气排入温差发电装置(2)，包裹在管道外部的集热管(11)收集热量，并将此时集热管(11)表面的温度传送给热电材料(10)；
步骤二：导热材料与热电材料(10)之间的分割面为曲面Ⅱ，温差发电装置(2)置于冷藏车车厢(5)内部的上表面为曲面Ⅰ，曲面Ⅰ通过导热材料将冷藏车车厢(5)内的温度传送给曲面Ⅱ，使曲面Ⅱ上的温度与曲面Ⅰ上的温度一致，热电材料(10)采集曲面Ⅱ上的温度，并将曲面Ⅱ和集热管表面的温差传送给控制管理单元(3)；
步骤三：当温差数值处于热电材料(10)温度承受范围之内时，控制管理单元(3)控制温差发电装置(2)工作，进行发电，并将电能传送给稳压器(7)；
步骤四：太阳能电池板(4)将其电池板上的温度数值传送给控制管理单元(3)，当温度数值处于热电材料(10)温度承受范围之内时，控制管理单元(3)控制太阳能电池板(4)工作，进行发电，并将电能传送给稳压器(7)；
步骤五：当发动机工作时，带动发电机(6)工作，将温差发电装置(2)、太阳能电池板(4)与发电机(6)产生的电能经稳压器(7)稳压后传送给负载(9)做功；
步骤六：当发动机停止工作时，发电机(6)也停止工作，将温差发电装置(2)与太阳能电池板(4)产生的电能经稳压器(7)稳压后传送给蓄电池组(8)储存，若此时蓄电池组(8)的电量为充满状态，控制管理单元(3)控制温差发电装置(2)、太阳能电池板(4)停止工作。
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