CN107395068A - 一种基于相位调控的太阳能发电装置 - Google Patents

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董卫
周树青
乔正辉
郑敏
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Abstract

本发明公开了一种基于相位调控的太阳能发电装置，包括固定在底座上的菲涅尔透镜、相位调控单元、热电转换单元、整流器和可充电电容，所述菲尼尔透镜将聚焦的太阳光穿过相位调控单元照射在热电转换单元上；热电转换单元通过导线与整流器连接，整流器将整流后的电能存储在可充电电容中；其中，所述相位调控单元包括多层叠加的旋转叶片以及驱旋转动叶片转动的电机，多层叠加的旋转叶片通过旋转形成不同的相位角度差，对应不同的相位角度差，在一个周期内对应有不同时间比的通光量和遮光量。本发明基于相位调控的太阳能发电装置能够主动调节一个周期内遮挡光线和通过光线的时间比例，使得热电转换单元的输出电压达到最大，提高装置发电的有效性。

Description

一种基于相位调控的太阳能发电装置
技术领域
本发明涉及一种基于相位调控的太阳能发电装置，属于太阳能发电技术领域。
背景技术
随着经济发展，对能源的需求量显著增加，然而传统化石燃料的储存量有限。另外，化石燃料的燃烧将会排放大量温室气体。如今我们倡导节能减排，提倡低碳生活。太阳能作为可再生能源，具有储量丰富、成本低、清洁无污染等优点，成为现在新能源开发的重点研究对象。目前，太阳能发电技术主要有光伏发电和光热发电。光伏发电是利用半导体材料的光伏效应将太阳能转换为电能的发电方式。光热发电是将利用汇集的太阳光将水加热至沸腾变为水蒸气，再用传统的电力循环来产生电能的发电方式。目前的太阳能发电技术存在结构复杂、成本高、材料生产过程以及工作过程对环境有影响等缺点。因此，一种利用热释电效应，可直接将热能转换为电能的太阳能发电装置的开发很有必要。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种基于相位调控的太阳能发电装置，该装置利用热释电效应，可直接将热能转换为电能，结构简单，对环境无不利影响。
发明内容：为解决上述技术问题，本发明所采用的技术手段为：
一种基于相位调控的太阳能发电装置，包括固定在底座上的菲涅尔透镜、相位调控单元、热电转换单元、整流器和可充电电容，所述菲尼尔透镜将聚焦的太阳光穿过相位调控单元照射在热电转换单元上；热电转换单元通过导线与整流器连接，整流器将整流后的电能存储在可充电电容中；其中，所述相位调控单元包括多层叠加的旋转叶片以及驱旋转动叶片转动的电机，多层叠加的旋转叶片通过旋转形成不同的相位角度差，对应不同的相位角度差，在一个周期内通光量和遮光量时间比不同。
其中，相位调控单元包括三层叠加的旋转叶片，三层叠加的旋转叶片通过旋转具有不同的相位角度差，组合成不同比例的遮挡光线角度与通过光线角度。
其中，所述旋转叶片通过法兰与电机输出轴固定连接，电机的转速通过调速器调节。
其中，每层旋转叶片呈扇形，扇形的弧度为45°。
其中，所述热电转换单元含有PZT热释电陶瓷薄膜，其中，PZT热释电陶瓷薄膜向光面镀有银膜层，银膜层外表面涂有黑色涂层，PZT热释电陶瓷薄膜背光面粘有铜片层。
其中，所述热电转换单元外套设有圆锥型应力调节装置，热电转换单元通过在应力调节装置内相对应力调节装置向内或向外滑动调节应力调节装置对其施加的横向应力大小。
相比于现有技术，本发明技术方案具有的有益效果为：
本发明基于相位调控的太阳能发电装置能够主动调节一个周期内遮挡光线和通过光线的时间比例，使得热电转换单元的输出电压达到最大，提高装置发电的有效性；以光能转换的热能为驱动热源，工作过程中无污染物排放，对环境无不利影响；最后本发明太阳能发电装置结构简单，采用的热释电材料与金属材料，价格低廉，易于获取，制备成本低。
附图说明
图1是本发明基于相位调控的太阳能发电装置的结构示意图；
图2是本发明基于相位调控的太阳能发电装置中相位调控单元的结构示意图；
图3是本发明太阳能发电装置的相位调控单元中叶片旋转形成不同相位角度的示意图；
图4是本发明太阳能发电装置的相位调控单元中叶片旋转过程示意图；
图5是本发明基于相位调控的太阳能发电装置中热电转换单元的结构示意图；
图6是在本发明太阳能发电装置的热电转换单元外加上应力装置的示意图；
图7是本发明太阳能发电装置施加应力装置与不施加应力装置时热电转换单元产生的电压实验结果对比图；
图8是本发明太阳能发电装置的相位调控单元中叶片的正视图。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
如图1～8所示，本发明基于相位调控的太阳能发电装置，包括依次固定在底座1上的菲涅尔透镜3、相位调控单元4、热电转换单元5、整流器6和可充电电容7，菲尼尔透镜3将聚焦的太阳光2穿过相位调控单元4照射在热电转换单元5上；热电转换单元5通过导线与整流器6连接，整流器6将整流后的电能存储在可充电电容7中；其中，相位调控单元4包括三层叠加的旋转叶片8以及驱旋转动叶片8转动的电机10，旋转叶片8通过法兰9与电机10输出轴固定连接，电机10通过导线11与调速器12连接，电机10的转速通过调速器12调节；三层叠加的旋转叶片8通过旋转形成不同的相位角度差，从而组合成不同比例的遮挡光线角度与通过光线角度，进而可以调节在一个周期内通光量和遮光量的时间比；对应不同的相位角度差，在一个周期内的通光量和遮光量时间比不同(即对应不同的相位角度差，与之对应有不同的通光量和遮光量时间比)；每层旋转叶片8呈扇形，扇形的弧度为45°；菲涅尔透镜3、旋转叶片8与热电转换单元5连成一线，入射太阳光2依次穿过菲涅尔透镜2和旋转叶片8照射在热电转换单元5上，热电转换单元5位于菲涅尔透镜3的焦点处。本发明装置中菲涅尔透镜3对入射的太阳光2进行聚焦，使其更加集中有效地照射在热电转换单元5上；相位调控单元4对聚焦后的光线进行周期性的遮挡和通过，并且可以通过调节相位角度差调节一个周期内遮挡光线和通过光线的时间比例；热电转换单元5吸收入射光能，转换为热能，形成温度波动，从而产生交流电；交流电经整流器6整流成直流电后存储在可充电电容7中，以备需要时使用。
本发明基于相位调控的太阳能发电装置中菲涅尔透镜3使入射太阳光能够有效汇聚，采用PMMA材料，透光率为93％，聚光率为85％，耐热性能好；热电转换单元5含有PZT热释电陶瓷薄膜13，其中，PZT热释电陶瓷薄膜13面对光线的一侧镀有银膜层14，银膜层14外表面涂有高吸收系数的黑色涂层以增加对光能的吸收，PZT热释电陶瓷薄膜13背对光线的一侧粘有黄铜薄片层15；银膜层14与黄铜薄片层15分别接上导线16，作为热电转换单元5的两个电极，最终输出交流电，经整流器6整流成直流电后，将电能存储在可充电电容7中。
为了使热电转换单元5的温度波动，并且输出电压达到最大，提高有效性，相位调控单元4采用多层叶片8相位角度差调节，如图3～4所示，旋转叶片8为具有遮挡光线角度为45°的三层相同叶片，每层叶片都可以旋转，以改变各层叶片之间的相位角度差，组合成不同比例的遮挡光线角度与通过光线角度，以调节一个周期内遮挡光线和通过光线的时间比例，通过光线时间可以满足使输出电压能够达到最大值，并且在电压达到最大值后回落时遮挡光线，以保持电压输出尽可能大并提高系统的有效性。
入射太阳光2经菲涅尔透镜3聚焦后，会形成能量积聚的较小的光斑，光斑穿过相位调控单元4以一定的遮挡与通过的时间比周期性地照射在热电转换单元5上。热电转换单元5吸收光能并转换为热能，自身温度升高并且呈周期性波动。根据热释电效应，热电转换单元5的两端会形成周期性变化的电势差，通过两端电极与导线可以将电能输出。热电转换单元5电压升高与降低受相位调控单元4中遮挡光线角度与通过光线角度的比例影响。因为输出的是交流电，可以经整流器6整流后将电能存储在可充电电容7中，以备需要时使用。通过直流电机调速器12改变直流电机10的转速，从而调节叶片8形成的相位角度差。
本发明基于相位调控的太阳能发电装置还可以对热电转换单元5增加应力调节，应力调节装置17如图6所示，应力调节装置17可以调节对热电转换单元5所施加的横向应力大小。应力调节装置17可以为圆锥型硬纸筒，将热电转换单元5卡在其中，应力调节装置17对热电转换单元5施加横向压力，通过将热电转换单元5在圆锥型硬纸筒内向外或向内滑动，可改变热电转换单元5卡入圆锥型硬纸筒的深度，从而调节在热电转换单元5上施加横向应力的大小，热电转换单元5输出电压大小相应的改变，在热电转换单元5外施加横向应力与不施加横向应力的输出电压比较实验结果如图7所示。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种基于相位调控的太阳能发电装置，其特征在于：包括固定在底座上的菲涅尔透镜、相位调控单元、热电转换单元、整流器和可充电电容，所述菲尼尔透镜将聚焦的太阳光穿过相位调控单元照射在热电转换单元上；热电转换单元通过导线与整流器连接，整流器将整流后的电能存储在可充电电容中；其中，所述相位调控单元包括多层叠加的旋转叶片以及驱旋转动叶片转动的电机，多层叠加的旋转叶片通过旋转形成不同的相位角度差，对应不同的相位角度差，在一个周期内通光量和遮光量时间比不同。
2.根据权利要求1所述的基于相位调控的太阳能发电装置，其特征在于：相位调控单元包括三层叠加的旋转叶片，三层叠加的旋转叶片通过旋转具有不同的相位角度差，组合成不同比例的遮挡光线角度与通过光线角度。
3.根据权利要求2所述的基于相位调控的太阳能发电装置，其特征在于：所述旋转叶片通过法兰与电机输出轴固定连接，电机的转速通过调速器调节。
4.根据权利要求3所述的基于相位调控的太阳能发电装置，其特征在于：每层旋转叶片呈扇形，扇形的弧度为45°。
5.根据权利要求1所述的基于相位调控的太阳能发电装置，其特征在于：所述热电转换单元含有PZT热释电陶瓷薄膜，其中，PZT热释电陶瓷薄膜向光面镀有银膜层，银膜层外表面涂有黑色涂层，PZT热释电陶瓷薄膜背光面粘有铜片层。
6.根据权利要求1所述的基于相位调控的太阳能发电装置，其特征在于：所述热电转换单元外套设有圆锥型应力调节装置，热电转换单元通过在应力调节装置内相对应力调节装置向内或向外滑动调节应力调节装置对其施加的横向应力大小。
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