CN111404478A - 光伏光热温差发电组件及发电系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种光伏光热温差发电组件及发电系统。发电系统包括光伏光热温差发电组件；光伏光热温差发电组件包括光伏发电单元、辐射制冷单元以及光热温差发电单元；所述光热温差发电单元包括相变储热层以及温差发电层；所述相变储热层用于吸收、储存所述光伏发电单元的热量，并用于释放所储存的热量；所述光热温差发电单元用于在所述相变储热层释放储存的热量时进行温差发电。本申请实现了对热量形式能量的利用并实现在夜间持续发电功能，进一步提高了太阳能的利用率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能利用，涉及一种太阳能和辐射制冷综合利用的光伏光热温差发电组件及发电系统。
背景技术
随着传统能源需求的日益增长，新能源的发展日益得到人们的关注。太阳能是一种取之不尽用之不竭清洁能源，利用太阳能发电成为全球重点开发的新能源技术领域。普通太阳能光伏电池发电的原理是太阳光透过盖板和绝缘透明导热聚合物(EVA)照射到光伏电池上，光伏电池吸收透过的太阳光能后，只有不到20％转换成电能，其余转换成热量，导致电池组件温度升高，最后益热辐射和热传递方式散失在周围空气中。如果该部分热量不能加以利用，会造成较大的浪费，一方面热量被光伏组件吸收会使电池板温度升高，降低发电效率的同时缩短了电池组件的寿命，另一方面在阴雨天或者夜晚，太阳能光伏电池发电效率比较低或者没有电能输出。
现有技术中已有对光伏发电中剩余的太阳光能进行二次利用的相关技术公开，如中国专利号：201120070039.2，授权日：2011年11月30日，专利名称：高倍聚光太阳能光伏光热复合发电系统，该专利包括一箱体阵列，箱体阵列由多个箱型聚光太阳能发电单元组成，聚光太阳能发电单元的上部装有高倍太阳能聚光镜，聚光太阳能发电单元的下部装有聚光太阳能电池片，聚光太阳能电池片下装有金属导热片，金属导热片下装有半导体热温差发电模块，半导体热温差发电模块连接有散热片或冷却模块，聚光太阳能电池片上的热量就会通过半导体热温差发电模块传导到散热片或冷却模块，这样在半导体热温差发电模块的热端和冷端就有温度差，半导体热温差发电模块就会将热量转化为电能，该方案在一定程度上提高了光伏发电装置对太阳能的利用率，但由于聚光点温度较高，仍有很大一部分太阳能以热量的形式白白扩散到周围环境，而且该系统在夜间由于没有光线而停止工作，不具有夜间持续发电功能。
从太阳能的利用率上考虑，为了进一步提高太阳能的利用率，对以热量的形式浪费掉的这部分的太阳能的转换利用并实现在夜间持续发电是本发明主要解决的问题。
发明内容
本申请提供一种光伏光热温差发电组件及发电系统，可以解决对光伏发电中剩余的太阳光能进行二次利用时不具有夜间持续发电功能，对太阳能的利用率低的技术问题。
本申请实施例提供一种光伏光热温差发电组件，包括光伏发电单元、辐射制冷单元以及光热温差发电单元；具体地讲，所述光伏发电单元的下表面用于接收太阳辐射；所述辐射制冷单元与所述光伏发电单元上表面连接，用于散发所述光伏发电单元的热量；所述光热温差发电单元设于所述光伏发电单元和所述辐射制冷单元之间；其中，所述光热温差发电单元包括相变储热层以及温差发电层；所述相变储热层用于吸收、储存所述光伏发电单元的热量，并用于释放所储存的热量；所述温差发电层用于在所述相变储热层释放储存的热量时进行温差发电。
进一步地，在所述光伏发电单元、所述光热温差发电单元以及所述辐射制冷单元之间还设有金属导热片；在所述相变储热层和所述温差发电层之间还设有金属导热片，用于提高热传导效率。
进一步地，所述光伏发电单元、所述相变储热层、所述温差发电层、所述辐射制冷单元与所述金属导热片之间，均涂有一层导热硅脂。
进一步地，所述相变储热材质包括石蜡。所述石蜡的熔点范围为70度至100度。
进一步地，在所述光热温差发电单元及其上下相连的所述金属导热片四周包覆有绝热保温层。
进一步地，所述温差发电层所用的热电材料包括碲金属合金、金属氧化物、含硅类化合物、锑金属合金中的一种或多种。
进一步地，所述辐射制冷单元包括反射层以及发射颗粒层；所述反射层设于所述光热温差发电单元上，用于反射来自其上方的太阳辐射；所述发射颗粒层设于所述反射层上，用于向空气中散热。
进一步地，所述发射颗粒层包括透明基材以及包裹于所述透明基材中的微粒，所述微粒的材质包括二氧化硅、碳化硅、石墨烯或氧化锌中的至少一种。
进一步地，发射颗粒层厚度为50μm-150μm，所述微粒的粒径为1μm-50μm，所述反射膜层厚度为50μm-200μm，该比例下整体性能较好。作为优选，反射层的反射面材质包括镀铝或高聚合物薄膜。
进一步地，所述的光伏发电单元为多结面InGaP/GaAs/Ge聚光太阳能电池片。
进一步地，所述光伏发电单元与所述光热温差发电单元的面积相同，且小于所述辐射制冷单元的面积。
本申请还提供一种发电系统，包括上述任一项光伏光热温差发电组件。
进一步地，所述发电系统还包括支架组件、聚焦太阳能镜、跟踪系统、旋轴和底座；其中，所述光伏光热温差发电组件和聚焦太阳能镜均固定在支架组件上，所述光伏光热温差发电组件通过所述支架组件固定在所述聚焦太阳能镜的上方；所述聚焦太阳能镜设置于所述旋轴上端，并通过所述跟踪系统和所述旋轴调整所述聚焦太阳能镜的水平角度及方向；所述跟踪系统和所述旋轴固定在底座上上。其中，所述支架组件包括至少两个支架。
本申请的有益效果在于，提供一种光伏光热温差发电组件及发电系统，通过增加光热温差发电单元，用于吸收、储存所述光伏发电单元的热量，并用于在所述相变储热层释放储存的热量时进行温差发电，实现了对热量形式能量的利用并实现在夜间持续发电功能，进一步提高了太阳能的利用率。
附图说明
下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。
图1为本申请实施例提供的光伏光热温差发电组件的结构示意图。
图2为本申请实施例提供的发电系统的结构示意图。
附图中的标识如下：
1、光伏发电单元，2、辐射制冷单元，3、光热温差发电单元，
4、金属导热片，10、光伏光热温差发电组件，20、支架组件，
21、反射层，22、发射颗粒层，30、聚焦太阳能镜，
31、相变储热层，32、温差发电层，40、跟踪系统，
50、旋轴，60、底座，100、发电系统，
201、第一支架，202、第二支架。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
本申请提供一种发电系统，包括对热量形式能量的利用并实现在夜间持续发电功能的光伏光热温差发电组件。
具体的，请参阅图1所示，本申请实施例提供的所述光伏光热温差发电组件10包括光伏发电单元1、辐射制冷单元2以及光热温差发电单元3；具体地讲，所述光伏发电单元1的下表面用于接收太阳辐射；所述辐射制冷单元2与所述光伏发电单元1上表面连接，用于散发所述光伏发电单元1的热量；所述光热温差发电单元3设于所述光伏发电单元1和所述辐射制冷单元2之间；其中，所述光热温差发电单元3包括相变储热层31以及温差发电层32；所述相变储热层31用于吸收、储存所述光伏发电单元1的热量，并用于释放所储存的热量；所述温差发电层32用于在所述相变储热层31释放储存的热量时进行温差发电。
太阳光聚焦于所述光伏光热温差发电组件10底部的所述光伏发电单元1用于光伏发电，所产生的热量加热所述相变储热层31和所述温差发电层32热端，所述温差发电层32上部的所述辐射制冷单元2通过所述辐射制冷作用降低冷端温度，所述温差发电层32产生电能；夜间没有太阳光，所述相变材料存储的热能通过所述相变储热层31转化释放加热所述温差发电层32热端，所述辐射制冷单元2同时降低冷端温度，使得该装置夜间也能持续放发电。本申请实现了对热量形式能量的利用并实现在夜间持续发电功能，进一步提高了太阳能的利用率。
本实施例中，在所述光伏发电单元1、所述光热温差发电单元3以及所述辐射制冷单元2之间还设有金属导热片4；在所述相变储热层31和所述温差发电层32之间还设有金属导热片4，用于提高热传导效率。
本实施例中，所述光伏发电单元1、所述相变储热层31、所述温差发电层32、所述辐射制冷单元2与所述金属导热片4之间，均涂有一层导热硅脂。
本实施例中，所述相变储热材质包括石蜡。所述石蜡的熔点范围为70度至100度。
本实施例中，在所述光热温差发电单元3及其上下相连的所述金属导热片4四周包覆有绝热保温层。
本实施例中，所述温差发电层32所用的热电材料包括碲金属合金、金属氧化物、含硅类化合物、锑金属合金中的一种或多种。
本实施例中，所述辐射制冷单元2包括反射层21以及发射颗粒层22；所述反射层21设于所述光热温差发电单元3上，用于反射来自其上方的太阳辐射，防止阳光照射导致所述辐射制冷单元2升温；所述发射颗粒层22设于所述反射层21上，用于向空气中散热。
本实施例中，所述发射颗粒层22包括透明基材以及包裹于所述透明基材中的微粒，所述微粒的材质包括二氧化硅、碳化硅、石墨烯或氧化锌中的至少一种。
本实施例中，发射颗粒层22厚度为50μm-150μm，所述微粒的粒径为1μm-50μm，所述反射膜层厚度为50μm-200μm，该比例下整体性能较好。作为优选，反射层21的反射面材质包括镀铝或高聚合物薄膜。
本实施例中，所述的光伏发电单元1为多结面InGaP/GaAs/Ge聚光太阳能电池片。
本实施例中，所述光伏发电单元1与所述光热温差发电单元3的面积相同，且小于所述辐射制冷单元2的面积。这样所述辐射制冷单元2的面积较大，利于散热降温。
请参阅图2所示，本申请还提供一种发电系统100，包括上述任一项光伏光热温差发电组件10。
本实施例中，所述发电系统100还包括支架组件20、聚焦太阳能镜30、跟踪系统40、旋轴50和底座60；其中，所述光伏光热温差发电组件10和聚焦太阳能镜30均固定在支架组件20上，所述光伏光热温差发电组件10通过所述支架组件20固定在所述聚焦太阳能镜30的上方；所述聚焦太阳能镜30设置于所述旋轴50上端，并通过所述跟踪系统40和所述旋轴50调整所述聚焦太阳能镜30的水平角度及方向；所述跟踪系统40和所述旋轴50固定在底座60上。
其中，所述支架组件20包括至少两个支架，优选包括第一支架201和第二支架202。所述光伏光热温差发电组件10通过所述第一支架201和第二支架202固定在所述聚焦太阳能镜30的上方；所述光伏光热温差发电组件10最底部为所述光伏发电单元1，所述光伏发电单元1和上部的所述相变储热层31通过所述金属导热片4相连接，所述相变储热层31和其上部的所述温差发电层32通过所述金属导热片4相连接，所述温差发电层32和其上部的所述辐射制冷单元2通过所述金属导热片4相连接；所述光伏发电单元1接收太阳辐射的一面朝下，对准所述聚焦太阳能镜30聚焦点；所述辐射制冷单元2辐射面垂直对准天空。所述第一支架201和第二支架202内部中空，设有导线；所述聚焦太阳能镜30设置于所述旋轴50上端；该装置通过所述跟踪系统40和所述旋轴50调整所述聚焦太阳能镜30的水平角度和方向，使所述聚焦太阳能镜30水平旋转对准太阳，使阳光垂直照射在所述聚焦太阳能镜30上，提高所述聚焦太阳能镜30的光反射效率；所述聚焦太阳能镜30采用旋转抛物面的聚光原理；太阳光线遇到抛物面的反光，则光线都会集中反射到定点的位置，形成聚光加热的目的。
所述聚焦太阳能镜30将太阳光聚焦于所述光伏光热温差发电组件10底部的所述光伏发电单元1用于光伏发电，所产生的热量加热所述相变储热层31和所述温差发电层32热端，所述温差发电层32上部的所述辐射制冷单元2通过所述辐射制冷作用降低冷端温度，所述温差发电层32产生电能；夜间没有太阳光，所述相变材料存储的热能通过所述相变储热层31转化释放加热所述温差发电层32热端，所述辐射制冷单元2同时降低冷端温度，使得该装置夜间也能持续放发电。
本申请的有益效果在于，提供一种光伏光热温差发电组件及发电系统，通过增加光热温差发电单元，用于吸收、储存所述光伏发电单元的热量，并用于在所述相变储热层释放储存的热量时进行温差发电，实现了对热量形式能量的利用并实现在夜间持续发电功能，进一步提高了太阳能的利用率。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
以上对本申请实施例所提供的一种太阳能和辐射制冷综合利用的光伏光热温差发电组件及发电系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例的技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种光伏光热温差发电组件，其特征在于，包括：
光伏发电单元，其下表面用于接收太阳辐射；
辐射制冷单元，与所述光伏发电单元上表面连接，用于散发所述光伏发电单元的热量；以及
光热温差发电单元，设于所述光伏发电单元和所述辐射制冷单元之间；
其中，所述光热温差发电单元包括：
相变储热层，用于吸收、储存所述光伏发电单元的热量，并用于释放所储存的热量；以及
温差发电层，用于在所述相变储热层释放储存的热量时进行温差发电。
2.如权利要求1所述的光伏光热温差发电组件，其特征在于，在所述光伏发电单元、所述光热温差发电单元以及所述辐射制冷单元之间还设有金属导热片；在所述相变储热层和所述温差发电层之间还设有金属导热片。
3.如权利要求1所述的光伏光热温差发电组件，其特征在于，所述相变储热材质包括石蜡。
4.如权利要求1所述的光伏光热温差发电组件，其特征在于，所述温差发电层所用的热电材料包括碲金属合金、金属氧化物、含硅类化合物、锑金属合金中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的光伏光热温差发电组件，其特征在于，所述辐射制冷单元包括：
反射层，设于所述光热温差发电单元上，用于反射来自其上方的太阳辐射；以及
发射颗粒层，设于所述反射层上，用于向空气中散热。
6.如权利要求5所述的光伏光热温差发电组件，其特征在于，所述发射颗粒层包括透明基材以及包裹于所述透明基材中的微粒，所述微粒的材质包括二氧化硅、碳化硅、石墨烯或氧化锌中的至少一种。
7.如权利要求5所述的光伏光热温差发电组件，其特征在于，发射颗粒层厚度为50μm-150μm，所述微粒的粒径为1μm-50μm，所述反射膜层厚度为50μm-200μm。
8.如权利要求1所述的光伏光热温差发电组件，其特征在于，所述的光伏发电单元为多结面InGaP/GaAs/Ge聚光太阳能电池片。
9.一种发电系统，包括权利要求1μm-8中任一项所述的光伏光热温差发电组件。
10.如权利要求9所述的发电系统，其特征在于，还包括支架组件、聚焦太阳能镜、跟踪系统、旋轴和底座；其中，所述光伏光热温差发电组件和聚焦太阳能镜均固定在支架组件上，所述光伏光热温差发电组件通过所述支架组件固定在所述聚焦太阳能镜的上方；所述聚焦太阳能镜设置于所述旋轴上端，并通过所述跟踪系统和所述旋轴调整所述聚焦太阳能镜的水平角度及方向；所述跟踪系统和所述旋轴固定在底座上。
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