CN114400970A - 结合光伏-相变蓄热-半导体发电制冷的太阳能发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种结合光伏‑相变蓄热‑半导体发电制冷的太阳能发电装置，该装置的透明玻璃盖板安装在太阳能光伏发电单元上方；太阳能光伏发电单元将太阳能进行光电转换，利用光电效应进行发电；半导体发电制冷单元的两端都分别布置有相变蓄热控温模块；热储存温差发电单元用于储存相变蓄热控温单元的热量以作为夜间进行温差发电的热源；蓄电池储能供能单元包含一个专门用于储存光伏发电组和处于发电模式下的半导体发电制冷片产生的电能。本发明结合光伏发电技术、相变储热、半导体温差发电技术、半导体制冷技术、热储存技术，既可以对光伏板进行精准控温，又可以利用余热进行二次利用，实现昼夜连续发电，提高了光伏发电的效率和太阳能利用率。
Description
技术领域
本发明属于太阳能光伏-温差发电领域，特别是涉及一种结合光伏-相变蓄热-半导体发电制冷的太阳能发电装置。
背景技术
随着社会的急速发展，对能源的需求急剧增加。为应对能源短缺和碳排放的问题，国家对可再生能源的研究十分重视。相比于传统能源，太阳能具有储能丰富、清洁、可再生等优点，利用太阳能发电更加节能环保，对解决我国能源问题有着极大的作用。
光伏发电是目前一种比较成熟的太阳能发电技术，但是仍然存在诸多弊端。其中一个主要的弊端是光伏板的效率仍不高，此外在高温下容易受热不均，从而产生局部高温，进一步降低其效率，且会缩短其使用寿命。目前，针对这一问题的解决方法主要利用光电-半导体热电方式，即在太阳能光伏板背面加装半导体温差发电模块组，利用塞贝克效应进行温差发电。这种方式虽然可以在一定程度上降低太阳能光伏板背面的温度，提高发电效率，但是需要额外消耗电能。此外，针对光伏板背面局部高温的问题，需要对其进行精准控温，目前并没有针对光伏板背板高温区域进行局部热点精准降温的技术。
发明内容
有鉴于此，为了解决背景技术中提到的光伏板的效率降低，高温下容易受热不均，易产生局部高温，耗费电能的问题，本发明提出一种结合光伏-相变蓄热-半导体发电制冷的太阳能发电装置。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种结合光伏-相变蓄热-半导体发电制冷的太阳能发电装置，包括透明玻璃盖板、太阳能光伏发电单元、相变蓄热控温模块、半导体发电制冷单元、热储存温差发电单元、蓄电池储能供能单元以及隔热固定单元；所述透明玻璃盖板安装在太阳能光伏发电单元上方；太阳能光伏发电单元由多块太阳能光伏板组装而成，将太阳能进行光电转换，利用光电效应进行发电；所述半导体发电制冷单元包括半导体发电制冷片和发电制冷模式切换控制电路，每个半导体发电制冷片两端都分别布置有相变蓄热控温模块，发电制冷进行模式切换所需的控制信号来自于相变蓄热控温模块上的温度传感器；热储存温差发电单元用于储存相变蓄热控温模块的热量以作为夜间进行温差发电的热源，利用其与环境温度之间的温差进行二次发电，实现昼夜的连续发电；所述蓄电池储能供能单元包含蓄电池储能模块和蓄电池供能模块，所述蓄电池储能模块用于储存太阳能光伏发电单元和处于发电模式下的半导体发电制冷片产生的电能；所述蓄电池供能模块用于给处于制冷模式下的半导体发电制冷片提供电能对太阳能光伏发电单元进行降温。
更进一步的，所述透明玻璃盖板为高透射率的亚克力玻璃平板，厚度为2mm，紧密附着在太阳能光伏板正面，保护太阳能光伏板不受灰尘附着的影响，降低外在因素对发电效率的影响。
更进一步的，所述相变蓄热控温单模块包括多个上端相变蓄热控温模块和多个下端相变蓄热控温模块，其中，上端相变蓄热控温模块一面布置在太阳能光伏板下方，一面与对应的半导体发电制冷片上端表面贴合；下端相变蓄热控温模块一面与对应的半导体发电制冷片下端表面贴合，一面与隔热板贴合；不同表面贴合处均采用导热硅胶连接以增加导热性能。
更进一步的，所述上端相变蓄热控温模块和下端相变蓄热控温模块是装有相变材料的金属容器，在金属容器的一个侧面开有一个进口和一个出口，进口与回流通道连接，出口与流出通道连接，在金属容器表面贴附有温度传感器；所述相变材料是低熔点低沸点且具有良好导热性质的液态工质。
更进一步的，所述半导体发电制冷片为TEG模块，半导体材料是低温热电材料，根据利用的热电效应不同既能够发电又能够制冷，各个半导体发电制冷片之间相互独立，根据温度传感器反馈的控制信号，依靠模式切换控制电路执行发电或制冷功能。
更进一步的，所述的热储存温差发电单元包括多个热储存罐、热储存相变储热模块、半导体发电制冷片、散热翅片、流出通道和回流通道，所述热储存相变储热模块安装在热储存罐下方；所述热储存相变储热模块中的相变材料是高熔点高沸点且具有良好导热性质的固态工质；所述的半导体发电制冷片安装在热储存相变储热模块下方；所述的散热翅片安装在半导体发电制冷片下方；所述流出通道连接着相变蓄热控温单模块的出口和热储存罐的进口；所述回流通道连接着相变蓄热控温单模块的进口和热储存罐的出口；所述的流出通道和回流通道外面包裹有隔热层。
更进一步的，所述热储存相变储热模块和热储存罐之间、所述半导体发电制冷片与热储存相变储热模块之间，所述散热翅片和半导体发电制冷片之间均采用导热硅胶进行连接。
更进一步的，所述隔热固定单元包括隔热板和固定罩，所隔热板设置相变蓄热控温单模块的下方，所述太阳能光伏发电单元、半导体发电制冷片、相变蓄热控温单模块和隔热板安装在固定罩内，所述隔热板和固定罩均为隔热材料，分别用于隔热和固定。
与现有技术相比，本发明所述的结合光伏-相变蓄热-半导体发电制冷的太阳能发电装置的有益效果是：
(1)本发明为了有效利用光伏板背面的热量，加入了热储存装置，将多余的热量储存起来，把TEG上下两端的相变蓄热模块吸收的热量源源不断的储存起来以进一步进行温差发电。
(2)本发明通过光伏板背面的局部温度对控制电路的反馈信息，可以实现半导体发电制冷片发电制冷模式的精准切换，这样有利于对局部高温区域快速降温，其他区域依然可以进行温差发电，不会浪费电能和消耗多余的电能。从而实现对太阳能光伏板进行精准降温，提高光伏板发电效率，延长光伏板使用寿命。
(3)本发明结合光伏发电技术、相变储热、半导体温差发电技术、半导体制冷技术和热储存技术，既可以对光伏板进行精准控温，又可以利用余热进行二次利用以实现昼夜连续发电，极大的提高了光伏发电的效率和太阳能利用率。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明所述的结合光伏-相变蓄热-半导体发电制冷的太阳能发电装置的总体结构示意图；
图2为图1的A-A向视图；
图3为图1的B-B向视图；
图4为半导体发电制冷片模式切换的控制电路图；
附图标记说明：1-透明玻璃盖板；2-太阳能光伏板；3-上端相变蓄热控温模块；4-半导体发电制冷片；5-下端相变蓄热控温模块；6-隔热板；7-固定罩；8-流出通道；9-回流通道；10-热储存罐；11-热储存相变储热模块；12-散热翅片；13-蓄电池储存供能单元；14-模式切换控制电路；15-一号制冷模式开关；16-一号发电模式开关；17-导线；18-一号制冷指示灯；19-一号发电指示灯；20-二号制冷模式开关；21-二号发电模式开关；22-二号制冷指示灯；23-二号发电指示灯；24-蓄电池供能模块；25-蓄电池储能模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
具体实施方式，参见图1-4说明本实施方式，一种结合光伏-相变蓄热-半导体发电制冷的高效太阳能发电装置，一种结合光伏-相变蓄热-半导体发电制冷的太阳能发电装置，包括透明玻璃盖板1、太阳能光伏发电单元、相变蓄热控温单模块、半导体发电制冷单元、热储存温差发电单元、蓄电池储能供能单元以及隔热固定单元；所述透明玻璃盖板1安装在太阳能光伏发电单元上方；所述太阳能光伏发电单元由多块太阳能光伏板2组装而成，将太阳能进行光电转换，利用光电效应进行发电；所述相变蓄热控温单模块由布置在太阳能光伏板2背面的上端相变蓄热温控模块3及下端相变蓄热温控模块5组成；所述半导体发电制冷单元包括半导体发电制冷片4和发电制冷模式切换电路14，每个半导体发电制冷片4两端都分别布置有相变蓄热控温模块，根据控制信号执行发电或制冷功能，发电制冷进行模式切换所需的控制信号来自于相变蓄热控温模块上的温度传感器；所述热储存温差发电单元用于储存相变蓄热控温单模块的热量以作为夜间进行温差发电的热源，利用其与环境温度之间的温差进行二次发电，实现昼夜的连续发电；所述蓄电池储能供能单元13包含蓄电池储能模块25和蓄电池供能模块24，所述蓄电池储能模块25用于储存太阳能光伏发电单元和处于发电模式下的半导体发电制冷片4产生的电能；所述蓄电池供能模块24用于给处于制冷模式下的半导体发电制冷片4提供电能对太阳能光伏发电单元进行降温。
所述透明玻璃盖板1为高透射率的亚克力玻璃平板，厚度为2mm，紧密附着在太阳能光伏板2正面，保护太阳能光伏板2不受灰尘附着的影响，降低外在因素对发电效率的影响。
所述相变蓄热控温单模块包括多个上端相变蓄热控温模块3和多个下端相变蓄热控温模块5，其中，上端相变蓄热控温模块3一面布置在太阳能光伏板2下方，一面与对应的半导体发电制冷片4上端表面贴合；下端相变蓄热控温模块5一面与对应的半导体发电制冷片4下端表面贴合，一面与隔热板6贴合；不同表面贴合处均采用导热硅胶连接以增加导热性能。
所述上端相变蓄热控温模块3和下端相变蓄热控温模块5是装有相变材料的金属容器，在金属容器的一个侧面开有一个进口和一个出口，进口与回流通道9连接，出口与流出通道8连接，在金属容器表面贴附有温度传感器；所述相变材料是低熔点低沸点且具有良好导热性质的液态工质。
所述的半导体发电制冷片4是商用的同型号TEG模块，半导体材料是低温热电材料，根据利用的热电效应不同既可以发电又可以制冷，各个半导体发电制冷片4之间相互独立，根据温度传感器反馈的控制信号，依靠模式切换控制电路14执行发电或制冷功能。
所述的热储存温差发电单元包括多个热储存罐10、热储存相变储热模块11、半导体发电制冷片4、散热翅片12、流出通道8和回流通道9，所述热储存相变储热模块11安装在热储存罐10下方；所述热储存相变储热模块11中的相变材料是高熔点高沸点且具有良好导热性质的固态工质；所述的半导体发电制冷片4安装在热储存相变储热模块11下方；所述的散热翅片12安装在半导体发电制冷片4下方；所述流出通道8连接着相变蓄热控温单模块的出口和热储存罐10的进口；所述回流通道9连接着相变蓄热控温单模块的进口和热储存罐10的出口；所述流出通道8和回流通道9外面包裹有隔热层。
所述热储存相变储热模块11和热储存罐10之间、所述半导体发电制冷片4与热储存相变储热模块11之间，所述散热翅片12和半导体发电制冷片4之间均采用导热硅胶进行连接。
所述隔热固定单元包括隔热板6和固定罩7，所隔热板6设置相变蓄热控温单模块的下方，所述太阳能光伏发电单元、半导体发电制冷片4、相变蓄热控温单模块和隔热板6安装在固定罩7内，所述隔热板6和固定罩7均为隔热材料，分别用于隔热和固定。
所述的结合光伏-相变蓄热-半导体发电制冷的太阳能发电装置的工作原理为：
布置在太阳能光伏板背面和半导体发电制冷片上方的相变蓄热控温单模块吸收太阳能光伏板2背面的热量，其中装有的相变材料受热汽化，经流出通道8流入热储存罐10，热量被布置在热储存罐10下方的热储存相变储热模块11中的相变材料吸收储存起来，热储存罐10中的气态相变材料放出热量液化，经回流管道9流回原相变蓄热控温单模块。
当温度传感器反馈的温度高于设定值，半导体发电制冷片4由蓄电池供能模块24提供电能，利用帕尔贴效应进行制冷，使对应的太阳能光伏板2部位温度降低，同时下端相变蓄热控温模块5吸收半导体发电制冷片4下端放出的热量维持温度恒定。
当温度传感器反馈的温度低于设定值，位于半导体发电制冷片4上端相变蓄热控温模块3吸收太阳板光伏板2背面的热量作为热源，利用温差进行发电，半导体发电制冷片4的下端相变蓄热控温模块5吸收由半导体发电制冷片4上端传递到下端的热量维持温度恒定。
为了根据温度传感器传过来的控制信号对半导体发电制冷片4进行发电和制冷模式的控制和切换，每个半导体发电制冷片4分别引出一个控制线路，控制线路有两个开关，分别是发电模式开关和制冷模式开关，通过对开关进行控制进行半导体发电制冷片模式的切换。
当温度低于设定值，半导体发电制冷片4默认是发电模式，此时发电模式开关保持接通，制冷模式开关保持断开，半导体发电制冷片4与专门进行电能储存的蓄电池连接，利用温差进行发电；反之，当温度高于设定值，半导体发电制冷片4执行制冷模式，此时发电模式开关保持断开，制冷模式开关保持接通，半导体发电制冷片与专门提供制冷供能的蓄电池连接，半导体发电制冷片上端吸热对光伏板对应部位进行降温。
如图1所示，所述透明玻璃盖板1安装在太阳能光伏板2上方；所述上端相变蓄热控温模块3一面与太阳能光伏板2背面贴合，接触面之间用导热硅胶连接，一面与半导体发电制冷片4的上端接触，接触面之间用导热硅胶连接；所述下端相变蓄热控温模块5一面与半导体发电制冷片4的下端接触，接触面之间用导热硅胶连接，一面与隔热板6接触；所述上端相变蓄热控温模块3和下端相变蓄热控温模块5侧面均开有一个进口和一个出口，分别与相应的回流通道9和流出通道8相连。所述热储存罐10是一个隔热的金属容器，在其下方附着有热储存相变储热模块11用于将热储存罐10中的热量通过相变材料储存起来；所述热储存相变储热模块11下方与处于发电模式的半导体发电制冷片4热端贴合，接触面之间用导热硅胶连接，而半导体发电制冷片4冷端通过导热硅胶与散热翅片12贴合，从而利用热端和冷端的温差进行发电。
如图4所示，当控制发电或制冷模式的开关闭合时，对应表示不同模式的指示灯亮，半导体发电制冷片4会相应执行发电或制冷模式，并且每个半导体发电制冷片4之间的模式互不干扰，如此便可对太阳能光伏板2背面进行精准降温。
以上公开的本发明实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。
Claims (10)
1.一种结合光伏-相变蓄热-半导体发电制冷的太阳能发电装置，其特征在于：包括透明玻璃盖板(1)、太阳能光伏发电单元、相变蓄热控温模块、半导体发电制冷单元、热储存温差发电单元、蓄电池储能供能单元以及隔热固定单元；所述透明玻璃盖板(1)安装在太阳能光伏发电单元上方；太阳能光伏发电单元由多块太阳能光伏板(2)组装而成，将太阳能进行光电转换，利用光电效应进行发电；所述半导体发电制冷单元包括半导体发电制冷片(4)和发电制冷模式切换控制电路(14)，每个半导体发电制冷片(4)两端都分别布置有相变蓄热控温模块，发电制冷进行模式切换所需的控制信号来自于相变蓄热控温模块上的温度传感器；热储存温差发电单元用于储存相变蓄热控温模块的热量以作为夜间进行温差发电的热源，利用其与环境温度之间的温差进行二次发电，实现昼夜的连续发电；所述蓄电池储能供能单元13包含蓄电池储能模块(25)和蓄电池供能模块(24)，所述蓄电池储能模块(25)用于储存太阳能光伏发电单元和处于发电模式下的半导体发电制冷片(4)产生的电能；所述蓄电池供能模块(24)用于给处于制冷模式下的半导体发电制冷片(4)提供电能对太阳能光伏发电单元进行降温。
2.根据权利要求1所述的结合光伏-相变蓄热-半导体发电制冷的太阳能发电装置，其特征在于：所述透明玻璃盖板(1)为高透射率的亚克力玻璃平板，厚度为2mm，紧密附着在太阳能光伏板(2)正面，保护太阳能光伏板(2)不受灰尘附着的影响，降低外在因素对发电效率的影响。
3.根据权利要求1所述的结合光伏-相变蓄热-半导体发电制冷的太阳能发电装置，其特征在于：所述相变蓄热控温模块包括多个上端相变蓄热控温模块(3)和多个下端相变蓄热控温模块(5)，其中，上端相变蓄热控温模块(3)一面布置在太阳能光伏板(2)下方，一面与对应的半导体发电制冷片(4)上端表面贴合；下端相变蓄热控温模块(5)一面与对应的半导体发电制冷片(4)下端表面贴合，一面与隔热板(6)贴合；不同表面贴合处均采用导热硅胶连接以增加导热性能。
4.根据权利要求3所述的结合光伏-相变蓄热-半导体发电制冷的太阳能发电装置，其特征在于：所述上端相变蓄热控温模块(3)和下端相变蓄热控温模块(5)是装有相变材料的金属容器，在金属容器的一个侧面开有一个进口和一个出口，进口与回流通道(9)连接，出口与流出通道(8)连接，在金属容器表面贴附有温度传感器。
5.根据权利要求3所述的结合光伏-相变蓄热-半导体发电制冷的太阳能发电装置，其特征在于：所述上端相变蓄热控温模块(3)和下端相变蓄热控温模块(5)装有的相变材料是低熔点低沸点且具有良好导热性质的液态工质。
6.根据权利要求1所述的结合光伏-相变蓄热-半导体发电制冷的太阳能发电装置，其特征在于：所述半导体发电制冷片(4)为TEG模块，半导体材料是低温热电材料，根据利用的热电效应不同既能够发电又能够制冷，各个半导体发电制冷片(4)之间相互独立，根据温度传感器反馈的控制信号，依靠模式切换控制电路(14)执行发电或制冷功能。
7.根据权利要求1所述的结合光伏-相变蓄热-半导体发电制冷的太阳能发电装置，其特征在于：所述热储存温差发电单元包括多个热储存罐(10)、热储存相变储热模块(11)、半导体发电制冷片(4)、散热翅片(12)、流出通道(8)和回流通道(9)，所述热储存相变储热模块(11)安装在热储存罐(10)下方；所述半导体发电制冷片(4)安装在热储存相变储热模块(11)下方；所述散热翅片(12)安装在半导体发电制冷片(4)下方；所述流出通道(8)连接着相变蓄热控温模块的出口和热储存罐(10)的进口；所述回流通道(9)连接着相变蓄热控温模块的进口和热储存罐(10)的出口；所述流出通道(8)和回流通道(9)外面包裹有隔热层。
8.根据权利要求7所述的结合光伏-相变蓄热-半导体发电制冷的太阳能发电装置，其特征在于：所述热储存相变储热模块(11)中的相变材料是高熔点高沸点且具有良好导热性质的固态工质。
9.根据权利要求7所述的结合光伏-相变蓄热-半导体发电制冷的太阳能发电装置，其特征在于：所述热储存相变储热模块(11)和热储存罐(10)之间、所述半导体发电制冷片(4)与热储存相变储热模块(11)之间，所述散热翅片(12)和半导体发电制冷片(4)之间均采用导热硅胶进行连接。
10.根据权利要求1所述的结合光伏-相变蓄热-半导体发电制冷的太阳能发电装置，其特征在于：所述隔热固定单元包括隔热板(6)和固定罩(7)，所隔热板(6)设置相变蓄热控温模块的下方，所述太阳能光伏发电单元、半导体发电制冷片(4)、相变蓄热控温模块和隔热板(6)安装在固定罩(7)内，所述隔热板(6)和固定罩(7)均为隔热材料，分别用于隔热和固定。
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| CN117938072A (zh) * | 2024-03-25 | 2024-04-26 | 西安市安居新能源发展有限公司 | 一种太阳能光伏冷热调控装置 |
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2022
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| CN117938072A (zh) * | 2024-03-25 | 2024-04-26 | 西安市安居新能源发展有限公司 | 一种太阳能光伏冷热调控装置 |
| CN117938072B (zh) * | 2024-03-25 | 2024-06-04 | 西安市安居新能源发展有限公司 | 一种太阳能光伏冷热调控装置 |
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