CN201726340U - 一种太阳能光电、热电转换系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种太阳能光电、热电转换系统，包括若干个相互电连接的太阳能电池组件，每个太阳能电池组件的背面设有一个热电转换模块，热电转换模块相互之间电连接，该系统还连接有DC/DC转换器、逆变器和变压器；所述太阳能电池组件主要由超白低铁高透光钢化玻璃、太阳能电池层和背板组成，所述热电转换模块上端连接有高温端绝缘导热层、下端连接有低温端绝缘导热层和散热片，高温端绝缘导热层通过导热硅胶与背板相连接，低温端绝缘导热层通过导热硅胶与散热片相连接。热量的快速扩散保证了高温端和低温端的温度梯度，从而实现温差发电。通过该系统可以将热电转换模块所产生的电压变换到系统要求的电压，最后并入到组件的输出端构成总的功率输出。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种太阳能光电、热电转换系统，具体是指一种将太阳能电池组件在光电转换过程中所产生的热量通过热电效应转换为电能，从而增加组件功率输出的太阳能光电、热电转换系统。属于太阳能光伏发电技术领域。
背景技术
随着全球能源危机及环境问题的日益严峻，人们对新能源及清洁、无污染的可再生能源需求越来越迫切。太阳能作为一种清洁的可再生新能源近年来受到了越来越多的关注，其应用也越来越广泛，其中一个最重要的应用就是光伏发电。
太阳能光伏发电的最基本单元是太阳能电池，在具体的应用中，通常是将多个太阳能电池片构成太阳能电池组件，然后再将各个太阳能电池组件连接起来构成整体的电源输出。太阳能电池是以半导体PN结上接受太阳光照产生光生伏特效应为基础，直接将光能转换为电能的半导体器件。照射到太阳能电池表面的太阳辐射光含有不同波长的光，太阳能电池对光能的吸收随不同的光波波长而不同。对于入射到电池内部的太阳光来说，以硅太阳能电池为例，那些光子能量＜1.1eV(硅材料禁带宽度Eg)的光线不能激发出电子-空穴对，只能使光伏电池自身加热，太阳辐射中大概有26％这样的光能不能被利用；只有那些光子能量≥1.1eV的光线才能激发出电子-空穴对，但对于具有此种能量的光子，不同能量的光子对产生电子-空穴对并没有不同，即不管是红光还是蓝光，一个光子只能产生一个电子-空穴对，这样，剩余的能量又转换为未利用的热量，太阳辐射中大概有30％这样的光能又不能被利用。再加上一些其它的因素如反射、载流子复合等又会造成一部分光能的损失，对于结晶硅型太阳能电池，其理论转换效率约为29％。由此可见太阳光中很大部分能量未被利用而产生大量热量使太阳能电池温度急剧升高。特别是在炎热的夏天，由于环境温度很高，这种效应就更加明显。在太阳能电池的工作过程中，随着电池内产生的热量不断增加，导致电池的温度随着不断升高，这将对组件的正常运行带来影响，除了加速组件封装材料EVA老化外，还会降低太阳能电池的光电转换效率，对于硅太阳能电池，其最大输出功率温度系数约为-(0.4～0.5)％/℃，可以看到高温下组件的最大输出功率会降低很多。
为了使太阳能电池组件能长久的正常工作，保证其正常的功率输出，出现了一些给组件散热的方法，如给组件加装水冷却、气冷却循环装置等。如中国专利CN101262022公开了一种晶体硅太阳能电池组件光电光热系统，通过在电池组件下部设置冷却介质盒，利用冷却介质对组件冷却，将组件产生的热量提供给热水箱。虽然此种方式达到了给组件散热及热能利用的目的，但该系统的设计过于复杂，很难应用于实际。专利CN101252153公开了一种太阳能组件的取热方法，通过在组件内设置导热层，然后再用导热元件将热能导入到组件外设置的取热管路内收集利用。此法也能将组件产生的热量导出，但需对组件的结构重新进行设计，增加组件工艺的复杂性及不稳定性。
半导体温差发电是利用Seebeck效应把热能转换电能的现象，其工作原理是：在由P型半导体和N型半导体串联组成的回路中若两个接头处存在温度梯度，高温端空穴和电子的浓度较低温端的浓度高，在载流子浓度梯度的驱动下，高温端的空穴和电子向低温端扩散，从而在高、低温端形成电势差，当回路接通时就会有电流输出。利用这个原理将多对P型和N型热电半导体材料连接起来组成模块就可以获得不同数值的输出电压和功率。
太阳能组件在工作过程中产生大量的热，导致组件的背面温度比环境温度高很多，如果能充分利用组件产生的热量，并利用Seebeck效应将热能转换为电能，不但可以降低组件的温度，解决组件的散热问题，同时也能增加组件总的功率输出。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种太阳能光电、热电转换系统，即一种光伏效应与热电效应集成的太阳能组件系统，将电池组件在光电转换过程中所产生的热量通过热电效应转换为电能，既保证了太阳能电池在正常的温度下工作，也额外地增加组件的功率输出，即间接地增加了组件的光电转换效率。
本实用新型解决上述技术问题的方案包括若干个相互电连接的太阳能电池组件，其特征在于：所述每个太阳能电池组件的背面设有一个热电转换模块，所述热电转换模块相互之间电连接，该系统还连接有DC/DC转换器、逆变器和变压器，所述太阳能电池组件主要由超白低铁高透光钢化玻璃、太阳能电池层和背板组成，所述热电转换模块上端连接有高温端绝缘导热层、下端连接有低温端绝缘导热层和散热片，所述高温端绝缘导热层通过导热硅胶与背板相连接，低温端绝缘导热层通过导热硅胶与散热片相连接。
作为优选的技术方案，所述高温端绝缘导热层和低温端绝缘导热层为具有高热导率的塑料或绝缘陶瓷或绝缘复合材料。
作为进一步的改进，所述散热片为铜材料制成。
在上面的技术方案中，其原理是这样的：太阳能电池组件将太阳辐射中的部分能量转换为电能，而另外的绝大部分能量被太阳能电池吸收转换为热量，导致组件的温度大幅升高。由于组件使用了导热良好的背板，因此组件内产生的热量可以通过背板、导热硅胶很快地传递到热电转换模块的高温端。另外在热电转换模块的低温端使用了散热性能很好的铜散热片，使得热量能及时扩散到外部环境中，保证了热电转换模块高温端和低温端始终存在温度梯度，从而实现温差发电。
本实用新型适用于一般的小型或中型的太阳能系统，充分解决了太阳能电池组件在工作过程中的散热问题，相比于现有技术具有如下优点：
(1)在此系统中，由于组件在工作过程中的热量能及时导出，保证了组件在正常的温度下工作及较高的转换效率，避免了组件因温度升高出现的功率衰减，同时也降低组件封装材料受到的影响，延长组件的使用寿命。
(2)利用热电转换模块将组件产生的热量转换为电能，实现了热能的充分利用。
(3)热电转换模块利用导热硅胶与组件背面连接在一起，实现了一种光伏效应与热电效应集成的太阳能组件，同时热电效应产生的电可以方便地并入到组件的电力输出端，从而增加了组件的输出功率。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
图1：带热电转换模块的太阳能电池组件剖面图。
图2：本实用新型太阳能光电、热电转换系统的示意图。
图1中，1为超白低铁高透光钢化玻璃，2为太阳能电池层，3为背板，41、42为绝缘导热层，5为热电转换模块，6为散热片；
图2中，7A、7B、7N为太阳能电池组件，8A、8B、8N为热电转换模块，9为DC/DC转换器，10为逆变器，11为变压器，12为外部电网，13为负载。
具体实施方式：
下面结合附图，对本实用新型做进一步的详细说明：
如图1所示，一块带热电转换模块的太阳能电池组件剖面图，其中，热电转换模块5装设在太阳能电池组件2的背面，太阳能电池组件是由超白低铁高透光钢化玻璃1、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、太阳能电池层2、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)和背板3在高温下层压而成，背板具有高热导率，保证能将组件背面的热量及时传递出来。所述热电转换模块5上端连接有高温端绝缘导热层41、下端连接有低温端绝缘导热层42和散热片6，用导热硅胶将热电转换模块的高温端绝缘导热层41与太阳能电池组件组件2的背板3连接在一起，热电转换模块低温端的绝缘导热层42则通过导热硅胶和散热片6连接成一体，作为优选，散热片由铜材料做成。铜散热片根据需要可以做成不同的形状以增加散热的速度，由于铜的热导率达到了401W/(m*K)，保证能将热电材料传递的热量快速扩散到环境中，使低温端的温度与外部环境温度保持一致，维持热电转换模块高温端和低温端之间的温度梯度。
所述高温端绝缘导热层41和低温端绝缘导热层42可以为具有高热导率的塑料或绝缘陶瓷或绝缘复合材料。
图2为太阳能光电、热电转换系统的示意图。图中7A、7B…7N为连接在一起的太阳能电池组件阵列，组件串联和并联的数目根据系统要求的电压进行设计；8A、8B…8N为连接在一起的热电转换模块，其串联和并联的数目及方式也是根据系统要求的电压选择。为了能将热电转换模块产生的电能和组件阵列输出的电能并到一起，需要用DC/DC转换器9将热电转换模块产生的总电压变换到组件阵列的电压，最后构成总的电流输出。利用逆变器10将组件阵列及热电转换模块产生的直流电转换为交流电，然后再用变压器11升至高压输入到电网12中，另外也可以将逆变器产生的交流电直接连接到负载13。
Claims (3)
1.一种太阳能光电、热电转换系统，包括若干个相互电连接的太阳能电池组件，其特征在于：所述每个太阳能电池组件的背面设有一个热电转换模块，所述热电转换模块相互之间电连接，该系统还连接有DC/DC转换器、逆变器和变压器；
所述太阳能电池组件主要由超白低铁高透光钢化玻璃、太阳能电池层和背板组成，
所述热电转换模块上端连接有高温端绝缘导热层、下端连接有低温端绝缘导热层和散热片，所述高温端绝缘导热层通过导热硅胶与背板相连接，低温端绝缘导热层通过导热硅胶与散热片相连接。
2.如权利要求1所述的太阳能光电、热电转换系统，其特征在于：所述高温端绝缘导热层和低温端绝缘导热层为具有高热导率的塑料或绝缘陶瓷或绝缘复合材料。
3.如权利要求1所述的太阳能光电、热电转换系统，其特征在于：所述散热片为铜材料制成。
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| CN2010201525273U CN201726340U (zh) | 2010-04-02 | 2010-04-02 | 一种太阳能光电、热电转换系统 |
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|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| CN105552156A (zh) * | 2015-12-11 | 2016-05-04 | 河北大学 | 一种集热式光热级联电源器件及其制备方法 |
| CN106412017A (zh) * | 2016-08-31 | 2017-02-15 | 重庆伟睿科技有限公司 | 邻近推送系统 |
| CN107449163A (zh) * | 2017-06-30 | 2017-12-08 | 西安交通大学 | 一种双分频式光热‑光伏‑热电耦合的太阳能全光谱利用系统 |
| CN114497258A (zh) * | 2021-12-30 | 2022-05-13 | 广东省科学院化工研究所 | 一种光电和热电联用器件 |
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