CN202602565U - 一种太阳能发电装置及应用该装置的太阳能发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种太阳能发电装置及应用该装置的太阳能发电系统，该装置的具体结构可以包括：光伏太阳能电池片（A）以及设于光伏太阳能电池片（A）背光面的温差发电片（B）；所述的温差发电片（B）包括热端电极层（B1）和冷端电极层（B3），所述的热端电极层（B1）和冷端电极层（B3）之间包夹有温差发电层（B2）；所述温差发电片（B）的热端电极层（B1）通过第一导热绝缘层（C1）叠合于光伏太阳能电池片（A）的背光面。本实用新型实施例的实现不仅能够有效降低光伏太阳能电池片的温度，提升光伏太阳能电池片的输出功率，而且能够提升太阳能的综合利用率。

Description

一种太阳能发电装置及应用该装置的太阳能发电系统

技术领域

本实用新型涉及能量转换领域，尤其涉及一种太阳能发电装置及应用该装置的太阳能发电系统。

背景技术

随着化石能源供应日趋紧张，可再生能源的开发和利用已成为各国能源战略中的重要组成部分。太阳能作为一种取之不尽用之不竭的清洁能源，以其绝对的安全性和资源的充足性等优点在可再生能源的开发利用中占据了重要地位。

近几年来，将太阳能转换为电能的光伏发电技术成为发展最快、经济价值最高的太阳能利用方式。目前，现有的光伏发电技术主要采用硅材料制成的光伏太阳能电池片进行发电；但是，由于受到硅材料本身特性的限制，硅材料所制成的光伏太阳能电池片最高只能将25％的太阳能转换为电能，其余大部分太阳能都将转化为使光伏太阳能电池片升温的热能，并逐渐散失；本领域公知的事实表明：光伏太阳能电池片的输出功率会随着温度的上升而大幅减小，以晶体硅制成的光伏太阳能电池片为例，这种光伏太阳能电池片每增加一摄氏度，其输出功率就将损失0.4％～0.5％，因此未能转换为电能的太阳能不仅没有得到有效的利用，反而提升了光伏太阳能电池片的温度，降低了光伏太阳能电池片的输出功率。

由此可见，提升太阳能的利用率、降低光伏太阳能电池片的温度成为亟待解决的问题。

发明内容

本实用新型实施例提供了一种太阳能发电装置及应用该装置的太阳能发电系统，以便于能够有效降低光伏太阳能电池片的温度，提升光伏太阳能电池片的输出功率，并且提高太阳能的综合利用率。

一种太阳能发电装置，包括：光伏太阳能电池片A以及设于光伏太阳能电池片A背光面的温差发电片B；

所述的温差发电片B包括热端电极层B1和冷端电极层B3，所述的热端电极层B1和冷端电极层B3之间包夹有温差发电层B2；所述温差发电片B的热端电极层B1通过第一导热绝缘层C1叠合于光伏太阳能电池片A的背光面。

优选地，相应的第一导热绝缘层C1由三氧化二铝或氮化铝制成。

优选地，相应的第一导热绝缘层C1的厚度大于100纳米。

优选地，相应的温差发电片B的冷端电极层B3外设有散热层D；

所述散热层D通过第二导热绝缘层C2与冷端电极层B3相叠合。

优选地，相应的第二导热绝缘层C2由三氧化二铝或氮化铝制成。

优选地，相应的第二导热绝缘层C2的厚度大于100纳米。

优选地，相应的光伏太阳能电池片A包括栅电极层A1和基片电极层A4；

所述的栅电极层A1和基片电极层A4之间包夹有相互叠合的N型半导体材料层A2和P型半导体材料层A3；其中，栅电极层A1与N型半导体材料层A2相叠合，而基片电极层A4的一面与P型半导体材料层A3相叠合，基片电极层A4的另一面通过第一导热绝缘层C1与所述温差发电片B的热端电极层B1相叠合。

一种太阳能发电系统，包括：至少一个上述技术方案中所述的太阳能发电装置。

由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例所提供的太阳能发电装置通过第一导热绝缘层C1将光伏太阳能电池片A与温差发电片B相叠合，从而使光伏太阳能电池片A上的热量能够迅速传导到温差发电片B，以供温差发电片B进行发电；这不仅有效降低了光伏太阳能电池片A的温度，提升了光伏太阳能电池片A的输出功率，而且能使大部分转换为热能的太阳能又转换为电能，因此大大提高了太阳能的综合利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的太阳能发电装置的结构示意图一；

图2为本实用新型实施例提供的太阳能发电装置的结构示意图二；

图3为本实用新型实施例提供的太阳能发电装置的温度传递情况示意图；

其中，附图标记C1表示第一导热绝缘层，附图标记C2表示第二导热绝缘层，附图标记B1表示热端电极层，附图标记B2表示温差发电层，附图标记B3表示冷端电极层。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

首先需要说明的是，本申请文件中所述的叠合是指通过现有技术中的物理或化学加工方式使两种或两种以上相同或不同物料的若干部分重叠成一个整体；其中，现有技术中的物理或化学加工方式可以包括粘接、压合、铆接、焊接、电镀，或者通过溅射法在物料表面制得功能薄膜等本领域公知的加工方式；所述的物料可以包括产品原材料（例如：由三氧化二铝或氮化铝制成的第一导热绝缘层C1、由热电材料制成的温差发电层B2等）、产品零部件（例如：光伏太阳能电池片A和温差发电片B等）等。

下面将结合附图对本实用新型实施例作进一步地详细描述。

如图1所示，本实用新型实施例所提供的太阳能发电装置，其具体结构可以包括：光伏太阳能电池片A以及设于光伏太阳能电池片A背光面的温差发电片B；相应的温差发电片B可以包括热端电极层B1和冷端电极层B3，热端电极层B1和冷端电极层B3之间包夹有温差发电层B2；所述温差发电片B的热端电极层B1通过第一导热绝缘层C1叠合于光伏太阳能电池片A的背光面。由于光伏太阳能电池片A的迎光面需要接收太阳光照射才能发电，因此温差发电片B应设于光伏太阳能电池片A的背光面，以避免遮挡太阳光。

其中，相应的第一导热绝缘层C1应由三氧化二铝、氮化铝或者两者的复合材料制成，并且其厚度最好大于100纳米，因为他们具有出色的电绝缘性能和高导热性能，不仅能够使光伏太阳能电池片A与温差发电片B实现电隔离，以避免两者同时发电时发生电流冲突，而且能够使光伏太阳能电池片A上的热量最大化地迅速转移到温差发电层B2，以提高对太阳能的综合利用率。

具体地，本实用新型实施例所提供的太阳能发电装置在实际用中还可以包括如下的技术方案：

（1）所述温差发电片B的温差发电层B2可以由现有技术中公知的热电材料制成，例如：相应的热电材料可以为硅锗合金、碲化铋及其合金或者碲化铅及其合金等，这些热电材料能够利用两端的温度差进行发电。

（2）所述温差发电片B的冷端电极层B3外可以设有散热层D；该散热层D可以通过第二导热绝缘层C2与冷端电极层B3相叠合；温差发电片B发电后的多余热量可以通过第二导热绝缘层C2流向散热层D，该散热层D可以通过风冷或水冷的方式迅速散发，从而使温差发电片B的冷端电极层B3保持相对较低的温度，进而有利于使温差发电层B2两端形成较大温差，以获得更多的电能。

其中，相应的散热层D可以采用较高热导率的金属材料（该金属材料可以为铜、铝、铜合金、铝合金等）制成，从而保证该散热层D具有良好的散热性能；相应的第二导热绝缘层C2应与第一导热绝缘层C1采用相同的技术方案，即应由三氧化二铝、氮化铝或者两者的复合材料制成，并且其厚度最好大于100纳米，因为他们具有出色的电绝缘性能和高导热性能，不仅能够使冷端电极层B3的多余热量能够迅速散发，而且能够使冷端电极层B3实现电隔离，以避免冷端电极层B3受到外部电流的干扰，影响正常的温差发电。

（3）如图2所示，相应的光伏太阳能电池片A可以包括栅电极层A1和基片电极层A4；栅电极层A1和基片电极层A4之间包夹有相互叠合的N型半导体材料层A2和P型半导体材料层A3；其中，栅电极层A1与N型半导体材料层A2相叠合，而基片电极层A4的一面与P型半导体材料层A3相叠合，基片电极层A4的另一面通过第一导热绝缘层C1与所述温差发电片B的热端电极层B1相叠合。相应的基片电极层A4通常为基片铝电极。相应的光伏太阳能电池片A也可以是现有技术中能够通过商业手段购买到的任何一种光伏太阳能电池片，这不仅可以节约制作工序，而且能够提供提高该太阳能发电装置的相容性和通用性。

进一步地，为了能够清楚地表明以三氧化二铝或氮化铝为原料来制作第一导热绝缘层C1时，其性能的优越性，下面以二氧化硅为对比实例并结合附图3进行对比分析：

图3中的三条曲线分别表示出以氮化铝、三氧化二铝以及二氧化硅为原料来制作第一导热绝缘层C1（和第二导热绝缘层C2）时，该太阳能发电装置的温度传递情况示意图；由于光伏太阳能电池片A在实际的户外工作时，其温度通常为60摄氏度左右，因此该温度传递情况示意图中以60摄氏度作为第一导热绝缘层C1从光伏太阳能电池片A获得的初始温度；由于温差发电片B的散热层D通常采用风冷或水冷的方式进行降温，而降温后的温度通常为20摄氏度左右，因此该温度传递情况示意图中以20摄氏度作为第二导热绝缘层C2传递给散热层D的终止温度。从图中我们可以清楚的看到，在第一导热绝缘层C1与第二导热绝缘层C2的两端相差40摄氏度（即所述初始温度与终止温度相差40摄氏度）的情况下，对于以二氧化硅作为第一导热绝缘层C1和第二导热绝缘层C2的曲线而言，其温差发电层B2两端的温差仅为15摄氏度左右；而在相同情况下，以三氧化二铝作为第一导热绝缘层C1和第二导热绝缘层C2的曲线，其温差发电层B2两端的温差可以达到35摄氏度左右；更引人注目的是，以氮化铝作为第一导热绝缘层C1和第二导热绝缘层C2的曲线，其温差发电层B2两端的温差几乎趋近于40摄氏度；。

由此可见，三氧化二铝的导热性能远远高于二氧化硅，而氮化铝的导热性能更是高过三氧化二铝，因此以氮化铝或三氧化二铝作为第一导热绝缘层C1和第二导热绝缘层C2的温差发电片B能使温差发电层B2两端形成较大的温差，从而获得更多的电能，以提高太阳能的综合利用率；由于氮化铝和三氧化二铝的绝缘性与二氧化硅相近，而氮化铝和三氧化二铝的导热性能远远高于二氧化硅，因此氮化铝和三氧化二铝更加适合应用于本实用新型实施例所述的太阳能发电装置，并能使该太阳能发电装置更好地实现温度转移，从而大幅提高太阳能的综合利用率。

需要说明的是，本实用新型实施例所提供的太阳能发电装置在制备过程中可以采用如下的方案进行选材和制备：

（1）光伏太阳能电池片A：相应的光伏太阳能电池片A也可以是现有技术中能够通过商业手段购买到的任何一种光伏太阳能电池片，这不仅可以节约制作工序，而且能够提供提高该太阳能发电装置的相容性和通用性。

（2）第一导热绝缘层C1：相应的第一导热绝缘层C1可以包括如下三种实现方式中的任意一种：

①在光伏太阳能电池片A的基片电极层A4上可以通过磁控溅射法制得三氧化二铝或氮化铝薄膜层作为第一导热绝缘层C1，或者可以通过多次交替溅射法制得三氧化二铝与氮化铝的复合薄膜层作为第一导热绝缘层C1；其具体过程可以包括：采用金属铝靶并充入一定量的氧气或氮气作为反应气进行磁控溅射；这种方法的优点是反应磁控溅射沉积温度低，沉积速率比较快，薄膜的粘结强度相对较高。

②在光伏太阳能电池片A的基片电极层A4上可以通过化学气象沉积的方法可以制得三氧化二铝或氮化铝薄膜层作为第一导热绝缘层C1，或者可以通过多次化学气象沉积制得三氧化二铝与氮化铝的复合薄膜层作为第一导热绝缘层C1；其具体过程可以包括：充入氯化铝和氨气作为反应气体，以制备氮化铝薄膜。

③在光伏太阳能电池片A的基片电极层A4上可以通过金属有机化合物气象沉积的方法制得三氧化二铝或氮化铝薄膜层作为第一导热绝缘层C1，或者可以通过多次金属有机化合物气象沉积制得三氧化二铝与氮化铝的复合薄膜层作为第一导热绝缘层C1；其具体过程可以包括：采用三甲基铝和氧气制备三氧化二铝，采用三甲基铝和氨气制备氮化铝；这种方法的优点是技术容易产业化，沉积的薄膜较均匀，反应在低温下进行，污染产物较少。

相应的第二导热绝缘层C2也可以采用与第一导热绝缘层C1相似的制备过程，本申请文件中不再赘述。

（3）温差发电片B：相应的温差发电片B是由热电材料制成的温差发电层B2以及两端的热端电极层B1和冷端电极层B3组成；其具体制作过程可以为：在第一导热绝缘层C1制备完成后，热端电极层B1和冷端电极层B3均可以采用掩膜板镀铝电极制成或者直接采用铜片制成，温差发电片B可以通过溅射法制得，也可以通过直接焊接热电半导体颗粒制作而成。

（4）散热层D：相应的散热层D可以采用较高热导率的金属材料制成，并通过风冷或水冷的方式进行冷却；相应的较高热导率的金属材料可以为铜、铝、铜合金、铝合金等。

一种太阳能发电系统，其具体结构可以包括：至少一个上述技术方案中所述的太阳能发电装置；该太阳能发电系统可以具备现有技术中太阳能发电系统的设备和连接线路，并且至少一个上述技术方案中所述的太阳能发电装置可以通过并联或串联的方式接入到该太阳能发电系统的已有线路中。

可见，本实用新型实施例通过第一导热绝缘层C1将光伏太阳能电池片A与温差发电片B相叠合，从而使光伏太阳能电池片A上的热量能够最大化地迅速传导到温差发电片B，以供温差发电片B进行发电；这不仅有效降低了光伏太阳能电池片A的温度，提升了光伏太阳能电池片A的输出功率，而且能使大部分转换为热能的太阳能又转换为电能，因此大大提高了太阳能的综合利用率。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种太阳能发电装置，其特征在于，包括：光伏太阳能电池片（A）以及设于光伏太阳能电池片（A）背光面的温差发电片（B）；

所述的温差发电片（B）包括热端电极层（B1）和冷端电极层（B3），所述的热端电极层（B1）和冷端电极层（B3）之间包夹有温差发电层（B2）；所述温差发电片（B）的热端电极层（B1）通过第一导热绝缘层（C1）叠合于光伏太阳能电池片（A）的背光面。

2.根据权利要求1所述的太阳能发电装置，其特征在于，所述的第一导热绝缘层（C1）由三氧化二铝或氮化铝制成。

3.根据权利要求1所述的太阳能发电装置，其特征在于，所述的第一导热绝缘层（C1）的厚度大于100纳米。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的太阳能发电装置，其特征在于，所述温差发电片（B）的冷端电极层（B3）外设有散热层（D）；

所述散热层（D）通过第二导热绝缘层（C2）与冷端电极层（B3）相叠合。

5.根据权利要求4所述的太阳能发电装置，其特征在于，所述的第二导热绝缘层（C2）由三氧化二铝或氮化铝制成。

6.根据权利要求4所述的太阳能发电装置，其特征在于，所述的第二导热绝缘层（C2）的厚度大于100纳米。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的太阳能发电装置，其特征在于，所述的光伏太阳能电池片（A）包括栅电极层（A1）和基片电极层（A4）；

所述的栅电极层（A1）和基片电极层（A4）之间包夹有相互叠合的N型半导体材料层（A2）和P型半导体材料层（A3）；其中，栅电极层（A1）与N型半导体材料层（A2）相叠合，而基片电极层（A4）的一面与P型半导体材料层（A3）相叠合，基片电极层（A4）的另一面通过第一导热绝缘层（C1）与所述温差发电片（B）的热端电极层（B1）相叠合。

8.一种太阳能发电系统，其特征在于，包括：至少一个上述权利要求1至7中任一项所述的太阳能发电装置。

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