TWI408889B - 太陽能發電裝置 - Google Patents

Description

太陽能發電裝置

本發明涉及一種發電裝置，特別涉及一種太陽能發電裝置。

隨著科技之不斷發展，各種電器設備也越來越多，人們對電能之需求也越來越大。然而在現有技術中，發電設備主要分為火力發電、水力發電和風力發電(請參見“太陽能的廣闊前景”，李申生，《物理學報》，1999年第5期，45-47頁)。火力發電消耗大量煤碳資源或油汽資源，不但成本高昂，而且會使人類生存之自然環境受到嚴重破壞，同時在消耗這些能源之過程中，又會對大氣產生極大之污染。水力發電受地理條件嚴格限制，而且伴隨水資源短缺之現實情況，水力發電之前景也並不樂觀。而風力發電卻受到氣候條件之限制，並對風速之要求極高，也不適合於大力發展。目前使用之太陽能電池雖然能有效解決上述問題，但是太陽能電池之材料不僅成本高還相當缺乏，並且光電轉換之效率不佳，因此無法實現對太陽能之有效利用。

有鑒於此，有必要提供一種既環保又方便使用之太陽能發電裝置。

一種太陽能發電裝置，其包括：一外殼、一壓電材料層、一金屬材料層、一導熱體、一壓電薄膜層及一致動器。所述外殼，其包括：一上蓋、複數個側壁以及一下蓋，所 述上蓋為一太陽能集熱板，所述側壁為熱絕緣材料，所述下蓋為一散熱元件。所述壓電材料層，固定於側壁之內表面。所述金屬材料層，鍍於壓電材料層之表面。所述導熱體，位於上蓋之正下方，用於傳導上蓋收集之太陽光熱量，該導熱體之側面與金屬材料層相接觸。所述壓電薄膜層，鍍於導熱體與金屬材料層相接觸之表面，並在受熱膨脹後與金屬材料層之間形成過盈配合。所述致動器，連接於導熱體與下蓋之間，該致動器可根據所受溫度之變化，帶動設置在導熱體上之壓電薄膜層與壓電材料層表面之金屬材料層相互擠壓，藉由壓電效應產生電能。

相對於現有技術，所述之太陽能發電裝置能將收集到之太陽光之熱量轉化為電能，並且不易受位置和天氣條件之影響，提高了使用之方便性，而不會產生任何污染。相對於大陽能電池，可大幅降低製作成本，並且轉換效率可有效提升。

以下將結合附圖對本發明作進一步之詳細說明。

請參閱圖1，本發明實施方式太陽能發電裝置100包括一外殼10、一壓電材料層20、一金屬材料層30、一導熱體40、一壓電薄膜層50和一致動器60。

所述外殼10包括一由太陽能集熱板構成之上蓋101、一由熱絕緣材料組成之側壁102、一由散熱元件組成之下蓋103。所述上蓋101位於太陽能發電裝置100之頂端，其為真空集熱管組成，可有效吸收太陽光產生之熱輻射， 且具有耐空曬、不易爆管之特點。所述側壁102位於太陽能發電裝置100之側面，其為陶瓷纖維材料，可有效減少熱量輻射出去，且具有低導熱、耐高溫之性質。所述下蓋103位於太陽能發電裝置100之底端，其為熱管，可迅速之將與其接觸之元件之熱量傳導出去。

所述壓電材料層20固定於側壁102之內表面，其為納米氧化鋅。所述金屬材料層30形成於壓電材料層20靠近於太陽能發電裝置100中心之內表面上，金屬材料層30採用金、銀、鉑等貴金屬材料形成。該壓電材料層20與金屬材料層30之介面形成一肖特基接觸，用以使壓電材料層20中之電子能聚集在金屬材料層30之表面。所謂肖特基接觸是指金屬和半導體材料相接觸之時候，在介面處半導體之能帶彎曲，形成肖特基勢壘。

所述導熱體40位於上蓋之正下方，用以傳導上蓋101收集之太陽能熱量，其側面與金屬材料層30相接觸。該導熱體40並可在外殼10構成之空間內上下運動。該導熱體40包括一與下蓋103之上表面相對之表面401、自該表面401垂直延伸出之一凸起402及一與金屬材料層30相接觸之側面403，所述凸起402用於太陽能發電裝置在工作時，與下蓋103相抵觸，將導熱體40上多餘之熱量傳導出去。所述導熱體40為金屬導熱材料，其可有效之將上蓋101收集到之熱量傳導給其他元件，導熱體40在受熱條件下會產生一定之膨脹。

所述壓電薄膜層50形成於導熱體40與金屬材料層30 相接觸之表面，該壓電薄膜層50與金屬材料層30之間在受熱膨脹後形成過盈配合，且當致動器60運動時，致動器60可帶動壓電薄膜層50與金屬材料層30相對運動。所述壓電薄膜層50為納米氧化鋅、鋯鈦酸鉛等壓電材料。

所述致動器60固定於下蓋103之上表面與導熱體40表面401之間，其由彈性元件602和記憶合金體601組成。當上蓋101沒有接收到光照時，彈性元件602之長度小於其自然長度，即處於壓縮狀態且其產生之向彈力大於導熱體40對彈性元件602之壓力，使導熱體40之上表面抵觸於上蓋101；而記憶合金體601之長度大於其初始長度，即處於拉伸狀態。當記憶合金體601達到其形變溫度時，就會收縮至初始長度。

請參閱圖2和圖3，工作時，在初始沒有接受到光照狀態下，由於彈性元件602向上之彈力大於導熱體40對彈性元件602之壓力，則使導熱體40之上表面抵觸於上蓋101。而此時，記憶合金體601之長度大於其初始長度，而處於拉伸狀態。當上蓋101接收到太陽光照射時，產生一定熱量，導熱體40受熱膨脹，並將熱量傳導給記憶合金體601，當記憶合金體601所受溫度超過其形變溫度時，記憶合金體601由於要恢復到其初始長度，則產生一向下拉力。當導熱體40向下之壓力和記憶合金體601向下之拉力大於彈性元件602向上之彈力和壓電薄膜層50與金屬材料層30之間之摩擦力時，導熱體40向下運動，直至導熱體40上之凸起402與下蓋103相接觸。此時，因為下蓋103 為熱管具有較強之散熱能力，導熱體40及記憶合金體601上之溫度能在較短之時間內下降，導熱體40收縮，此時，形成於導熱體40上之壓電薄膜層50與金屬材料層30之間為非過盈配合狀態，當記憶合金體601上之溫度小於其形變溫度時，記憶合金體601因為不需要恢復到其初始長度而失去向下之拉力。而此時，由於導熱體40向下之壓力小於彈性元件602向上之彈力，導熱體40向上運動，直至抵靠上蓋101之下表面。當記憶合金體601上之溫度再次達到其形變溫度時，重複上述動作。由於導熱體40不斷之上下運動和熱脹冷縮，且壓電薄膜層50與金屬材料層30在受熱膨脹後為過盈配合，形成於壓電材料層20表面之金屬材料層30與形成於導熱體40表面之壓電薄膜層50之間之橫向擠壓，使壓電材料層20與壓電薄膜層50產生一定之形變，由於壓電效應產生一電場；在電場之作用下，位於肖特基表面之電荷導出，形成電流。並且可藉由將複數個太陽能發電裝置100串聯使用，將下蓋103傳導出去之熱量提供給下一個太陽能發電裝置100使用，使太陽光產生之熱量能有效之利用。藉由分別在金屬材料層30和壓電薄膜層50表面連接出一根導線301和501，金屬材料層30表面之電荷在電場之作用下之移動，在導線301和501中形成電流，在導線301和501之另一端可連接一電力儲存裝置或者負載。

本發明太陽能發電裝置能將收集到之太陽光之熱量轉化為電能，並且不易受位置和天氣條件之影響，提高了使用之方便性，而不會產生任何污染。相對於太陽能電池， 可大幅降低製作成本，並且轉換效率可有效提升。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，本發明之範圍並不以上述實施方式為限，舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

太陽能發電裝置‧‧‧100

外殼‧‧‧10

上蓋‧‧‧101

側壁‧‧‧102

下蓋‧‧‧103

壓電材料層‧‧‧20

金屬材料層‧‧‧30

導熱體‧‧‧40

表面‧‧‧401

凸起‧‧‧402

側面‧‧‧403

壓電薄膜層‧‧‧50

致動器‧‧‧60

記憶合金體‧‧‧601

彈性元件‧‧‧602

圖1係本發明實施方式太陽能發電裝置之工作狀態剖面示意圖；圖2係本發明實施方式太陽能發電裝置之初始狀態剖面示意圖；圖3係本發明實施方式太陽能發電裝置之回復狀態剖面示意圖。

太陽能發電裝置‧‧‧100

外殼‧‧‧10

上蓋‧‧‧101

側壁‧‧‧102

下蓋‧‧‧103

壓電材料層‧‧‧20

金屬材料層‧‧‧30

導熱體‧‧‧40

表面‧‧‧401

凸起‧‧‧402

側面‧‧‧403

壓電薄膜層‧‧‧50

致動器‧‧‧60

記憶合金體‧‧‧601

彈性元件‧‧‧602

Claims (7)

1. 一種太陽能發電裝置，其中，該太陽能發電裝置包括：一外殼、一壓電材料層、一金屬材料層、一導熱體、一壓電薄膜層及一致動器；所述外殼，其包括：一上蓋、複數個側壁以及一下蓋，所述上蓋為一太陽能集熱板，所述側壁為熱絕緣材料，所述下蓋為一散熱元件；所述壓電材料層，固定於側壁之內表面；所述金屬材料層，鍍於壓電材料層之表面；所述導熱體，位於上蓋之正下方，用於傳導上蓋收集之太陽光熱量，該導熱體之側面與金屬材料層相接觸；所述壓電薄膜層，鍍於導熱體與金屬材料層相接觸之表面，並在受熱膨脹後與金屬材料層之間形成過盈配合；所述致動器，連接於導熱體與下蓋之間，該致動器可根據所受溫度之變化，帶動設置在導熱體上之壓電薄膜層與壓電材料層表面之金屬材料層相互擠壓，藉由壓電效應產生電能。
2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能發電裝置，其中：所述之下蓋為熱管。
3. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能發電裝置，其中：所述之壓電材料層為納米氧化鋅。
4. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能發電裝置，其中：所述之金屬材料層所用之金屬與壓電材料層形成肖特基接觸，所述之金屬材料為金、銀、鉑中之一種。
5. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能發電裝置，其中：所述之導熱體在其與下蓋相對之一面設有至少一個凸起。
6. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能發電裝置，其中：所述之壓電薄膜層為納米氧化鋅、鋯鈦酸鉛等壓電材料。
7. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能發電裝置，其中：所述之致動器包括一彈性元件和一記憶合金體。