TWI535985B - A solar thermal separator and a power generating device using the photothermal separator - Google Patents

Description

太陽能光熱分離器及使用該光熱分離器之產電裝置

本發明係關於一種太陽能運用的技術領域，特別是能分離太陽能的太陽熱及太陽光之光熱分離器，以及應用光熱分離器的產電裝置。

自然能源或再生能源主要包含太陽能、熱能、風力能、生質能、潮汐能及振動能等等，其中太陽能一直是人們最想要利用的能源之一。太陽能中紫外光與可見光中約佔58%且用以提供光能，而紅外線約佔42%用以提供熱能。

太陽能的運用領域包含光電轉換及加熱。以太陽能進行光電轉換主要是利用紫外光與可見光的波段，且可以採用聚光型太陽電池技術來提高光電轉換效率。然而採用聚光技術的同時也會聚集更多的太陽熱，該太陽熱將導致太陽電池裝置溫度過高而使得光電轉換效率變差。

以台灣專利M436814為例，其揭露一種整合聚光型太陽光電熱能與熱電發電模組的太陽能輔助熱泵系統，該專利前案係使用聚光型太陽光電熱能模組對太陽光進行光電轉換，最後輸出電能；又以一熱電發電模組(TEG模組)接設於前述聚光型太陽光電熱能模組的底面進行熱電轉換；此外使用一儲電裝置與聚光型太陽光電熱能模組、熱電發電模組作電性連接，以進行電能儲存。

由該專利前案所揭露的結構組態可知太陽能係直接照射在聚光型太陽光電熱能模組，因此太陽光電熱能模組進行光電轉換時，太陽熱同時對太陽光電熱能模組加溫，進而將導致太陽光電熱能模組的光電轉換效率變差。

台灣專利M426140揭露一種光熱雙效發電裝置，係一板體上設計一個下凹狀的球窩部，該球窩部的底面中央處配置一光線擴散元件，例如凹透鏡。此外在球窩部的外側表面安裝有熱電轉換構件，在光線擴散元件下方處安裝有光電轉換構件。 當太陽能被導向該板體，太陽熱會使球窩部的溫度升高，進而使熱電轉換構件進行熱電轉換；部份的太陽光可穿過光線擴散元件到達光電轉換構件進行光電轉換。

上述專利雖然先以太陽熱進行熱電轉換，但穿過光線擴散元件的太陽能仍含有太陽熱，因此光電轉換構件仍會受熱而升高溫度，進而使光電轉換效率變差。

本發明的目的之一係在提供一種太陽能光熱分離器，其具有能夠將太陽能的太陽光與太陽熱分離的效果。

本發明的另一目的係在提供一種使用太陽能光熱分離器的產電裝置，其具有進一步將已分離的太陽光及太陽熱各自進行光電轉換及熱電轉換，藉此提高太陽能轉電的效率。

為達到上述目的與其功效，本發明揭露一種太陽能光熱分離器，其係一透光載體結合一透光板，更有空氣膠塗佈在該透光載體上，如此可在該空氣膠與該透光板之間形成一儲熱空間。當含有太陽光與太陽熱的太陽能通過透光板後，太陽熱受空氣膠阻隔而保留在儲熱空間內，太陽光則可進一步地通過空氣膠及透光載體而透出。

取一熱電轉換模組結合上述之儲熱空間，如此可利用儲熱空間的熱能進行熱電轉換；又取一光電轉換模組配置在太陽光透出太陽能光熱分離器後的光路上，如此當太陽光到達光電轉換模組後可進行光電轉換。

以下即根據本發明的目的、功效及結構組態，舉出較佳實施例，並配合圖式詳細說明。

請參閱第1圖，圖中顯示一太陽能光熱分離器10，係一透光載體12上安裝一透光板14。一空氣膠16係塗佈在該透光載體12上，如此在該空氣膠16與該透光板14之間形成一儲熱空間18。

上述的透光載體12可以具有凹槽構造，該凹槽構造可形 成該儲熱空間18，而空氣膠16至少塗佈在該儲熱空間18的底部與四周側面。

空氣膠(或稱氣凝膠)16具有透明性且為優良的熱絕緣體，其幾乎能阻絕由三種傳熱方式(熱傳導、熱對流、熱輻射)所帶來的熱量轉移。空氣膠16中，空氣的成分比例佔99%以上，而空氣為熱的不良導體，故它們是極佳的熱傳導隔絕材料。

以透光板14為受光面，當太陽能20中的太陽光22與太陽熱24通過透光板14後，太陽熱24可受空氣膠16的阻隔而保留在儲熱空間18內，至於太陽光22則可進一步通過空氣膠16及透光載體12而透出該太陽能光熱分離器10。

請參閱第2圖，取一前述構造的太陽能光熱分離器10，其中透光板14的一側表面為受光面26，透光載體12的底面為透光面28。儲熱空間18位在該受光面26與該透光面28之間。空氣膠16塗佈在該儲熱空間18的底面與四周側面。

更進一步，一熱電轉換模組30係連結該儲熱空間18。該熱電轉換模組30包含一導熱片32及一熱電晶片34的組合。該導熱片32可以是石墨片且包含一插入部36及一結合部38，其中該插入部36係用以伸入該太陽能光熱分離器10的儲熱空間18內，如此該導熱片32可用以吸收留滯在儲熱空間18內的太陽熱24。又該導熱片32的結合部38位在該太陽能光熱分離器10的外面且用以結合該熱電晶片34的熱端面。

一擋光板40係安裝在該結合部38的表面。該擋光板40與該熱電晶片34分別位在導熱片32之結合部38的相異側。如此該擋光板40可以遮蔽或反射照向該熱電晶片34的太陽能。

一散熱器42係結合該熱電晶片34的冷端面，用以降低熱電晶片34之冷端面的溫度。該散熱器42可以是各種適用類型的散熱器，也可以是散熱塗料。使用散熱塗料可以降低整體的體積。

再者，一光電轉換模組44，例如聚光型太陽光電轉換模 組，係配置在太陽光22透出該太陽能光熱分離器10後的光路上。當太陽光22到達該光電轉換模組44，則該光電轉換模組44可進行光電轉換。

由以上的說明可知，本發明具有以下的優點：

1.太陽能光熱分離器10可藉空氣膠16而有效的分離太陽光22及太陽熱24。

2.太陽熱24被留在儲熱空間18內，因此光電轉換模組44不會受太陽熱24的作用而升高溫度，進而可據此使光電轉換模組44具有較高的光電轉換效率，以及提高光電轉換模組44的使用壽命。

3.熱電轉換模組30可吸收儲熱空間18內的太陽熱24以進行熱電轉換，且太陽光22可搭配光電轉換模組44進行光電轉換；換言之，本發明所提供的設計至少可以有效的利用太陽能中的紅外線波段及可見光波段來進行發電，故具有對太陽能作更寬波長能源運用的效果。

以上乃本發明之較佳實施例以及設計圖式，惟較佳實施例以及設計圖式僅是舉例說明，並非用於限制本發明技藝之權利範圍，凡以均等之技藝手段、或為下述「申請專利範圍」內容所涵蓋之權利範圍而實施者，均不脫離本發明之範疇而為申請人之權利範圍。

10‧‧‧太陽能光熱分離器

12‧‧‧透光載體

14‧‧‧透光板

16‧‧‧空氣膠

18‧‧‧儲熱空間

20‧‧‧太陽能

22‧‧‧太陽光

24‧‧‧太陽熱

26‧‧‧受光面

28‧‧‧透光面

30‧‧‧熱電轉換模組

32‧‧‧導熱片

34‧‧‧熱電晶片

36‧‧‧插入部

38‧‧‧結合部

40‧‧‧擋光板

42‧‧‧散熱器

44‧‧‧光電轉換模組

第1圖係本發明之太陽能光熱分離器的結構及太陽能光熱分離示意圖。

第2圖係本發明之產電裝置結構示意圖。

10‧‧‧太陽能光熱分離器

12‧‧‧透光載體

14‧‧‧透光板

16‧‧‧空氣膠

18‧‧‧儲熱空間

20‧‧‧太陽能

22‧‧‧太陽光

24‧‧‧太陽熱

Claims (7)

1. 一種使用太陽能光熱分離器之產電裝置，係用以對應太陽能並以太陽能中的太陽光及太陽熱進行光電轉換及熱電轉換，其包含：一太陽能光熱分離器，其具有可透光的受光面及透光面，且該受光面及該透光面係相對，又一儲熱空間位在該受光面及該透光面之間，且一空氣膠塗佈在該儲熱空間的底面，該太陽能在通過該透光面後，該太陽熱可被留滯在該儲熱空間內，且該太陽光能夠穿出該透光面；一熱電轉換模組，係用以結合該太陽能光熱分離器的該儲熱空間，並利用該太陽熱進行熱電轉換；一光電轉換模組，係位在該太陽光透出該太陽能光熱分離器後的光路上，且該光電轉換模組在承接太陽光後進行光電轉換。
2. 如申請專利範圍第1項所述之使用太陽能光熱分離器之產電裝置，其中該熱電轉換模組係包含一導熱片及一熱電晶片的組合，該導熱片包含一插入部及一結合部，其中該插入部用以伸入該太陽能光熱分離器的該儲熱空間內，且該結合部位在該太陽能光熱分離器的外面並結合在該熱電晶片之熱端面。
3. 如申請專利範圍第2項所述之使用太陽能光熱分離器之產電裝置，其中該導熱片係為石墨片。
4. 如申請專利範圍第2項所述之使用太陽能光熱分離器之產電裝置，更包含一擋光板，該擋光板結合在該導熱片之結合部的表面，且該擋光板與該熱電晶片位在該結合部的相異側。
5. 如申請專利範圍第2或4項所述之使用太陽能光熱分離器之產電裝置，更包含一散熱器，該散熱器結合在該熱電晶片之冷端面。
6. 如申請專利範圍第5項所述之使用太陽能光熱分離器之產電裝置，其中該散熱器係為散熱塗料。
7. 如申請專利範圍第1項所述之使用太陽能光熱分離器之產電裝置，其中空氣膠更包含塗佈在該儲熱空間的四周側面。