TWM618501U

TWM618501U - 光伏熱電複合發電模組及發電裝置

Info

Publication number: TWM618501U
Application number: TW110205532U
Authority: TW
Inventors: 陳群; 賴文正
Original assignee: 博訊洋電子有限公司
Priority date: 2021-05-14
Filing date: 2021-05-14
Publication date: 2021-10-21

Abstract

本創作提出一種光伏熱電複合發電模組及發電裝置，其包含一光伏電池，其用於將光能轉換成電能進行發電；一熱電轉換材料，其一熱端貼覆結合導熱板，其相反於熱端的一冷端貼覆結合散熱板；其中導熱板為金屬板，其正面貼覆結合在光伏電池的底面，用於將光伏電池的熱傳遞到熱電轉換材料的熱端；散熱板亦為金屬板，其用於與光伏電池下方低溫空氣熱交換，以維持熱電轉換材料的熱端與冷端的溫度差，藉由溫度差直接轉換成電流輸出。藉此，本創作能夠達到提升熱電轉換材料發電效率及排除光伏電池工作廢熱等目的。

Description

光伏熱電複合發電模組及發電裝置

本創作係關於一種複合發電模組及發電裝置，尤指一種光伏熱電複合發電模組及發電裝置。

熱電轉換材料是一種利用溫度差而將熱能和電能互相轉換的半導體材料，將兩種不同成分的金屬導體或半導體連接成封閉迴路，在熱電轉換材料的熱端與冷端處於不同溫度時，此迴路將形成熱電轉換的電動勢而產生電壓。熱電效應的物理機制主要是西貝克效應(Seebeck effect)、皮爾特效應(Peltier effect)、與湯姆森效應(Thomson effect)，此為公知的原理故不另贅述。而除上述的原理之外，依據1911年科學家阿爾騰基希(Edmund Altenkirch)所導證出熱電熱電優質係數(ZT)為：

以上S為西貝克係數，σ為電導率(單位：S/m)，κ為熱傳導率(單位：W/m-K)，T為絕對溫度。熱電優質係數ZT越大的材料其熱電轉換效率越高，此關係式說明一個優良的熱電轉換材料需要高的西貝克係數、低的電阻率，而且熱電轉換材料的熱端與冷端的熱傳導率在發電效率上扮演著重要角色，目前商用的熱電材料的ZT值必須趨近於1才有商業上利用價值，因此如何通過熱電轉換材料熱端與冷端的改進，以提升其熱傳導效率，係為科學上一直在研究改進的目標。

另一方面，現今的光伏電池(太陽能電池)已經在綠能產業上廣泛應用，它主要是利用太陽光線照射的半導體或半導體與金屬組合的部位間以產生電壓與電流，因此能夠用於發電。然光伏電池與一般電子設備一樣怕熱，其工作環境的溫度愈高則發電效率越差，先前麻省理工學院研究已指出，其溫度每升高攝氏1度，光伏電池平均發電量就減少0.45%。為此，如何排除光伏電池工作時的廢熱，同時利用光伏電池的廢熱進行熱電轉換發電，亦為本創作所要克服的課題。

有鑑於上述習知技術之缺憾，創作人有感其未臻於完善，遂竭其心智悉心研究克服，憑其從事該項產業多年之累積經驗，進而研發出一種光伏熱電複合發電模組及發電裝置，進而達到提升熱電轉換材料發電效率，將熱電轉換材料與光伏電池組合應用以利用廢熱發電並擴大整體發電效率，以及排除光伏電池工作廢熱等目的。

本創作之主要目的在於提供一種光伏熱電複合發電模組及發電裝置，其通過光伏電池、熱電轉換材料、導熱板、散熱板及散熱鰭片的構造，組成複合式的發電模組及發電裝置，進而達到提升熱電轉換材料發電效率，將熱電轉換材料與光伏電池組合應用，以利用廢熱發電並擴大整體發電效率，以及排除光伏電池工作廢熱等功效。

為了達到上述目的，本創作之光伏熱電複合發電模組，其較佳的技術方案包含：一光伏電池，其用於將光能轉換成電能進行發電；一熱電轉換材料，其一熱端貼覆結合一導熱板，其相反於該熱端的一冷端貼覆結合一散熱板；其中該導熱板為金屬板，其正面貼覆結合在該光伏電池的底面，用於將該光伏電池的熱傳遞到該熱電轉換材料的熱端；該散熱板為金屬板，其用於與該光伏電池下方低溫空氣熱交換，以維持該熱電轉換材料的熱端與冷端的溫度差，藉由溫度差直接轉換成電流輸出。

上述之光伏熱電複合發電模組中，該熱電轉換材料的溫度差用於產生至少1伏(V)、8毫安(mA)的直流電。

上述之光伏熱電複合發電模組中，該導熱板與該散熱板分別為一鋁板。

上述之光伏熱電複合發電模組中，更包含一散熱鰭片，該散熱鰭片結合在該散熱板相反於該熱電轉換材料的一面。

為了達到上述目的，本創作之一種光伏熱電複合電發電裝置，其包含多數個上述的光伏熱電複合發電模組，以五個該光伏熱電複合發電模組的電極相互串聯成1組，用於提高電壓以產生至少5伏(V)、8毫安(mA)的直流電；再以62組並聯在一起成為光伏熱電複合電發電裝置，用於提升電流以輸出至少5伏(V)、0.5安(A)的直流電。

上述之光伏熱電複合電發電裝置中，多數個該光伏熱電複合發電模組彼此陣列組合在一起，該光伏電池與該熱電轉換材料分別輸出其電壓及電流。

本創作之光伏熱電複合發電模組及發電裝置，通過該熱電轉換材料熱端的導熱板及冷端的散熱板與散熱鰭片構造，能將光伏電池的廢熱通過導熱板熱傳到熱端，再通通冷端的散熱板與散熱鰭片與光伏電池下方的空氣進行熱交換，能達到增進熱電優質係數(ZT)中的熱傳導率(κ)，使其熱電熱電優質係數(ZT)值介於1.83~2.13，增進該熱電轉換材料的發電效率。本創作導熱板貼覆在光伏電池的背面，能夠同時達到利用光伏電池的廢熱進行發電，增進發電模組的整體發電效率，以及及排除光伏電池工作廢熱的功效。

10:光伏電池

20:熱電轉換材料

21:熱端

22:冷端

30:導熱板

40:散熱板

50:散熱鰭片

60:控制單元

圖1為本創作光伏熱電複合發電模組之前視示意圖。

圖2為本創作光伏熱電複合發電模組之立體示意圖。

圖3為本創作光伏熱電複合發電模組之溫差相對發電電壓斜率圖。

圖4為本創作光伏熱電複合發電模組組成電發電裝置之電路參考圖。

茲依附圖實施例將本創作之技術特徵及其作用、目的詳細說明如下：參閱圖1及圖2所示，為本創作之光伏熱電複合發電模組較佳實施例之前視圖與立體圖，其包含一光伏電池10，一熱電轉換材料20、一導熱板30、一散熱板40及一散熱鰭片50，其中：該光伏電池10即為現有的太陽能電池，其用於將光能轉換成電能進行發電；該熱電轉換材料20較佳的為半導體或半導體化合物構成的熱電材料，其一熱端21貼覆結合於該導熱板30，其相反於該熱端21的一冷端22貼覆結合於該散熱板40。

上述該導熱板30為一片狀的金屬板，較佳的選用導熱率較佳的鋁板，其正面通過導熱膠貼覆結合在該光伏電池10的底面，用於將該光伏電池10工作時的熱傳遞到該熱電轉換材料20的熱端21；該散熱板40亦為一片狀的金屬板，較佳的亦選用導熱率較佳的鋁板，其用於與該光伏電池10下方低溫空氣熱交換，進而維持該熱電轉換材料20的熱端21與冷端22的溫度差，俾藉由溫度差轉換成電流輸出。

另外，本創作較佳的還在上述該散熱板40相反於該熱電轉換材料20的一面(下面)結合該散熱鰭片50，該散熱鰭片50用於促進該散熱板40與空氣進行熱交換，進而維持該熱電轉換材料20的冷端22的溫度。

本創作上述該熱電轉換材料20通過其熱端21的導熱板30及冷端22的散熱板40構造，經由該導熱板30熱傳導至熱電轉換材料20的熱端21時(如以下實測統計表1所示)，實測攝氏溫度60.1度~81.1度，冷端攝氏溫度平均26.6度~27.1度，其熱端21與冷端22的溫度差從33.5度~54度可見，當溫度差達到攝氏54度時，本創作上述該光伏熱電複合發電模組的熱電轉換材料20足以產生1.07伏(V)的電壓，而其電流為8毫安(mA)。

本創作該熱電轉換材料20的熱端21通過該導熱板30結合在該光伏電池10底面，且冷端22結合該散熱板40的構造，當光伏電池10在接受到太陽光進行發電時，其廢熱經由導熱板30傳導至熱電轉換材料20的熱端21；並參閱圖3所示為本創作經由實測統計表所繪出的光伏熱電複合發電模組之溫差相對發電電壓斜率圖，由圖中可見每上升1度足以產生0.05伏(V)電壓，當達到攝氏54度的溫度差，可產生1.07伏(V)的電壓；並從以下所示本創作光伏熱電複合發電模組中該熱電轉換材料利用Z-meter量測數據表，可見本創作測量熱電熱電優質係數(ZT)值介於1.83~2.13，是以此其光伏熱電複合發電模組中的熱電轉換材料20所產生的電已足以提供產業上利用。

參閱圖4所示，本創作具體安裝應用時，其較佳的實施例係將五個上述該光伏熱電複合發電模組的電極相互串聯成1組，用於提高電壓以產生至少5伏(V)、8毫安(mA)的直流電；然後再以62組並聯在一起成為光伏熱電複合電發電裝置，並連接於一控制單元60，用於提升電流以輸出至少5伏(V)、0.5安(A)的直流電，達到足以供產業上利用的發電量。其較佳的並將多數該光伏熱電複合發電模組陣列組合在一起，類似一整片太陽能板的構造，使該光伏電池10與該熱電轉換材料20分別輸出其電壓及電流，如此不僅能達成複合式發電的經濟效益，更可利用該熱電轉換材料20、導熱板30、散熱板40及散熱鰭片50，使該光伏電池10的工作溫度不致過高，解決該光伏電池10高溫導致發電量就減少的問題。

本創作在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本創作，而不應解讀為限制本創作之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本創作之範疇內。因此，本創作之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。