一種太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)裝置制造方法
【專利摘要】一種太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，包括聚光透鏡和分光器，太陽光經(jīng)聚光透鏡后進(jìn)入分光器分為兩路，一路入射至光伏電池發(fā)電，另一路入射至熱電模塊的熱端實(shí)現(xiàn)溫差發(fā)電，熱電模塊的冷端安裝散熱供熱器，同時(shí)起到對(duì)熱電模塊散熱以及對(duì)外供熱的作用；本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了太陽能的綜合利用，將太陽光譜分為兩路，光伏和熱電模塊均對(duì)外供電，發(fā)電效率高，且利用熱電模塊的冷端散熱量對(duì)外供熱，整體的太陽能利用效率高；熱電模塊冷端的溫度可以在100℃內(nèi)變化，因此，可以供熱的溫度范圍廣，并且整個(gè)裝置的結(jié)構(gòu)簡單緊湊、成本低。
【專利說明】—種太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽能利用【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，能源需求與日俱增，化石能源存在污染日益嚴(yán)重且不可再生的問題，發(fā)展清潔可再生的能源勢在必行。太陽能儲(chǔ)量豐富，是一種環(huán)保清潔的可再生能源，具有資源充足、長壽、分布廣泛、安全、清潔、技術(shù)可靠等優(yōu)點(diǎn)。我國幅員廣大，有著豐富的太陽能資源。據(jù)估算，我國陸地每年接受太陽能輻射能約50X 115MJ,全國太陽能輻射總量約為3350?8370MJ/m2，中值為5860MJ/m2。因此，開發(fā)利用太陽能對(duì)我國今后的能源發(fā)展有著十分重要的意義。
[0003]我國開發(fā)利用太陽能已有幾十年的歷史，特別是太陽能熱水器已成為世界上生產(chǎn)和銷售的第一大國，截止2013年底，我國光伏電站裝機(jī)容量已達(dá)16.5GW，光伏電池的產(chǎn)量也達(dá)到世界產(chǎn)量的一半。盡管如此，太陽能的熱電聯(lián)產(chǎn)裝置卻十分稀少。所謂太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)，就是利用太陽能同時(shí)發(fā)電和供熱，提高太陽能的利用效率，降低成本，且使用范圍更廣，是一種更為高效的大規(guī)模太陽能利用技術(shù)，該技術(shù)的推廣將對(duì)節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境有著十分重要的意義。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)方案中，也有太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)的裝置。申請(qǐng)?zhí)枮?00810117063.X的發(fā)明專利“高效低成本太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)”，采用反射聚光器將太陽光匯聚于吸熱濾光器，濾光器內(nèi)腔中盛裝熱媒，吸收一部分太陽光能量，剩余的部分透射到光伏電池發(fā)電。該裝置僅是光伏電池發(fā)電，另外，反射聚光焦點(diǎn)在吸熱濾光器內(nèi)，進(jìn)入光伏電池時(shí)已經(jīng)發(fā)散，電池的發(fā)電效率低。申請(qǐng)?zhí)枮?00710063481.0的發(fā)明專利“太陽能光電光熱一體化聚集器”、申請(qǐng)?zhí)枮?01220068262.8的實(shí)用新型專利“太陽能光伏光熱復(fù)合組件”以及申請(qǐng)?zhí)枮?01220090618.8的實(shí)用新型專利“一種光伏光熱一體化組件”，三者的基本結(jié)構(gòu)較為類似，均是在光伏電池的背面安裝散熱供熱器，利用光伏電池本身的余熱進(jìn)行供熱。申請(qǐng)?zhí)枮?01110103847.9的發(fā)明專利“太陽能光伏熱電制熱模塊及光伏熱電熱水系統(tǒng)”、申請(qǐng)?zhí)枮?01010214752.X的發(fā)明專利“一種光熱混合發(fā)電及熱利用一體化的太陽能綜合利用系統(tǒng)”，兩者均是一種疊層式的結(jié)構(gòu)，光伏電池、熱電芯片組以及散熱器三者層疊在一起，熱電芯片利用光伏電池的余熱發(fā)電，散熱器則進(jìn)一步利用余熱供熱。申請(qǐng)?zhí)枮?00880025371.8的發(fā)明專利“太陽能熱電和太陽能熱的熱電聯(lián)產(chǎn)”，是吸收太陽輻射傳遞給熱電模塊發(fā)電，熱電模塊的冷端熱量進(jìn)行供熱。
[0005]這些現(xiàn)有的技術(shù)方案中，多采用層疊的技術(shù)方案，利用光伏電池板的余熱進(jìn)行發(fā)電或供熱:(I)光伏電池背面安裝散熱器；(2)光伏電池背面安裝熱電芯片組，芯片組的冷端再安裝散熱器。這樣的方式，受限于光伏電池本身的溫度限制，余熱的品質(zhì)較低，供熱溫度一般不超過50°C，背面安裝的熱電芯片組由于溫差過低，發(fā)電功率和效率均很低。申請(qǐng)?zhí)枮?00810117063.X的發(fā)明專利“高效低成本太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)”，也采用了層疊方式，但散熱供熱器即文中所提到的吸熱濾光器，是放置于光伏電池表面，但由于太陽光的反射聚光焦點(diǎn)在吸熱濾光器內(nèi)，進(jìn)入光伏電池的光已經(jīng)發(fā)散，發(fā)電效率低，此外，同樣的原因，供熱溫度一般不超過50°C。申請(qǐng)?zhí)枮?00880025371.8的發(fā)明專利“太陽能熱電和太陽能熱的熱電聯(lián)產(chǎn)”，僅使用熱電芯片組發(fā)電，而并未采用光伏電池，整體的發(fā)電效率較低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，采用分光的方式，將聚焦后的太陽光分割成兩路，發(fā)電效率高，且整體的太陽能利用率高，此外，可以提供更高品質(zhì)的熱量，供熱溫度可以在100°c以內(nèi)變化，擴(kuò)大供熱范圍。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0008]一種太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，包括聚光透鏡I和分光器2，太陽光經(jīng)聚光透鏡I后進(jìn)入分光器2分為兩路，一路入射至光伏電池3發(fā)電，另一路入射至熱電模塊5的熱端實(shí)現(xiàn)溫差發(fā)電，熱電模塊5的冷端安裝散熱供熱器6，同時(shí)起到對(duì)熱電模塊5散熱以及對(duì)外供熱的作用。
[0009]所述聚光透鏡I使用超白玻璃或透明塑料制作而成，聚光比在100和1000之間。
[0010]所述入射至光伏電池3的一路光主要包括可見光和波長在1.1微米以下的近紅外光部分；另一路光為剩余波段，主要包括遠(yuǎn)紅外和紫外部分，全部入射至熱電模塊5。
[0011]所述熱電模塊5采用單級(jí)熱電芯片或多級(jí)級(jí)聯(lián)的熱電芯片組。
[0012]所述熱電芯片的制作材料隨溫度而不同，應(yīng)用在3 O (TC以內(nèi)環(huán)境采用碲化鉍，300°C到500°C之間環(huán)境采用碲化鉛，5000C以上環(huán)境采用銻化鈷。
[0013]所述熱電模塊5的熱端設(shè)置有對(duì)紫外光及紅外光具有高吸收特性的吸收涂層4。
[0014]所述散熱供熱器6包括一個(gè)帶有進(jìn)水/氣口 7和出水/氣口 8的空腔9，空腔9中有翅片組，翅片組采用板翅片10或針翅片11形式。
[0015]所述散熱供熱器6使用金屬材料加工而成，以銅或者鋁為主。
[0016]所述散熱供熱器6的散熱供熱介質(zhì)是水或者空氣，為建筑物提供熱水或者熱風(fēng)。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0018]1、實(shí)現(xiàn)了太陽能的綜合利用，將太陽光譜分為兩路，光伏和熱電模塊均對(duì)外供電，發(fā)電效率高，且利用熱電模塊的冷端散熱量對(duì)外供熱，整體的太陽能利用效率高。熱電模塊冷端的溫度可以在100°c內(nèi)變化，因此，可以供熱的溫度范圍廣。
[0019]2、整個(gè)裝置的結(jié)構(gòu)簡單緊湊、成本低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2是本發(fā)明散熱供熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖3是本發(fā)明板翅式散熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖4是本發(fā)明針翅式散熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0025]如圖1所示，一種太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，包括聚光透鏡I和分光器2，聚光透鏡I使用超白玻璃或透明塑料制作而成，聚光比在100和1000之間。太陽光經(jīng)聚光透鏡I后進(jìn)入分光器2分為兩路，一路光主要包括可見光和波長在1.1微米以下的近紅外光部分，入射至光伏電池3發(fā)電；另一路光為剩余波段，主要包括遠(yuǎn)紅外和紫外部分，全部入射至熱電模塊5的熱端實(shí)現(xiàn)溫差發(fā)電。為了提高熱電模塊5對(duì)光線的利用效率，熱電模塊5的熱端涂覆有對(duì)紫外光及紅外光具有高吸收特性的吸收涂層4，熱電模塊5的冷端安裝散熱供熱器6，同時(shí)起到對(duì)熱電模塊5散熱以及對(duì)外供熱的作用。
[0026]熱電模塊5采用單級(jí)熱電芯片或多級(jí)級(jí)聯(lián)的熱電芯片組，熱電芯片的制作材料隨溫度而不同，應(yīng)用在300 °C以內(nèi)環(huán)境采用碲化鉍，300 0C到500 °C之間環(huán)境采用碲化鉛，500 0C以上環(huán)境采用銻化鈷。
[0027]如圖2、圖3和圖4所示，散熱供熱器6的主體9為一個(gè)空腔，空腔兩端分別是進(jìn)水/氣口 7和出水/氣口 8，內(nèi)部則是翅片組，可采用板翅片10或針翅片11等形式。散熱供熱器6整體使用金屬材料加工而成，以銅或者鋁為主。散熱供熱介質(zhì)是水或者空氣，為建筑物提供熱水或者熱風(fēng)。
[0028]本發(fā)明的制作方法為:采用超白玻璃制作一個(gè)聚光比滿足要求的聚光透鏡1，然后采用復(fù)合材料制作一個(gè)分光器2，接著購買光伏電池3和熱電模塊5，在熱電模塊的熱端噴涂一層已商用的吸收涂層4，同時(shí)根據(jù)散熱和供熱的需求，設(shè)計(jì)出散熱供熱器6，內(nèi)部的翅片可采用板翅片10或針翅片11，并對(duì)翅片形式進(jìn)行優(yōu)化，得到最優(yōu)的翅片組形式，接下來，采用金屬銅或者鋁，通過外委加工完成。最后將這些部件按照?qǐng)D1所示的光路要求安裝在一起，便形成了一個(gè)太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)裝置。多個(gè)這樣的裝置可組成一個(gè)更大的裝置，從而獲得更大的發(fā)電和供熱功率。
[0029]本發(fā)明的工作原理:本裝置在工作的時(shí)候，采用太陽光自動(dòng)跟蹤裝置，使得聚光透鏡I始終面對(duì)太陽。太陽光經(jīng)聚光透鏡I聚焦成為一束能量密度較高的光線，然后通過分光器2分成兩路。一路主要包括可見光和波長在1.1微米以下的近紅外光部分，屬于光伏利用的波段，入射到光伏板3上，轉(zhuǎn)換為電能，另一路為剩下波段，主要產(chǎn)生熱能，入射到吸收涂層4上，轉(zhuǎn)換成為熱能，傳導(dǎo)至熱電模塊5的熱端，在熱電模塊5的冷端，通過散熱器6進(jìn)行散熱，這樣，熱電模塊5的熱端和冷端便形成溫差。熱電芯片是一種基于塞貝克效應(yīng)的發(fā)電半導(dǎo)體器件，由兩種不同半導(dǎo)電材料(分別被稱為P型和η型材料)組成的回路，如果兩個(gè)接頭的溫度不同，一端為熱量輸入端即熱端，另一端為熱量輸出端即冷端，則回路中會(huì)形成電勢差。實(shí)際應(yīng)用中，通常將P型和η型半導(dǎo)體材料串聯(lián)成多個(gè)ρη對(duì)組成熱電芯片。于是，由于塞貝克效應(yīng)，熱電模塊5便會(huì)對(duì)外供電。散熱器6對(duì)外散熱，需要有空氣或水流過散熱翅片，去吸收這部分需要散失的熱量，這將使得空氣或水的溫度升高，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)外供熱的目的。
【權(quán)利要求】
1.一種太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，其特征在于，包括聚光透鏡(I)和分光器(2)，太陽光經(jīng)聚光透鏡(I)后進(jìn)入分光器(2)分為兩路，一路入射至光伏電池(3)發(fā)電，另一路入射至熱電模塊(5)的熱端實(shí)現(xiàn)溫差發(fā)電，熱電模塊(5)的冷端安裝散熱供熱器(6)，同時(shí)起到對(duì)熱電模塊(5)散熱以及對(duì)外供熱的作用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，其特征在于，所述聚光透鏡(I)使用超白玻璃或透明塑料制作而成，聚光比在100和1000之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，其特征在于，所述入射至光伏電池(3)的一路光主要包括可見光和波長在1.1微米以下的近紅外光部分；另一路光為剩余波段，主要包括遠(yuǎn)紅外和紫外部分，全部入射至熱電模塊(5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，其特征在于，所述熱電模塊(5)采用單級(jí)熱電芯片或多級(jí)級(jí)聯(lián)的熱電芯片組。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，其特征在于，所述熱電芯片的制作材料隨溫度而不同，應(yīng)用在300 0C以內(nèi)環(huán)境采用碲化鉍，300 0C到500 °C之間環(huán)境采用碲化鉛，500 0C以上環(huán)境采用銻化鈷。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，其特征在于，所述熱電模塊(5)的熱端設(shè)置有對(duì)紫外光及紅外光具有高吸收特性的吸收涂層(4)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，其特征在于，所述散熱供熱器(6)包括一個(gè)帶有進(jìn)水/氣口(7)和出水/氣口(8)的空腔(9)，空腔(9)中有翅片組，翅片組采用板翅片10或針翅片11形式。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，其特征在于，所述散熱供熱器(6)使用金屬材料加工而成，以銅或者鋁為主。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述太陽能熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，其特征在于，所述散熱供熱器(6)的散熱供熱介質(zhì)是水或者空氣，為建筑物提供熱水或者熱風(fēng)。
【文檔編號(hào)】H02S10/30GK104378050SQ201410617383
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月5日
【發(fā)明者】金安君, 許世森, 李啟明, 彭文博, 劉大為, 朱連峻, 高虎 申請(qǐng)人:中國華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究院有限公司, 中國華能集團(tuán)公司