一种太阳能热电联产装置制造方法
【专利摘要】一种太阳能热电联产装置，包括聚光透镜和分光器，太阳光经聚光透镜后进入分光器分为两路，一路入射至光伏电池发电，另一路入射至热电模块的热端实现温差发电，热电模块的冷端安装散热供热器，同时起到对热电模块散热以及对外供热的作用；本发明实现了太阳能的综合利用，将太阳光谱分为两路，光伏和热电模块均对外供电，发电效率高，且利用热电模块的冷端散热量对外供热，整体的太阳能利用效率高；热电模块冷端的温度可以在100℃内变化，因此，可以供热的温度范围广，并且整个装置的结构简单紧凑、成本低。
【专利说明】—种太阳能热电联产装置
【技术领域】
[0001]本发明属于太阳能利用【技术领域】，特别涉及一种太阳能热电联产装置。
【背景技术】
[0002]随着经济社会的不断发展，能源需求与日俱增，化石能源存在污染日益严重且不可再生的问题，发展清洁可再生的能源势在必行。太阳能储量丰富，是一种环保清洁的可再生能源，具有资源充足、长寿、分布广泛、安全、清洁、技术可靠等优点。我国幅员广大，有着丰富的太阳能资源。据估算，我国陆地每年接受太阳能辐射能约50X 115MJ,全国太阳能辐射总量约为3350?8370MJ/m2，中值为5860MJ/m2。因此，开发利用太阳能对我国今后的能源发展有着十分重要的意义。
[0003]我国开发利用太阳能已有几十年的历史，特别是太阳能热水器已成为世界上生产和销售的第一大国，截止2013年底，我国光伏电站装机容量已达16.5GW，光伏电池的产量也达到世界产量的一半。尽管如此，太阳能的热电联产装置却十分稀少。所谓太阳能热电联产，就是利用太阳能同时发电和供热，提高太阳能的利用效率，降低成本，且使用范围更广，是一种更为高效的大规模太阳能利用技术，该技术的推广将对节能减排、保护环境有着十分重要的意义。
[0004]现有技术方案中，也有太阳能热电联产的装置。申请号为200810117063.X的发明专利“高效低成本太阳能热电联产系统”，采用反射聚光器将太阳光汇聚于吸热滤光器，滤光器内腔中盛装热媒，吸收一部分太阳光能量，剩余的部分透射到光伏电池发电。该装置仅是光伏电池发电，另外，反射聚光焦点在吸热滤光器内，进入光伏电池时已经发散，电池的发电效率低。申请号为200710063481.0的发明专利“太阳能光电光热一体化聚集器”、申请号为201220068262.8的实用新型专利“太阳能光伏光热复合组件”以及申请号为201220090618.8的实用新型专利“一种光伏光热一体化组件”，三者的基本结构较为类似，均是在光伏电池的背面安装散热供热器，利用光伏电池本身的余热进行供热。申请号为201110103847.9的发明专利“太阳能光伏热电制热模块及光伏热电热水系统”、申请号为201010214752.X的发明专利“一种光热混合发电及热利用一体化的太阳能综合利用系统”，两者均是一种叠层式的结构，光伏电池、热电芯片组以及散热器三者层叠在一起，热电芯片利用光伏电池的余热发电，散热器则进一步利用余热供热。申请号为200880025371.8的发明专利“太阳能热电和太阳能热的热电联产”，是吸收太阳辐射传递给热电模块发电，热电模块的冷端热量进行供热。
[0005]这些现有的技术方案中，多采用层叠的技术方案，利用光伏电池板的余热进行发电或供热:(I)光伏电池背面安装散热器；(2)光伏电池背面安装热电芯片组，芯片组的冷端再安装散热器。这样的方式，受限于光伏电池本身的温度限制，余热的品质较低，供热温度一般不超过50°C，背面安装的热电芯片组由于温差过低，发电功率和效率均很低。申请号为200810117063.X的发明专利“高效低成本太阳能热电联产系统”，也采用了层叠方式，但散热供热器即文中所提到的吸热滤光器，是放置于光伏电池表面，但由于太阳光的反射聚光焦点在吸热滤光器内，进入光伏电池的光已经发散，发电效率低，此外，同样的原因，供热温度一般不超过50°C。申请号为200880025371.8的发明专利“太阳能热电和太阳能热的热电联产”，仅使用热电芯片组发电，而并未采用光伏电池，整体的发电效率较低。
【发明内容】
[0006]为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种太阳能热电联产装置，采用分光的方式，将聚焦后的太阳光分割成两路，发电效率高，且整体的太阳能利用率高，此外，可以提供更高品质的热量，供热温度可以在100°c以内变化，扩大供热范围。
[0007]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是:
[0008]一种太阳能热电联产装置，包括聚光透镜I和分光器2，太阳光经聚光透镜I后进入分光器2分为两路，一路入射至光伏电池3发电，另一路入射至热电模块5的热端实现温差发电，热电模块5的冷端安装散热供热器6，同时起到对热电模块5散热以及对外供热的作用。
[0009]所述聚光透镜I使用超白玻璃或透明塑料制作而成，聚光比在100和1000之间。
[0010]所述入射至光伏电池3的一路光主要包括可见光和波长在1.1微米以下的近红外光部分；另一路光为剩余波段，主要包括远红外和紫外部分，全部入射至热电模块5。
[0011]所述热电模块5采用单级热电芯片或多级级联的热电芯片组。
[0012]所述热电芯片的制作材料随温度而不同，应用在3 O (TC以内环境采用碲化铋，300°C到500°C之间环境采用碲化铅，5000C以上环境采用锑化钴。
[0013]所述热电模块5的热端设置有对紫外光及红外光具有高吸收特性的吸收涂层4。
[0014]所述散热供热器6包括一个带有进水/气口 7和出水/气口 8的空腔9，空腔9中有翅片组，翅片组采用板翅片10或针翅片11形式。
[0015]所述散热供热器6使用金属材料加工而成，以铜或者铝为主。
[0016]所述散热供热器6的散热供热介质是水或者空气，为建筑物提供热水或者热风。
[0017]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0018]1、实现了太阳能的综合利用，将太阳光谱分为两路，光伏和热电模块均对外供电，发电效率高，且利用热电模块的冷端散热量对外供热，整体的太阳能利用效率高。热电模块冷端的温度可以在100°c内变化，因此，可以供热的温度范围广。
[0019]2、整个装置的结构简单紧凑、成本低。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本发明的结构示意图。
[0021]图2是本发明散热供热器的结构示意图。
[0022]图3是本发明板翅式散热器的结构示意图。
[0023]图4是本发明针翅式散热器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
[0025]如图1所示，一种太阳能热电联产装置，包括聚光透镜I和分光器2，聚光透镜I使用超白玻璃或透明塑料制作而成，聚光比在100和1000之间。太阳光经聚光透镜I后进入分光器2分为两路，一路光主要包括可见光和波长在1.1微米以下的近红外光部分，入射至光伏电池3发电；另一路光为剩余波段，主要包括远红外和紫外部分，全部入射至热电模块5的热端实现温差发电。为了提高热电模块5对光线的利用效率，热电模块5的热端涂覆有对紫外光及红外光具有高吸收特性的吸收涂层4，热电模块5的冷端安装散热供热器6，同时起到对热电模块5散热以及对外供热的作用。
[0026]热电模块5采用单级热电芯片或多级级联的热电芯片组，热电芯片的制作材料随温度而不同，应用在300 °C以内环境采用碲化铋，300 0C到500 °C之间环境采用碲化铅，500 0C以上环境采用锑化钴。
[0027]如图2、图3和图4所示，散热供热器6的主体9为一个空腔，空腔两端分别是进水/气口 7和出水/气口 8，内部则是翅片组，可采用板翅片10或针翅片11等形式。散热供热器6整体使用金属材料加工而成，以铜或者铝为主。散热供热介质是水或者空气，为建筑物提供热水或者热风。
[0028]本发明的制作方法为:采用超白玻璃制作一个聚光比满足要求的聚光透镜1，然后采用复合材料制作一个分光器2，接着购买光伏电池3和热电模块5，在热电模块的热端喷涂一层已商用的吸收涂层4，同时根据散热和供热的需求，设计出散热供热器6，内部的翅片可采用板翅片10或针翅片11，并对翅片形式进行优化，得到最优的翅片组形式，接下来，采用金属铜或者铝，通过外委加工完成。最后将这些部件按照图1所示的光路要求安装在一起，便形成了一个太阳能热电联产装置。多个这样的装置可组成一个更大的装置，从而获得更大的发电和供热功率。
[0029]本发明的工作原理:本装置在工作的时候，采用太阳光自动跟踪装置，使得聚光透镜I始终面对太阳。太阳光经聚光透镜I聚焦成为一束能量密度较高的光线，然后通过分光器2分成两路。一路主要包括可见光和波长在1.1微米以下的近红外光部分，属于光伏利用的波段，入射到光伏板3上，转换为电能，另一路为剩下波段，主要产生热能，入射到吸收涂层4上，转换成为热能，传导至热电模块5的热端，在热电模块5的冷端，通过散热器6进行散热，这样，热电模块5的热端和冷端便形成温差。热电芯片是一种基于塞贝克效应的发电半导体器件，由两种不同半导电材料(分别被称为P型和η型材料)组成的回路，如果两个接头的温度不同，一端为热量输入端即热端，另一端为热量输出端即冷端，则回路中会形成电势差。实际应用中，通常将P型和η型半导体材料串联成多个ρη对组成热电芯片。于是，由于塞贝克效应，热电模块5便会对外供电。散热器6对外散热，需要有空气或水流过散热翅片，去吸收这部分需要散失的热量，这将使得空气或水的温度升高，从而实现对外供热的目的。
【权利要求】
1.一种太阳能热电联产装置，其特征在于，包括聚光透镜(I)和分光器(2)，太阳光经聚光透镜(I)后进入分光器(2)分为两路，一路入射至光伏电池(3)发电，另一路入射至热电模块(5)的热端实现温差发电，热电模块(5)的冷端安装散热供热器(6)，同时起到对热电模块(5)散热以及对外供热的作用。
2.根据权利要求1所述太阳能热电联产装置，其特征在于，所述聚光透镜(I)使用超白玻璃或透明塑料制作而成，聚光比在100和1000之间。
3.根据权利要求1所述太阳能热电联产装置，其特征在于，所述入射至光伏电池(3)的一路光主要包括可见光和波长在1.1微米以下的近红外光部分；另一路光为剩余波段，主要包括远红外和紫外部分，全部入射至热电模块(5)。
4.根据权利要求1所述太阳能热电联产装置，其特征在于，所述热电模块(5)采用单级热电芯片或多级级联的热电芯片组。
5.根据权利要求4所述太阳能热电联产装置，其特征在于，所述热电芯片的制作材料随温度而不同，应用在300 0C以内环境采用碲化铋，300 0C到500 °C之间环境采用碲化铅，500 0C以上环境采用锑化钴。
6.根据权利要求1所述太阳能热电联产装置，其特征在于，所述热电模块(5)的热端设置有对紫外光及红外光具有高吸收特性的吸收涂层(4)。
7.根据权利要求1所述太阳能热电联产装置，其特征在于，所述散热供热器(6)包括一个带有进水/气口(7)和出水/气口(8)的空腔(9)，空腔(9)中有翅片组，翅片组采用板翅片10或针翅片11形式。
8.根据权利要求1或7所述太阳能热电联产装置，其特征在于，所述散热供热器(6)使用金属材料加工而成，以铜或者铝为主。
9.根据权利要求1或8所述太阳能热电联产装置，其特征在于，所述散热供热器(6)的散热供热介质是水或者空气，为建筑物提供热水或者热风。
【文档编号】H02S10/30GK104378050SQ201410617383
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月5日 优先权日:2014年11月5日
【发明者】金安君, 许世森, 李启明, 彭文博, 刘大为, 朱连峻, 高虎 申请人:中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司, 中国华能集团公司