專利名稱：太陽能光伏-溫差自動控溫聯合發電裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種太陽能光伏裝置，特別涉及一種太陽能光伏-溫差自動控溫聯合發電裝置。
背景技術：
隨著石油、煤、天然氣等不可再生能源的消耗及資源的衰竭，人們希望通過對太陽能等新能源的開發利用來解決由于不可再生能源資源枯竭所導致的日益嚴重的能源危機。太陽能光伏發電是一種可以直接將太陽能轉化為電能的技術，在其發電過程中不會對周圍環境產生較大的不利影響，因此受到人們越來越多的青睞。目前應用于商業化的光伏電池主要是硅系太陽能光伏電池，其輸出特性隨著溫度的升高而發生顯著的變化開路電壓變小，而短路電流略微增大，導致轉換效率的降低。通常在自然對流的情況下，電池的溫度較環境溫度高30°C以上，而在夏季高溫時會高達50°C以上，此時電池的使用效率和壽命都會 受到直接的影響，因此需要采用有效地降溫措施使之能夠正常工作。半導體溫差發電技術是在燃料電池在實際應用中遇到困難后得到人們關注的。半導體エ藝及材料技術的進步使得較高轉換效率的熱電材料成為可能，它具有無噪音、無磨損、無介質泄露、體積小、重量輕、移動方便、使用壽命長等優點，其后期維護成本幾乎是零。以上因素使得民用領域的溫差電技術成為熱門的研究方向。實驗研究表明，太陽能電池效率隨著溫度的升高而降低，且降幅較大；半導體溫差模塊隨著熱面溫度的升高，其效率和功率都有所増加；煙 效應可以將溫度直接轉化為動力，且隨著出ロ段溫度和高度的升高，這種效應更加的明顯。如果能夠有效地將這三者結合，利用半導體溫差模塊和煙囪式的散熱器在不增加能耗的同時給光伏電池降溫，增加輸出，這樣就在緑色、節能、環保的同時提高了光伏系統的發電效率。
發明內容
本發明是針對光伏系統的發電散熱和效率的問題，提出了一種太陽能光伏-溫差自動控溫聯合發電裝置，采用蓄電池存儲能量，采用煙囪式冷卻器及半導體溫差發電模塊使整個系統具有自動調節溫度、運行平穩可靠，提高了裝置的工作效率。本發明的技術方案為一種太陽能光伏-溫差自動控溫聯合發電裝置，包括太陽能光伏發電系統、溫差發電系統、冷卻系統、電源控制系統和溫度控制系統，太陽能光伏發電系統包含太陽能電池板和電源控制器，溫差發電系統給冷卻系統供電，冷卻系統包含電池板背面通道、管道、蓄水箱、小功率水泵和畑 式散熱器；溫差發電系統包含溫差模塊和U型銅質通道，U型銅質通道安裝在畑 式散熱器中；畑 式散熱器包含由半導體溫差模塊驅動控制的強排風風扇、散熱排、輔助風扇及位于中部的溫差模塊U型銅質通道，溫差模塊位于電池板背面，溫差模塊輸出通過溫度控制系統升壓和穩壓后驅動畑 式散熱器內強排風風扇，溫度控制系統采集太陽能電池板溫度輸出控制信號到電源控制系統，電源控制系統輸出控制輔助風扇。
所述溫差模塊包括半導體溫差發電片和水冷頭，U型銅質通道和半導體溫差發電片通過高導熱和高強度的粘合劑粘結在太陽能電池組件背面。所述煙囪式散熱器中散熱排置于煙囪頂部，強排風風扇和輔助風扇分別布置在散熱排的上下部，溫差模塊U型銅質通道置于煙囪中間位置。所述電源控制系統包含升、降壓模塊、穩壓模塊、蓄電池的充放電保護電路及輸出電路。所述電池板的冷卻除垢水經過散熱排將熱量散發到煙囪式散熱器。本發明的有益效果在干本發明ー種太陽能光伏-溫差自動控溫聯合發電裝置，提高系統的光電轉化效率，同時系統也降低了對環境中排放的二次熱污染。具有高效、節能、緑色、環保的效果。
圖I為本發明太陽能光伏-溫差自動控溫聯合發電裝置原理 圖2為本發明太陽能光伏-溫差自動控溫聯合發電裝置結構框 圖3為本發明太陽能光伏-溫差自動控溫聯合發電裝置中背面溫差模塊剖面 圖4為本發明太陽能光伏-溫差自動控溫聯合發電裝置中太陽能電池板背面改造布置
圖5為本發明太陽能光伏-溫差自動控溫聯合發電裝置中煙囪式冷卻器結構圖。
具體實施例方式系統太陽能光伏-溫差自反饋式聯合發電裝置如圖I、2所示原理和結構框圖，包括太陽能光伏發電系統、溫差發電系統、冷卻系統、電源控制系統和溫度控制系統。以光伏發電系統發電過程中產生的熱作為能源，冷卻水通過背面通道時帶走熱量到畑 式散熱器中將之散發。溫差模塊2均勻置于光伏電池背面和水冷頭之間合適位置，部分熱能轉化為電能。取出其中2組溫差模塊2所發電能通過溫度控制器20的升壓、穩流后供給強排風風扇11，用于加強散熱。同時通過溫度控制器20中的溫差測量模塊測量電池板與環境的溫差，并判斷是否需從電源控制器中分流小部分能量供給輔助風扇10來加強煙囪式散熱排9的散熱效率。溫度控制器20同時可以通過測量對比電池板I、電池板冷卻水、溫差模塊2的溫度，自動判斷是否出現故障，并通過亮警示燈提醒。圖2中所示為太陽能電池板I、溫差模塊2 (主要由半導體溫差發電片24和水冷頭25組成)2、冷卻水進水端3、冷卻水出水端4、溫度測量5、蓄水箱6、小功率循環泵7、煙囪式冷卻器8、散熱排9、輔助風扇10、強排風風扇
11、溫差模塊2冷卻除垢水進出ロ 12、溫差模塊2散熱薄銅管13、光伏電池輸出14、溫差模塊2輸出15、電源控制器16、高容量蓄電池17、蓄電池充放電保護電路18、溫度控制器輸入端19、溫度控制器20、輔助風扇10控制輸入線21、強排風風扇11控制輸出線22、光伏-溫差裝置的冷卻系統23。光伏-溫差裝置的冷卻系統23包含光伏電池板I、煙囪式散熱器8、小功率循環泵
7、蓄水箱6以及溫度控制器20。系統中泵和風扇的工作電壓皆為12V，利用電池板和環境的溫度、泵的功率、流速、散熱排散熱面積、風扇2的額定功率計算適合輔助風扇10的臨界啟動溫度。超過該溫度后，啟動輔助風扇10使得電池板溫度降低，效率提高，發電量増加，且能夠保證所增加 功耗小于系統從臨界溫度降低到穩態溫度時增加的發電量。如圖3所示背面溫差模塊剖面圖，半導體溫差發電片24利用賽貝克效應，將電池板I與水冷頭25之間的溫差直接轉化為電能。其中部分半導體溫差發電通過電源控制器的升壓、穩壓后供給負載或存儲到高容量蓄電池17中。在存儲到高容量蓄電池17時需要接一肖特基ニ極管在蓄電池充電保護電路中。太陽能電池板I背部由粘結劑將標準太陽能電池組件與U型銅質通道26粘成一體，如圖3、圖4所示。U型銅質通道26為冷卻水吸收光伏電池板背面熱量的通道，并在合適位置加裝支架固定通道。冷卻水經冷卻通道進ロ 27進入通道中，吸收熱量后由冷卻通道出口 28到蓄水箱6混勻后，經小功率循環泵7泵入煙囪式散熱器8中散熱。如圖5所示，煙囪式散熱器8包含煙囪結構、散熱排9、冷卻風扇10、冷卻風扇11、溫差模塊散熱薄銅管13。光伏電池板的冷卻除垢水經過散熱排9時將熱量散發到煙囪環境中，冷卻風扇10由2組溫差模塊提供電能持續加強散熱排的對流散熱效果。冷卻風扇11則需要由溫度控制器判斷是否需開啟加強其散熱效果。溫差模塊散熱薄銅管13主要用于控制溫差發電片的冷端溫度在固定范圍，其彎管圈數和彎曲直徑是通過電池板可能達到的最大溫度和煙囪式散熱器中空氣的額定流速計算得到，設計中按照環境溫度25°C計算，需要7圈，其直徑為O. 14m。本發明裝置有8組溫差發電模塊，每片溫差發電片兩面都緊貼太陽能電池和水冷頭，因此存在溫差，產生電流，其中6組溫差模塊的發電量通過電源控制器由蓄電池儲存，剰余2組所發電能則經過溫度控制器的升壓、穩流后供給煙囪式冷卻器中的強排風風扇11 (額定功率為O. 6W)，用于加強光伏電池冷卻水散熱，降低光伏電池溫度，提高光伏電池的光電轉化效率。該結構可以使強排風風扇11在更高的溫度下得到的更多電能，轉速提高，對冷卻水的冷卻效果增加，這樣系統自身就具有反饋調節的作用。而輔助風扇是由溫度控制器來判斷是否開啟的，當測量的電池板溫度達到臨界溫度吋，啟動輔助風扇，用以加強散熱器的散熱效果。臨界溫度是由下式通過通道中冷卻水的流速、光伏電池板背面溫度、散熱排的效率、面積以及輔助風扇10的功耗等計算得到，
A& = 0.52 ReJ5 Pr03e (Pr,/Prw) , SAJim (￡皿-i2) + Mw (Imr - (、+ HrAr (t￡ - 4) = Otta + Qwe，
も^嶼=<4(^-^)(下標1”、、&”、“機”、“(3”、“ド分別為空氣的、與空氣接觸的、與冷卻通道所接觸的以及冷卻介質和散熱器的相關參數)。在環境溫度為25°C，風扇2的額定功率為2. 4W吋，計算得到最佳的臨界溫度為51. 3°C。當電池板溫度高于該溫度是，啟動輔助風扇10使之降低到額定溫度，此時不會造成額外功耗。裝置中煙囪式散熱器是利用煙囪效應的散熱結構，散熱部件主要安裝在煙囪頂部，當冷卻水溫度與環境溫度差越大，煙囪中的抽カ越大，因此換熱效果越大，這樣就使得散熱器本身對太陽能電池板的溫度具有反饋調節的作用，同時也能夠將一部分熱量轉化為動能，降低了對環境的熱污染。煙囪采用正方形結構，結構尺寸由下式通過年環境平均風速和預測電池板的溫度以及散熱排的結構尺寸確定。煙囪高取1.5m，經計算底部邊長為O. 16m，頂部邊長為O. 12m，此時煙囪可以得到最大抽力。~-g)gA
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權利要求
1.一種太陽能光伏-溫差自動控溫聯合發電裝置，包括太陽能光伏發電系統、溫差發電系統、冷卻系統、電源控制系統和溫度控制系統，太陽能光伏發電系統包含太陽能電池板和電源控制器，其特征在于，溫差發電系統給冷卻系統供電，冷卻系統包含電池板背面通道、管道、蓄水箱、小功率水泵和畑 式散熱器；溫差發電系統包含溫差模塊和U型銅質通道，U型銅質通道安裝在畑 式散熱器中；畑 式散熱器包含由半導體溫差模塊驅動控制的強排風風扇、散熱排、輔助風扇及位于中部的溫差模塊U型銅質通道，溫差模塊位于電池板背面，溫差模塊輸出通過溫度控制系統升壓和穩壓后驅動畑 式散熱器內強排風風扇，溫度控制系統采集太陽能電池板溫度輸出控制信號到電源控制系統，電源控制系統輸出控制輔助風扇。
2.根據權利要求I所述太陽能光伏-溫差自動控溫聯合發電裝置，其特征在于，所述溫差模塊包括半導體溫差發電片和水冷頭，U型銅質通道和半導體溫差發電片通過高導熱和高強度的粘合劑粘結在太陽能電池組件背面。
3.根據權利要求I所述太陽能光伏-溫差自動控溫聯合發電裝置，其特征在于，所述煙囪式散熱器中散熱排置于煙 頂部，強排風風扇和輔助風扇分別布置在散熱排的上下部，溫差模塊U型銅質通道置于煙囪中間位置。
4.根據權利要求I所述太陽能光伏-溫差自動控溫聯合發電裝置，其特征在干，所述電源控制系統包含升、降壓模塊、穩壓模塊、蓄電池的充放電保護電路及輸出電路。
5.根據權利要求I所述太陽能光伏-溫差自動控溫聯合發電裝置，其特征在干，所述電池板的冷卻除垢水經過散熱排將熱量散發到畑 式散熱器。
全文摘要
本發明涉及一種太陽能光伏-溫差自動控溫聯合發電裝置，以太陽能光伏發電系統為主能源，半導體溫差發電作為電池溫度反饋和控制的重要輔助手段。半導體溫差發電模塊利用太陽能電池背面與環境溫度之間的溫差發電，并輸送到控制系統中作為自動反饋來調節散熱器中風扇。控制器能夠自動判斷電池板冷卻介質的溫度值是否過高，并由此確定是否啟動煙囪冷卻器中附加強力散熱風扇。而煙囪式散熱器則是利用了煙囪效應達到降低冷卻介質溫度的目的，其冷卻效果與溫度成反比，起到自動反饋調節的作用。裝置將半導體溫差發電與太陽能光伏發電技術有效的結合起來，充分利用太陽能電池發電過程中的低品位熱，將之轉換為散熱的能源，對提高太陽能光伏電池的效率起到很大作用。
文檔編號H01L31/04GK102647122SQ20121014843
公開日2012年8月22日 申請日期2012年5月15日 優先權日2012年5月15日
發明者劉永生, 房文健, 方津, 楊晶晶, 郭保智 申請人:上海電力學院