光伏与半导体温差联合发电系统

960 编辑：中冶有色技术网来源：山西大学

2023-11-01 10:58:12

本发明属于太阳能光伏高效发电与半导体温差发电技术领域，具体涉及光伏与半导体温差联合发电系统。

背景技术：

太阳能光伏发电中，由于太阳光的辐射热30％左右可以通过光伏效应转化为电力，其余约70％的热能没被充分利用，同时因为这部分热量导致太阳能光伏板基板的温度升高。在光照强度一定的条件下，当太阳能光伏电池随温度升高而输出电压降低，输出功率也随之降低，温度每升高1℃，发电效率降低约0.3％。在高温状态下，还容易造成光伏板的面板光斑锈蚀、粘胶老化开裂、使用寿命降低等问题。

光伏板基板降温一般采用轻型铝塑基板，以及高导热性能粘粘合胶等方式，以与环境的自然冷却方式进行降温。然而这也设计不能保证在沙漠、海洋等强照射条件下基板温度在合理范围内，还有夏季环境温度较高温度也容易造成光伏板温度高，而导致发电效率降低，同时太阳能光伏板使用寿命降低。

技术实现要素：

本发明目的是为了解决太阳能光伏板基板超温等影响光伏发电效率及使用寿命的关键问题，以及太阳能光伏板基板余热利用水平低的问题，实现太阳能光伏板在最佳发电效率的智能控制。

为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

光伏与半导体温差联合发电系统，包括太阳能光伏板、太阳能光伏输出开关、太阳能光伏控制器、太阳能光伏蓄电池组、太阳能光伏逆变器、热管、温差发电器、温差发电器高温侧、温差发电器低温侧、补液门、冷却器、温差发电器内阻、温差发电器输出开关、温差发电器控制器、温差发电器蓄电池组、温差发电器逆变器；

所述太阳能光伏板通过太阳能光伏输出开关与太阳能光伏控制器连接，所述太阳能光伏控制器分别与太阳能光伏蓄电池组、太阳能光伏逆变器连接；所述太阳能光伏板上设有均匀分布的若干个热管，所述热管通过贴膜设置在太阳能光伏板上；

所述温差发电器高温侧的出口与冷却器的入口管路连接，所述冷却器的出口与温差发电器低温侧的入口管路连接，所述冷却器还设有补液门用于补充配置好的流动工质，所述温差发电器低温侧的出口与热管的冷端管路连接，所述热管的热端直接与泵接触，用于为泵内的流动介质提供热源，泵与温差发电器高温侧的入口管路连接，所述温差发电器通过温差发电器内阻、温差发电器输出开关与温差发电器控制器连接，所述温差发电器控制器分别与温差发电器蓄电池组、温差发电器逆变器连接。

进一步，所述系统还包括太阳能光伏板基板温度测量元件，所述太阳能光伏板基板温度测量元件设置在所述太阳能光伏板上，所述太阳能光伏板基板温度测量元件与温差发电器控制器连接，所述温差发电器控制器与泵连接。

太阳能光伏发电效率是投资运行的主要技术指标，通过太阳能光伏板基板温度测量元件信号和泵的组合，基于基板温度测点信号，温差发电器控制器控制泵的变频运行，流体介质加速流动对光伏板降温，进行太阳能光伏板最佳效率调整，实现太阳能光伏发电在最佳效率值附近进行光伏发电，从而提高其技术经济性。

进一步，所述系统还包括立式冷却风管、冷却风机，所述冷却风机的出风口设有立式冷却风管，所述冷却器内置在所述立式冷却风管中，所述温差发电器控制器与冷却风机连接。

通过太阳能光伏板基板温度测量元件信号、温差发电器控制器，对泵和冷却风机进行变频控制，获得高温和低温间的较大温差，实现半导体温差发电在最佳效率值附近进行光伏发电，其中通过温差发电器控制器实现对泵的变频控制，可以提高高温侧的热源温度，同时对冷却风机进行变频控制，实现冷源温度的降低。

进一步，所述太阳能光伏蓄电池组与太阳能光伏逆变器连接，用于根据用户的需要提高相应电压规格的电力输出；所述温差发电器蓄电池组与温差发电器逆变器连接，用于根据用户的需要提高相应电压规格的电力输出。

进一步，所述流动工质为微过饱和盐水。通过盐水随环境温度的浓度调节而实现对于太阳能光伏板导热冷却效果，以及在立式冷却风管内的冷却器内的冷却后自动浓度调节，采用配置的微过饱和盐水达到运行安全、易于维护补液、减少成本等目的。

进一步，所述贴膜为石墨贴膜或石墨烯贴膜，在增强换热效果和成本不是主要考虑选项时，可以采用石墨烯做填料，这一过程是使得光伏板的热能够分布均匀，以及能够快速导热，提高换热效率。

与现有技术相比本发明具有以下优点：

本发明将光伏发电系统、半导体温差发电系统、太阳能光伏板降温取热系统、调控系统进行技术耦合，为太阳能光伏的最佳发电效率提供适宜温度条件，同时通过调控系统在保证太阳能光伏的最佳效率基础上，实现半导体温差发电的较好发电效率，提高电能输出。

本发明协同提高太阳能能光伏发电效率及其使用寿命，以及提高半导体温差发电的发电效率，具有先进的技术优势。

附图说明

图1为光伏与半导体温差联合发电系统；

其中，太阳能光伏板1、太阳能光伏输出开关2、太阳能光伏控制器3、太阳能光伏蓄电池组4、太阳能光伏逆变器5、热管6、泵7、温差发电器8、温差发电器高温侧8-1、温差发电器低温侧8-2、补液门9、冷却器10、立式冷却风管11、冷却风机12、温差发电器内阻13、温差发电器输出开关14、温差发电器控制器15、温差发电器蓄电池组16、温差发电器逆变器17、太阳能光伏板基板温度测量元件18。

具体实施方式

如图1所示，光伏与半导体温差联合发电系统，包括太阳能光伏板1、太阳能光伏输出开关2、太阳能光伏控制器3、太阳能光伏蓄电池组4、太阳能光伏逆变器5、热管6、泵7、温差发电器8、温差发电器高温侧8-1、温差发电器低温侧8-2、补液门9、冷却器10、立式冷却风管11、冷却风机12、温差发电器内阻13、温差发电器输出开关14、温差发电器控制器15、温差发电器蓄电池组16、温差发电器逆变器17、太阳能光伏板基板温度测量元件18；

所述太阳能光伏板1通过太阳能光伏输出开关2与太阳能光伏控制器3连接，所述太阳能光伏控制器3分别与太阳能光伏蓄电池组4、太阳能光伏逆变器5连接；所述太阳能光伏板1上设有均匀分布的若干个热管6，所述热管6通过石墨贴膜设置在太阳能光伏板1上；所述温差发电器高温侧8-1的出口与冷却器10的入口管路连接，所述冷却器10的出口与温差发电器低温侧8-2的入口管路连接，所述冷却器10还设有补液门9用于补充配置好的流动工质，所述温差发电器低温侧8-2的出口与热管6的冷端管路连接，所述热管6的热端直接与泵7接触，用于为泵7内的流动介质提供热源，泵7的出口与温差发电器高温侧8-1的入口管路连接，所述温差发电器8通过温差发电器内阻13、温差发电器输出开关14与温差发电器控制器15连接，所述温差发电器控制器分别与温差发电器蓄电池组16、温差发电器逆变器17连接。所述太阳能光伏板基板温度测量元件18设置在所述太阳能光伏板1上，所述太阳能光伏板基板温度测量元件18与温差发电器控制器15连接，所述温差发电器控制器15与泵7连接。所述冷却风机12的出风口设有立式冷却风管11，所述冷却器10内置在所述立式冷却风管11中，所述温差发电器控制器15与冷却风机12连接。所述太阳能光伏蓄电池组4与太阳能光伏逆变器5连接，用于根据用户的需要提高相应电压规格的电力输出；所述温差发电器蓄电池组16与温差发电器逆变器17连接，用于根据用户的需要提高相应电压规格的电力输出。

工作原理：

光伏发电系统为基础发电系统，由在太阳光辐射作用下，太阳能光伏板1内的电池发生光伏效应，形成电子及空穴对的流动，产生光伏电压，经过太阳能光伏输出开关2、太阳能光伏控制器3、太阳能光伏蓄电池组4、太阳能光伏逆变器5实现光伏电力的输出及储能，根据用户的需要提高相应电压规格的电力输出；

半导体温差发电系统，通过热管6和微过饱和盐水对太阳能光伏板1热进行提取降温，通过泵7将热微过饱和盐水送入温差发电器高温侧8-1，温差发电器高温侧8-1的热源来自太阳能光伏板1，然后流出到立式冷却风管11内的冷却器10里，在维护或初始运行时通过补液门9补充配置好的微过饱和盐水，在冷却风机12的强制冷却和立式冷却风管11所形成压力差产生的自然冷却双冷作用下进行降温，然后再流进温差发电器8的低温侧8-2，从而使得温差发电器8两侧产生温差，通过温差发电器内阻13、温差发电器输出开关14、温差发电器控制器15、温差发电器蓄电池组16、温差发电器逆变器17的连接，实现半导体温差发电的电力输出及储能，根据用户的需要提高相应电压规格的电力输出；

太阳能光伏板降温取热系统，热管6粘贴在太阳能光伏板基板上，同时采用石墨贴膜(如图1中的6-0)方式实现基板温度的均匀分布和快速导热，可根据实际需要进行多组热管布片(如图1中的6-1，6-2，6-3，6-4)，在太阳能光伏板基板温度测量元件18信号指令下，对泵7进行变频控制，实现太阳能光伏板降温取热；

调控系统，根据由太阳能光伏板基板温度测量元件18的信号，通过温差发电器控制器15控制泵7的变频运行，实现光伏板温度调控，同时根据温度信号指令，通过温差发电器控制器15控制冷却风机12的变频运行，使得太阳能光伏板1的温度控制在最佳发电效率区间内，以及使得半导体温差发电控制了较大的温差条件，实现半导体温差发电在较佳发电效率区间运行。

温差发电器高温侧和低温侧的流动工质采用微过饱和盐水，通过盐水随环境温度的浓度调节而实现对于太阳能光伏板导热冷却效果，以及在立式冷却风管11内的冷却器10内的冷却后自动浓度调节；

热管6固定在太阳能光伏板1的底板上，采用石墨贴膜加以固定，在增强换热效果和成本不是主要考虑选项时，可以采用石墨烯做填料。

本发明的光伏与半导体温差联合发电系统，提高受温度影响的太阳能光伏发电效率，延长太阳能光伏板使用寿命，实现联合发电供给系统，具有良好的技术经济性。

技术特征：

1.光伏与半导体温差联合发电系统，其特征在于，所述系统包括太阳能光伏板(1)、太阳能光伏输出开关(2)、太阳能光伏控制器(3)、太阳能光伏蓄电池组(4)、太阳能光伏逆变器(5)、热管(6)、泵(7)、温差发电器(8)、温差发电器高温侧(8-1)、温差发电器低温侧(8-2)、补液门(9)、冷却器(10)、温差发电器内阻(13)、温差发电器输出开关(14)、温差发电器控制器(15)、温差发电器蓄电池组(16)、温差发电器逆变器(17)；

所述太阳能光伏板(1)通过太阳能光伏输出开关(2)与太阳能光伏控制器(3)连接，所述太阳能光伏控制器(3)分别与太阳能光伏蓄电池组(4)、太阳能光伏逆变器(5)连接；所述太阳能光伏板(1)上设有均匀分布的若干个热管(6)，所述热管(6)通过贴膜设置在太阳能光伏板(1)上；

所述温差发电器高温侧(8-1)的出口与冷却器(10)的入口管路连接，所述冷却器(10)的出口与温差发电器低温侧(8-2)的入口管路连接，所述冷却器(10)还设有补液门(9)用于补充配置好的流动工质，所述温差发电器低温侧(8-2)的出口与热管(6)的冷端管路连接，所述热管(6)的热端直接与泵(7)接触，用于为泵(7)内的流动介质提供热源，泵(7)的出口与温差发电器高温侧(8-1)的入口管路连接，所述温差发电器(8)通过温差发电器内阻(13)、温差发电器输出开关(14)与温差发电器控制器(15)连接，所述温差发电器控制器分别与温差发电器蓄电池组(16)、温差发电器逆变器(17)连接。

2.根据权利要求1所述的光伏与半导体温差联合发电系统，其特征在于，所述系统还包括太阳能光伏板基板温度测量元件(18)，所述太阳能光伏板基板温度测量元件(18)设置在所述太阳能光伏板(1)上，所述太阳能光伏板基板温度测量元件(18)与温差发电器控制器(15)连接，所述温差发电器控制器(15)与泵(7)连接。

3.根据权利要求2所述的光伏与半导体温差联合发电系统，其特征在于，所述系统还包括立式冷却风管(11)、冷却风机(12)，所述冷却风机(12)的出风口设有立式冷却风管(11)，所述冷却器(10)内置在所述立式冷却风管(11)中，所述温差发电器控制器(15)与冷却风机(12)连接。

4.根据权利要求1所述的光伏与半导体温差联合发电系统，其特征在于，所述太阳能光伏蓄电池组(4)与太阳能光伏逆变器(5)连接，用于根据用户的需要提高相应电压规格的电力输出；所述温差发电器蓄电池组(16)与温差发电器逆变器(17)连接，用于根据用户的需要提高相应电压规格的电力输出。

5.根据权利要求1所述的光伏与半导体温差联合发电系统，其特征在于，所述流动工质为微过饱和盐水。

6.根据权利要求1所述的光伏与半导体温差联合发电系统，其特征在于，所述贴膜为石墨贴膜或石墨烯贴膜。

技术总结

本发明属于太阳能光伏高效发电与半导体温差发电技术领域，具体涉及光伏与半导体温差联合发电系统。针对太阳能光伏板基板超温等影响光伏发电效率及使用寿命的关键问题，以及太阳能光伏板基板余热利用水平低的问题，本发明光伏发电系统为基础发电系统，半导体温差发电系统利用了太阳能光伏板的余热，对光伏板最佳效率创造温度条件，同时将余热转化为电能；太阳能光伏板降温取热系统，采用热管、微过饱和盐水、石墨贴膜组合对太阳能光伏板降温，同时将其热量通过微过饱和盐水流动带出，基于光伏板温度信号通过控制器对泵和冷却风机进行变频控制调整，将太阳能光伏板调整到受温度影响的最佳发电效率区间、将半导体温差发电调整到最佳发电效率区间。

技术研发人员：王秋林

受保护的技术使用者：山西大学

技术研发日：2020.12.29

技术公布日：2021.04.30

声明：

“光伏与半导体温差联合发电系统” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。

我是此专利(论文)的发明人(作者)