一种太阳能相变储能式温差发电装置及照明系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种太阳能相变储能式温差发电装置及照明系统，其发电装置包括温差发电板，温差发电板包括吸热式凹型槽基板、温差热电发电模块和散热翅片，吸热式凹型槽基板的凹槽中填装有相变储能材料，导热板通过导热胶封装，导热板的外层涂覆有吸热材料；温差热电发电模块的热端与吸热式凹型槽基板的高温端紧密接触，温差热电发电模块的冷端通过导热板和导热胶与散热翅片相连接；其照明系统包括上述发电装置、太阳能照明控制器、蓄电池和照明灯。本发明采用的吸热式凹型槽基板独特结构，针对太阳能辐照具有优良的吸热与导热作用，吸热式凹型槽基板结合相变储能材料可以提高本系统温差发电模块的热端温度稳定性，提高了热电温差发电效率。
【专利说明】—种太阳能相变储能式温差发电装置及照明系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及太阳能发电领域，更具体地说，涉及一种太阳能相变储能式温差发电装置及照明系统。
【背景技术】
[0002]太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。地球表面某一点24h的年平均辐射强度为0.2Kw/m2,相当于有102000TW的能量；太阳能与LED照明相结合具有一定的发展前景。虽然太阳能资源总量相当于现在人类所利用能源的一万多倍，但太阳能的能量密度低，而且它因地而异，因时而变，这是开发利用太阳能面临的主要问题。太阳能的这些特点使它在照明系统中的作用也受到一定限制。目前，在太阳能照明系统及应用的现有技术中，主要采用太阳能光伏电池。但是太阳能光伏电池的生产成本高、效率较低，成为制约其推广应用的瓶颈；由于投射到太阳能光伏电池板上的光能只有一小部分转化成电能，这是因为它受很多因素的影响。太阳能光伏电池的效率要比理论计算值低很多。太阳能光伏电池中只有那些能量大于其材料“禁带”宽度的光子才能在被吸收时在光伏材料中产生电子-空穴对，而那些能量小于“禁带”宽度的光子即使被吸收也不能产生电子-空穴对，而只能使光伏材料变热浪费掉；当光伏材料“禁带”宽度增加时，被光伏材料吸收的总太阳能就会越来越少。太阳能光伏电池温度每升高1°C，则最大功率减少0.4%;因此，尽管在夏天太阳辐射能量比较大，如果通风不好，导致太阳能光伏电池温度升过高，也可能不会输出很大的功率。因此如何在单位面积内使太阳能的辐照能量得到充分利用，就成为发展太阳能照明工业的一大研究课题。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题在于，提供一种太阳能相变储能式温差发电装置及照明系统，以解决现有太阳能光伏电池存在的因温度升高而导致的最大功率减少、效率降低的问题。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种太阳能相变储能式温差发电装置，包括太阳能相变储能式温差发电板，所述太阳能相变储能式温差发电板包括吸热式凹型槽基板、温差热电发电模块和散热翅片，所述吸热式凹型槽基板的凹槽中填装有相变储能材料，所述吸热式凹型槽基板上方设有导热板，所述导热板通过导热胶封装，所述导热板的外层涂覆有吸热材料；所述温差热电发电模块的热端与吸热式凹型槽基板的高温端紧密接触，温差热电发电模块的冷端通过导热板和导热胶与散热翅片相连接。
[0005]上述方案中，所述相变储能材料包括固-固相变材料和导热粉，所述固-固相变材料为氨甲基丙二醇(amino-methyl-propanediol, AMPD)、(D) 2-茨酮[(D) camphor, DC]、氨甲基丙二醇[AMPD]与(D)2_ 茨酮[(D) camphor, DC]的组合、季戍四醇[petaerythritol,PE]与新戍二醇酯[neopentylglycol, NPG]的组合、(D) 2-茨酮[(D) camphor, DC]与琥拍腈[succinonitrile, SCN]的组合或(D) 2-茨酮[(D) camphor, DC]与新戍二醇酯[NPG]的组合；所述导热粉为纳米碳管、石墨粉、铜粉或陶瓷粉。
[0006]上述方案中，所述相变储能材料为纳米Ti02微胶囊包覆无机物相变材料，所述无机物相变材料为=Mg(NO3)3.6H20/MgCl2、Mg(NO3)3.6H20/A1 (NO3)3.9H20、Mg(NO3)3.6H20/NH4NO3' Mg (NO3) 3.6H20/LiN03、LiN03/NH4N03/KN03、Ca (NO3) 2/LiN03/KN03、Na2P2O4.IOH2O 或NH4Al (SO4) 2.6H20。
[0007]上述方案中，所述相变储能材料为膨胀石墨与八水氢氧化钡的复合物，或膨胀石墨与石蜡的复合物。
[0008]上述方案中，所述吸热式凹型槽基板由铜、铜合金、铝合金或陶瓷制成。
[0009]上述方案中，所述温差热电发电模块包括若干块串联或/和并联的温差发电片单体，所述温差发电片单体与温差发电片单体之间的框形缝隙通过使用绝热材料填满。
[0010]上述方案中，所述绝热材料为玻璃棉毡、矿渣棉、膨胀珍珠岩、硅藻土或岩棉玻璃布缝板。
[0011]本发明还提供了一种太阳能相变储能式温差发电的照明系统，包括上述的发电装置，还包括太阳能照明控制器、蓄电池和照明灯，所述太阳能照明控制器与太阳能相变储能式温差发电板连接，所述蓄电池和照明灯分别与太阳能照明控制器连接。
[0012]上述方案中，所述蓄电池为铅酸蓄电池、镍铬蓄电池、镍氢蓄电池或锂离子蓄电池。
[0013]上述方案中，所述照明灯为LED灯、节能灯、低压钠灯、高压钠灯或无极电磁感应灯。
[0014]上述方案中，所述太阳能照明控制器具有照明灯的控制功能，具有光控、时控功能；具有夜间自动切控负载功能；具有控制蓄电池充放电、温度调节、最大功率跟踪、过充保护、短路保护、反接保护等；同时具有在不同温度和不同太阳辐照情况下智能地输出最大功率功能，以使太阳能相变储能式温差发电的照明系统具有很高的效率。
[0015]本发明提供的一种太阳能相变储能式温差发电装置及照明系统的工作过程如下:
[0016]太阳光照射在导热板外表层的吸热涂料上，并由导热板直接将吸收太阳光的热量传导给吸热式凹槽基板与凹型槽基板中填装的相变储能材料(PCM)。随着太阳光辐照时间增长，凹型槽基板与相变储能材料(PCM)不断的吸收热量并且温度升高；当升高温度达到相变储能材料(PCM)的相变温度时，相变储能材料(PCM)发生相转变，并且储存太阳光辐照产生的系列热量；同时吸热式凹型槽基板处在高温状态。温差热电发电模块的热端与吸热式凹型槽基板的高温端紧密接触，温差热电发电模块的冷端通过导热板和导热胶与散热翅片相连接。相变储能材料(PCM)在太阳光长时间强烈照射下，温度上升至相转变点，相变储能材料(PCM)产生相变并且储存热量；当太阳光弱辐照时(乌云遮挡太阳光)，温度下降至低于相转变点，PCM产生相变释放热量，因此维持温差热电发电模块的热端处于较稳定的高温状态，散热翅片的作用使温差热电发电模块的冷端维持在低温状态。在吸热式凹型槽基板的四周有绝缘材料防止温差热电发电模块热端的热量直接向四周环境传输；在温差发电片单体与温差发电片单体之间的框形缝隙通过使用绝热材料填满，防止热量从温差发电模块的热端直接流向冷端。因此本发明提供的太阳能相变储能式温差发电装置具有独特的吸热、导热与储能相结合的一体化结构，显著提高了太阳能相变储能式温差发电的效率。[0017]本发明的一种太阳能相变储能式温差发电装置与现有技术相比具有以下优点:
[0018]a.本发明的吸热式凹型槽基板的凹槽中填装采用相变储能材料与增强导热性能的结构材料相结合的方式，如:固-固相变材料和导热粉，纳米Ti02微胶囊包覆无机物相变材料，膨胀石墨与八水氢氧化钡的复合物。在凹型槽上方采用导热板通过导热胶封装，导热板外层涂覆有吸热材料。吸热式凹型槽基板独特结构针对太阳能辐照具有优良的直接吸热与导热作用，提高了发电效率。
[0019]b.当太阳光长时间高强度照射时，相变储能材料吸收热量并温度上升至相转变点，将辐照热量储存起来；当太阳被云层遮挡时，相变储能材料吸热减少，温度降低，并且发生相逆转变过程，放出部分热量，因此可以维持本系统温差热电发电模块的热端温度基本不变，提高了热电发电转换效率。本发明中公开了多种相变储能材料，其吸热、导热性能好，有助于提高温差发电板的发电效率。在太阳能辐照强度大的地区可以采用相变转换温度高的相变储能材料，在太阳能辐照较弱的地区可以采用相变转换温度较低的相变储能材料，适用范围广。
[0020]c.本发明发电装置采用相变储能材料，可以克服太阳能光伏发电装置在夏天由于通风不好造成温度升高、输出功率减少的问题。
[0021]d.本发明采用的吸热式凹型槽基板结合相变储能材料的新颖结构，其结构特征简单，便于工业化批量生产，且性能优良，可以提高本系统温差发电模块的热端温度稳定性，提高了热电温差发电效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
[0023]图1是太阳能相变储能式温差发电的照明系统工作结构图；
[0024]图2是系统中太阳能相变储能式温差发电板的结构截面图；
[0025]图3是系统中太阳能相变储能式温差发电板的立体结构装配图；
[0026]图4是系统中吸热式凹型槽基板的结构截面图；
[0027]图5是系统中温差热电发电单体模块的立体结构图。
【具体实施方式】
[0028]为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的【具体实施方式】。
[0029]实施例1
[0030]本发明提供的一种太阳能相变储能式温差发电装置及照明系统，其系统工作结构框图如图1所示，包含太阳能相变储能式温差发电板(见图2、图3)，太阳能照明控制器、蓄电池和照明灯。
[0031]太阳能相变储能式温差发电板包括由吸热式凹型槽基板3(见图4)、温差发电模块5和散热翅片8。吸热式凹型槽基板3采用铜材料，吸热式凹型槽基板3的凹槽中填充相变材料(PCM)为固-固相变材料-导热粉组合4，固-固相变材料采用氨甲基丙二醇[AMPD]-(D)2-莰酮[DC]组合；导热粉采用纳米管；凹型槽上方采用铜板2作为导热板，铜板2与吸热式凹型槽基板3的凹端采用导热胶7封装相变材料4，在导热铜板2外侧涂覆有吸热材料1，温差热电发电模块5的热端直接与吸热式凹型槽基板3下方紧密接触，温差热电发电模块5的冷端通过导热铜板和导热胶7与散热翅片8接触。
[0032]温差热电发电模块5 (见图5)由若干块串联或/和并联的温差发电片单体组成，温差发电模块以发电片为基体，将1-9块发电片通过串、并联链接起来组成发电模块，其中温差发电片单体与温差发电片单体之间的框型缝隙通过绝热材料超细玻璃棉毡9填满，防止热量从发电模块5的热端直接流向冷端，在吸热式凹型槽基板3的外围四周采用绝热材料超细玻璃棉毡9。
[0033]太阳能相变储能式温差发电板与太阳能照明控制器、蓄电池和照明灯形成联接，蓄电池采用铅酸蓄电池，照明灯采用LED灯，形成一种太阳能相变储能式温差发电的照明系统。太阳能相变储能式温差发电板将太阳能辐照在吸热式凹型槽基板上的热量转化为电能，由系统中太阳能照明控制器控制蓄电池充放电；太阳能照明控制器具有过充保护、过放保护、短路保护功能；具有照明灯的控制功能，如采用光控、时控、夜间自动切控照明灯负载功能。
[0034]其工作过程如下:
[0035]太阳能照射在吸热涂料I上，由铜导热板2将吸收太阳光热量传导给以吸热式凹型槽铜基板3与相变储能材料4 ;当相变储能材料4不断吸收热量并且温度升高，达到相转变温度时，相变储能材料4发出相转变并且储存热量；当辐照不充分时，相变储能材料4温度降低，低于相转变温度时，放出热量，并且基本维持温差热电发电模块5的热端处于较稳定高温状态。由于散热翅片8的作用，使温差热电发电模块5的冷端维持低温状态，在吸热式凹型槽基板3的四周有绝热材料超细玻璃棉毡9防止温差热电发电模块5热端的热量直接向周围环境传输，因此温差热电发电转换效率较高。本系统的太阳能相变储能式温差发电板通过将太阳光辐照的热能转换为电能，并由太阳能照明控制器调控铅酸蓄电池的充放电。本系统可以充分保障白天太阳光强烈照射时温差电池发电，蓄电池充电，白天光照充足时，LED灯白天不发光，夜间控制蓄电池向LED照明灯供电。
[0036]实施例2
[0037]本实施例应用实施例1提供的一种太阳能相变储能式温差发电装置及照明系统，不同的只是吸热式凹型槽基板3采用陶瓷材料；在吸热式凹型槽陶瓷基板的凹槽中填装相变材料(PCM)为纳米纳米TiO2微胶囊包覆无机物相变材料混合物Mg(NO3)3.6H20/Al (NO3) 3.9Η20 ;导热板2采用陶瓷板材料；绝热材料9采用膨胀珍珠岩；蓄电池采用锂离子(Liion)蓄电池；照明灯采用直流节能灯。实施例2的工作过程与实施例1相同。
[0038]实施例3
[0039]本实施例应用实施例1提供的一种太阳能相变储能式温差发电装置及照明系统，不同的只是吸热式凹型槽基板3采用铜合金材料；在吸热式凹型槽铜合金基板3的凹槽中填装相变材料(PCM)为膨胀石墨与八水氢氧化钡的复合物；导热板2采用石墨板材料；绝缘材料9采用矿渣棉材料；蓄电池采用镍镉(NiCd)蓄电池；照明灯采用低压钠灯。本实例3的工作过程与实例I相同。
[0040]上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
【权利要求】
1.一种太阳能相变储能式温差发电装置，其特征在于，包括太阳能相变储能式温差发电板，所述太阳能相变储能式温差发电板包括吸热式凹型槽基板、温差热电发电模块和散热翅片，所述吸热式凹型槽基板的凹槽中填装有相变储能材料，所述吸热式凹型槽基板上方设有导热板，所述导热板通过导热胶封装，所述导热板的外层涂覆有吸热材料；所述温差热电发电模块的热端与吸热式凹型槽基板的高温端紧密接触，温差热电发电模块的冷端通过导热板和导热胶与散热翅片相连接。
2.根据权利要求1所述的太阳能相变储能式温差发电装置，其特征在于，所述相变储能材料包括固-固相变材料和导热粉，所述固-固相变材料为氨甲基丙二醇、(D) 2-莰酮、氨甲基丙二醇与(D) 2-莰酮的组合、季戊四醇与新戊二醇酯的组合、(D) 2-莰酮与琥珀腈的组合或(D) 2-莰酮与新戊二醇酯的组合；所述导热粉为纳米碳管、石墨粉、铜粉或陶瓷粉。
3.根据权利要求1所述的太阳能相变储能式温差发电装置，其特征在于，所述相变储能材料为纳米TiO2微胶囊包覆无机物相变材料，所述无机物相变材料为=Mg(NO3)3.6H20/MgCl2、Mg (NO3) 3.6H20/A1 (NO3) 3.9H20、Mg (NO3) 3.6H20/NH4N03、Mg (NO3) 3.6H20/LiN03、LiNO3/NH4N03/KN03、Ca (NO3) 2/LiN03/KN03、Na2P2O4.IOH2O 或 NH4Al (SO4)2.6H20。
4.根据权利要求1所述的太阳能相变储能式温差发电装置，其特征在于，所述相变储能材料为膨胀石墨与八水氢氧化钡的复合物，或膨胀石墨与石蜡的复合物。
5.根据权利要求1所述的太阳能相变储能式温差发电装置，其特征在于，所述吸热式凹型槽基板由铜、铜合金、铝合金或陶瓷制成。
6.根据权利要求1所述的太阳能相变储能式温差发电装置，其特征在于，所述温差热电发电模块包括若干块串联或/和并联的温差发电片单体，所述温差发电片单体与温差发电片单体之间的框形缝 隙通过使用绝热材料填满。
7.根据权利要求6所述的太阳能相变储能式温差发电装置，其特征在于，所述绝热材料为玻璃棉毡、矿渣棉、膨胀珍珠岩、硅藻土或岩棉玻璃布缝板。
8.一种太阳能相变储能式温差发电的照明系统，其特征在于，包括权利要求1-7任意一项中的发电装置，还包括太阳能照明控制器、蓄电池和照明灯，所述太阳能照明控制器与太阳能相变储能式温差发电板连接，所述蓄电池和照明灯分别与太阳能照明控制器连接。
9.根据权利要求8所述的照明系统，其特征在于，所述蓄电池为铅酸蓄电池、镍铬蓄电池、镍氢蓄电池或锂离子蓄电池。
10.根据权利要求8所述的照明系统，其特征在于，所述照明灯为LED灯、节能灯、低压钠灯、高压钠灯或无极电磁感应灯。
【文档编号】H02N11/00GK104022689SQ201410279139
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月20日 优先权日:2014年6月20日
【发明者】袁曦明 申请人:中国地质大学（武汉）