CN115313972A - 一种海上光热联合发电模块 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种海上光热联合发电模块，属于海上发电设备技术领域，包括顶部贯穿的箱体，太阳能电池板水平设置在箱体的内部上侧，温差能发电片设置在太阳能电池板的正下方，两个盒体分别设置在温差能发电片的正下方以及箱体的底部，两组管道分别设置在两个盒体的端部之间，驱动机构设置在管道上，用于实现驱动液体在两个盒体之间循环流动；本发明通过通过太阳能电池板与温差能发电片综合利用光热两种能源进行双能互补联合发电，不仅能够对太阳能电池板发电产生的高温热能进行利用，而且两个盒体内部的冷却液使得温差能发电片远离太阳能电池板一侧处于低温状态，提高温差能发电片的发电效率，能够为深海远洋探索设备提供充足的电能。
Description
技术领域
本发明属于海上发电设备技术领域，具体涉及一种海上光热联合发电模块。
背景技术
随着我国经济生产水平的不断发展，人们从陆地向深海进行探索过程中，对海洋资源的开发、海上养殖、勘探、监测等活动越来越频繁。在深海探索过程中设备供能问题受到关注，由于深海距离较远一般采用自行发电的方式进行供电，例如使用发电机或者太阳能进行发电，发电机需要维护人员定期添加燃料，当出现恶劣天气维护人员无法及时添加燃料时，会导致设备停机等情况。而太阳能发电设备自从1954年科学家首次制成可实用的单晶硅太阳能电池后，光伏电池的工艺发展至今已经经历了三代，具有完整的产业体系，能够利用太阳能为设备源源不断的提供电能，并且海上无遮挡、阳光强度好，能够保证发电设备持续的供能，提高设备对海洋探索的效率。然而在利用太阳能进行光伏发电时，随着海上阳光不断的照射太阳能电池，太阳能电池的温度也不断的升高，在夏季时甚至达到100℃，太阳能电池温度较高会明显的抑制光伏发电效率，导致太阳能电池发电效率较低，无法为设备提供需要的电能。为了海洋探索设备所需电能的稳定供给，一般采用增加太阳能电池板的数量，来保证发电量，极大的增加了设备供能的成本。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种海上光热联合发电模块，以便解决现有技术中的不足。
本发明的技术方案是：一种海上光热联合发电模块，包括顶部贯穿的箱体，太阳能电池板，储能电池，温差能发电片，两个盒体，两组管道，驱动机构；太阳能电池板水平设置在箱体的内部上侧，所述太阳能电池板与箱体连接；储能电池设置在箱体的内部，所述储能电池的输入端与太阳能电池板的输出端电连接，温差能发电片设置在太阳能电池板的正下方，所述温差能发电片的一侧与太阳能电池板的底部贴合连接，温差能发电片的输出端与储能电池的输入端电连接；两个盒体分别设置在温差能发电片的正下方以及箱体的底部，所述盒体与箱体固定连接，温差能发电片远离太阳能电池板的一侧与上侧的盒体顶部贴合连接；两组管道分别设置在两个盒体的端部之间，所述管道的两端分别与两个盒体连通；驱动机构设置在管道上，用于实现驱动液体在两个盒体之间循环流动。
优选的，所述驱动机构包括设置在管道上的微型流体循环泵，微型流体循环泵与储能电池的输出端电连接。
优选的，所述盒体的下侧分别均匀固设有多个散热箱，散热箱与盒体的内部连通。
优选的，所述太阳能电池板的底部设有石墨烯导热片，石墨烯导热片的一侧与太阳能电池板贴合连接，另一侧与温差能发电片贴合连接。
优选的，所述箱***于太阳能电池板的正上方设有聚光器，聚光器与箱体固定连接，聚光器采用反射式聚光器、折射式聚光器、热光伏聚光器以及荧光聚光器中的任意一种。
优选的，所述箱体的内部设有电压调节机构，电压调节机构包括两个稳压器，两个稳压器的输入端分别与太阳能电池板、温差能发电片的输出端电连接，两个稳压器的输出端并联后与储能电池的输入端电连接。
优选的，所述电压调节机构还包括两个变压器，其中一个变压器的输入端与两个稳压器的输出端并联后电连接，其输出端与储能电池电连接，另一个变压器的输入端与储能电池电连接，其输出端与驱动机构的微型流体循环泵电连接。
优选的，所述箱体的内部还设有供电接口，供电接口与储能电池的输出端电连接。
优选的，所述太阳能电池板采用硅太阳能电池、多晶体薄膜电池、有机聚合物电池和有机薄膜电池中的任意一种。
优选的，所述储能电池采用磷酸铁锂电池、铅酸蓄电池、镍基电池中的任意一种。
与现有技术相比，本发明提供的一种海上光热联合发电模块，本发明通过通过太阳能电池板与温差能发电片综合利用光热两种能源进行双能互补联合发电，不仅能够对太阳能电池板发电产生的高温热能进行利用，避免高温影响太阳能电池板的发电效率，而且两个盒体内部的冷却液使得温差能发电片远离太阳能电池板一侧处于低温状态，与太阳能电池板发电产生的高温配合使得温差能发电片进行发电，同时利用海水为箱体底部的盒体持续降温，提高温差能发电片的发电效率，能够为深海远洋探索设备提供充足的电能；通过水泵与储能电池配合使用，能够利用储能电池中储存的太阳能电池板或者温差能发电片产生的电能驱动水泵运行，使得冷却液体在两个盒体之间循环流动，再通过海水对冷却液体进行散热，使得温差能发电片的冷端与热端保持稳定的温度差，使得温差能发电片稳定的发电，进一步提高温差能发电片的发电效率；通过散热箱使得盒体与空气以及海水的面积增大，提高盒题中冷却液的降温速度，同时可以增大冷却液的容量，进一步提高温差能发电片冷端降温的效率；通过聚光器将收集到的太阳光汇聚到太阳能电池板上，达到为太阳能电池板在相同表面积情况下可以提供更多光能的效果，进一步增强太阳能电池板的发电量，同时也为温差能发电片提供热能输入，进一步提高海上发电效率；通过电压调节机构的稳压器将太阳能电池板、温差能发电片两个不同输出电压值调节一致，能够方便整体输入至储能电池中，提高使用方便性；通过变压器用于调节太阳能电池板、温差能发电片输入储能电池的电压以及储能电池的输出电压进行调整，便于太阳能电池板、温差能发电片产生的电能快速存入储能电池中，同时也便于驱动微型流体循环泵运行，进一步提高使用方便性；本发明的水上光热联合发电模块发电效率高，具有更高的能量转换效率和稳定性，可用于一体式海上浮标综合测试***、深海岛礁、钻井平台等探测设备和生活用电等各种应用场景，实用性强，值得推广。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图；
图2是本发明的侧视图；
图3是本发明利用海水散热结构示意图；
图4是本发明的工作原理图。
具体实施方式
本发明提供了一种海上光热联合发电模块，下面结合图1到图4的结构示意图，对本发明进行说明。
实施例1
如图1所示，一种海上光热联合发电模块，包括顶部贯穿的箱体1，太阳能电池板2，储能电池3，温差能发电片4，两个盒体5，两组管道6，驱动机构；太阳能电池板2水平设置在箱体1的内部上侧，所述太阳能电池板2与箱体1连接；储能电池3设置在箱体1的内部，所述储能电池3的输入端与太阳能电池板2的输出端电连接，温差能发电片4设置在太阳能电池板2的正下方，所述温差能发电片4的一侧与太阳能电池板2的底部贴合连接，温差能发电片4的输出端与储能电池3的输入端电连接；两个盒体5分别设置在温差能发电片4的正下方以及箱体1的底部，所述盒体5与箱体1固定连接，温差能发电片4远离太阳能电池板2的一侧与上侧的盒体5顶部贴合连接；两组管道6分别设置在两个盒体5的端部之间，所述管道6的两端分别与两个盒体5连通；驱动机构设置在管道6上，用于实现驱动液体在两个盒体5之间循环流动，用于为温差能发电片4持续提供冷源；本发明通过通过太阳能电池板与温差能发电片综合利用光热两种能源进行双能互补联合发电，不仅能够对太阳能电池板发电产生的高温热能进行利用，避免高温影响太阳能电池板的发电效率，而且两个盒体内部的冷却液使得温差能发电片远离太阳能电池板一侧处于低温状态，与太阳能电池板发电产生的高温配合使得温差能发电片进行发电，同时利用海水为箱体底部的盒体持续降温，提高温差能发电片的发电效率，能够为深海远洋探索设备提供充足的电能。
箱体1可采用高强度耐腐蚀材料，保证设备充分浮力的同时可抗击一定强度的物理撞击，并可以抵御海水的侵蚀，其中，耐腐蚀的材料为钛合金板材、镍基合金板材或者超级不锈钢板材，外部涂以高硬度耐盐腐蚀涂层。金属板材的厚度为0.1～6mm。在壳体内部的空余部分再填充一定量的低密度填充材料，以提高整体结构强度，并对内置设备起到一定的固定作用，发泡材料为发泡聚苯乙烯、发泡聚氨酯类泡沫塑料或发泡PE材料。
温差能发电片4的单片面积为3cm*3cm，工作温度范围为-30～50℃，在温差为65℃以上时，能量转换效率可以达到6％，用于利用温差产生温差能并转化为电能。
优选的，所述太阳能电池板2采用硅太阳能电池、多晶体薄膜电池、有机聚合物电池和有机薄膜电池中的任意一种，具有耐高温、能量转换效率高、稳定、使用寿命长等特性，例如：高性能砷化镓太阳能电池，单片面积为1cm*1cm，工作温度范围为-40～180℃，在聚光装置2的500倍聚光照射后其能量装换效率可以超过40％。
优选的，所述储能电池3采用磷酸铁锂电池、铅酸蓄电池、镍基电池中的任意一种，例如耐高温高性能锂电池，安全工作温度为-10～80℃，总容量不低于10000mAh，储能电池3用于存储太阳能电池板以及温差能发电片产生的电能，并且在恶劣天气或夜间环境中太阳能电池板以及温差能发电片不工作的情况下下为外部负载持续提供电能。
本发明的海上光热联合发电模块工作过程包括充电过程、放电过程：
充电过程：太阳能电池板和温差能发电片为储能电池进行充电，太阳能电池板将接收到的光能转换成电能和热能，热能通过石墨烯导热片传递给温差能发电片，温差能发电片利用冷端和热端产生的温度差将温差能转换成电能，太阳能电池板和温差能发电片分别经过一个稳压器进行稳压，再并联后调压输送至储能电池中。
放电过程：太阳能电池板和温差能发电片获得的电能存储到储能电池中，储能电池为微型流体循环泵和供电接口连接的外部用电设备进行供电。
由于微型流体循环泵的电压不同，使用变压器对储能电池输出电压进行调整，使得微型流体循环泵稳定的工作，同样可以在供电接口上设置变压器，使得储能电池对外部不同的设备进行稳定的供能。
实施例2
为了进一步提高温差能发电片的发电效率，通过通过水泵与储能电池配合使用，能够利用储能电池中储存的太阳能电池板或者温差能发电片产生的电能驱动水泵运行，使得冷却液体在两个盒体之间循环流动，再通过海水对冷却液体进行散热，使得温差能发电片的冷端与热端保持稳定的温度差，使得温差能发电片稳定的发电。
优选的，所述驱动机构包括设置在管道6上的微型流体循环泵21，微型流体循环泵21与储能电池3的输出端电连接，微型流体循环泵21具有可靠性高、低功率、能效高、使用寿命长和耐高温等特性。
如图3所示，优选的，所述盒体5的下侧分别均匀固设有多个散热箱31，散热箱31与盒体5的内部连通，通过散热箱使得盒体与空气以及海水的面积增大，提高盒题中冷却液的降温速度，同时可以增大冷却液的容量，进一步提高温差能发电片冷端降温的效率。
实施例3
为了进一步提高海上发电效率，通过聚光器将收集到的太阳光汇聚到太阳能电池板上，达到为太阳能电池板在相同表面积情况下可以提供更多光能的效果，进一步增强太阳能电池板的发电量，同时也为温差能发电片提供热能输入。
优选的，所述太阳能电池板2的底部设有石墨烯导热片，石墨烯导热片的一侧与太阳能电池板2贴合连接，另一侧与温差能发电片4贴合连接，石墨烯导热片能够提高太阳能电池板2与温差能发电片4的热交换效率。
如图2所示，优选的，所述箱体1位于太阳能电池板2的正上方设有聚光器51，聚光器51与箱体1固定连接，聚光器51采用反射式聚光器、折射式聚光器、热光伏聚光器以及荧光聚光器中的任意一种，聚光器具有聚光倍数高、材质耐磨损、透光性高、重量轻等特性，例如折射式聚光器中的复眼透镜，可同时接收更多的太阳光和改善光斑的均匀性，在40℃的室外光斑处温度可以达到370℃，其大小小于或等于箱体1的外表面积，采用防水胶固定在箱体1的顶部外表面，用于汇聚光照为太阳能电池板2提供更多光照。
实施例4
为了进一步提高使用方便性，通过电压调节机构的稳压器将太阳能电池板、温差能发电片两个不同输出电压值调节一致，能够方便整体输入至储能电池中，通过变压器用于调节太阳能电池板、温差能发电片输入储能电池的电压以及储能电池的输出电压进行调整，便于太阳能电池板、温差能发电片产生的电能快速存入储能电池中，同时也便于驱动微型流体循环泵运行，进一步提高使用方便性。
优选的，所述箱体1的内部设有电压调节机构61，电压调节机构61包括两个稳压器，两个稳压器的输入端分别与太阳能电池板2、温差能发电片4的输出端电连接，两个稳压器的输出端并联后与储能电池3的输入端电连接，稳压器能够稳定和调整温差能发电片4和太阳能电池板3产生的电压值，方便快速输入储能电池3中。
优选的，所述电压调节机构61还包括两个变压器，其中一个变压器的输入端与两个稳压器的输出端并联后电连接，其输出端与储能电池3电连接，另一个变压器的输入端与储能电池3电连接，其输出端与驱动机构的微型流体循环泵21电连接，微型流体循环泵和储能电池的电压不同，需要对太阳能电池板、温差能发电并联输出电压进行相应的升压/降压变换后输入储能电池3中，并且储能电池3的输入端进行相应的升压/降压变换后为微型流体循环泵进行供电。
优选的，所述箱体1的内部还设有供电接口81，供电接口81与储能电池3的输出端电连接，供电接口81能够使用储能电池3的电能为外部设备供能，供电接口81具有使用寿命长、防水性高、防生物腐蚀等特性。
本发明提供的一种海上光热联合发电模块，本发明通过通过太阳能电池板与温差能发电片综合利用光热两种能源进行双能互补联合发电，不仅能够对太阳能电池板发电产生的高温热能进行利用，避免高温影响太阳能电池板的发电效率，而且两个盒体内部的冷却液使得温差能发电片远离太阳能电池板一侧处于低温状态，与太阳能电池板发电产生的高温配合使得温差能发电片进行发电，同时利用海水为箱体底部的盒体持续降温，提高温差能发电片的发电效率，能够为深海远洋探索设备提供充足的电能；通过水泵与储能电池配合使用，能够利用储能电池中储存的太阳能电池板或者温差能发电片产生的电能驱动水泵运行，使得冷却液体在两个盒体之间循环流动，再通过海水对冷却液体进行散热，使得温差能发电片的冷端与热端保持稳定的温度差，使得温差能发电片稳定的发电，进一步提高温差能发电片的发电效率；通过散热箱使得盒体与空气以及海水的面积增大，提高盒题中冷却液的降温速度，同时可以增大冷却液的容量，进一步提高温差能发电片冷端降温的效率；通过聚光器将收集到的太阳光汇聚到太阳能电池板上，达到为太阳能电池板在相同表面积情况下可以提供更多光能的效果，进一步增强太阳能电池板的发电量，同时也为温差能发电片提供热能输入，进一步提高海上发电效率；通过电压调节机构的稳压器将太阳能电池板、温差能发电片两个不同输出电压值调节一致，能够方便整体输入至储能电池中，提高使用方便性；通过变压器用于调节太阳能电池板、温差能发电片输入储能电池的电压以及储能电池的输出电压进行调整，便于太阳能电池板、温差能发电片产生的电能快速存入储能电池中，同时也便于驱动微型流体循环泵运行，进一步提高使用方便性；本发明的水上光热联合发电模块发电效率高，具有更高的能量转换效率和稳定性，可用于一体式海上浮标综合测试***、深海岛礁、钻井平台等探测设备和生活用电等各种应用场景，实用性强，值得推广。
以上公开的仅为本发明的较佳的具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种海上光热联合发电模块，包括：顶部贯穿的箱体(1)，太阳能电池板(2)，水平设置在箱体(1)的内部上侧，所述太阳能电池板(2)与箱体(1)连接；储能电池(3)，设置在箱体(1)的内部，所述储能电池(3)的输入端与太阳能电池板(2)的输出端电连接，其特征在于，还包括：
温差能发电片(4)，设置在太阳能电池板(2)的正下方，所述温差能发电片(4)的一侧与太阳能电池板(2)的底部贴合连接，温差能发电片(4)的输出端与储能电池(3)的输入端电连接；
两个盒体(5)，分别设置在温差能发电片(4)的正下方以及箱体(1)的底部，所述盒体(5)与箱体(1)固定连接，温差能发电片(4)远离太阳能电池板(2)的一侧与上侧的盒体(5)顶部贴合连接；
两组管道(6)，分别设置在两个盒体(5)的端部之间，所述管道(6)的两端分别与两个盒体(5)连通；
驱动机构，设置在管道(6)上，用于实现驱动液体在两个盒体(5)之间循环流动。
2.根据权利要求1所述的一种海上光热联合发电模块，其特征在于，所述驱动机构包括设置在管道(6)上的微型流体循环泵(21)，微型流体循环泵(21)与储能电池(3)的输出端电连接。
3.根据权利要求1所述的一种海上光热联合发电模块，其特征在于，所述盒体(5)的下侧分别均匀固设有多个散热箱(31)，散热箱(31)与盒体(5)的内部连通。
4.根据权利要求1所述的一种海上光热联合发电模块，其特征在于，所述太阳能电池板(2)的底部设有石墨烯导热片，石墨烯导热片的一侧与太阳能电池板(2)贴合连接，另一侧与温差能发电片(4)贴合连接。
5.根据权利要求1所述的一种海上光热联合发电模块，其特征在于，所述箱体(1)位于太阳能电池板(2)的正上方设有聚光器(51)，聚光器(51)与箱体(1)固定连接，聚光器(51)采用反射式聚光器、折射式聚光器、热光伏聚光器以及荧光聚光器中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种海上光热联合发电模块，其特征在于，所述箱体(1)的内部设有电压调节机构(61)，电压调节机构(61)包括两个稳压器，两个稳压器的输入端分别与太阳能电池板(2)、温差能发电片(4)的输出端电连接，两个稳压器的输出端并联后与储能电池(3)的输入端电连接。
7.根据权利要求6所述的一种海上光热联合发电模块，其特征在于，所述电压调节机构(61)还包括两个变压器，其中一个变压器的输入端与两个稳压器的输出端并联后电连接，其输出端与储能电池(3)电连接，另一个变压器的输入端与储能电池(3)电连接，其输出端与驱动机构的微型流体循环泵(21)电连接。
8.根据权利要求1所述的一种海上光热联合发电模块，其特征在于，所述箱体(1)的内部还设有供电接口(81)，供电接口(81)与储能电池(3)的输出端电连接。
9.根据权利要求1所述的一种海上光热联合发电模块，其特征在于，所述太阳能电池板(2)采用硅太阳能电池、多晶体薄膜电池、有机聚合物电池和有机薄膜电池中的任意一种。
10.根据权利要求1所述的一种海上光热联合发电模块，其特征在于，所述储能电池(3)采用磷酸铁锂电池、铅酸蓄电池、镍基电池中的任意一种。
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Citations (4)
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| CN108626084A (zh) * | 2018-04-23 | 2018-10-09 | Edf（中国）投资有限公司 | 一种光热光伏联合发电***及方法 |
| JP2019064492A (ja) * | 2017-10-02 | 2019-04-25 | 株式会社堀内電気 | 船舶、船舶用発電制御装置、および船舶用発電制御方法 |
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| CN112271980A (zh) * | 2020-11-13 | 2021-01-26 | 中国科学技术大学 | 一种基于光热协作发电的聚光型热管式光伏光热*** |
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2022
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