CN201414099Y - 太阳能微型发电机组 - Google Patents

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Abstract

本实用新型为一种太阳能微型发电机组，包括太阳能加热装置和温差发电装置，所述的温差发电装置包括热电堆阵列、供热液罐和散热器，热电堆的一面即热面紧贴供热液罐(8)，热电堆的另一面即冷面紧贴散热器，形成温差发电。本实用新型将太阳能热水器的工作介质“水”改换成高沸点的“油”，供热温度提高到150～160℃，可大幅度提高温差发电装置的输出功率。本实用新型适宜家庭供电，或直接用于需要直流供电的电器负载，或配合直流逆变技术供电，多余电能还可馈送电网。而且冷却水可输出达40～50℃，仍可供家庭取暖、洗浴和生活之用。这种低成本、多功能的太阳能发电设备有利于普及推广，真正实现节能减排、保护环境。

Description

太阳能微型发电机组
技术领域
本实用新型为一种以太阳能为热源的发电设备，尤其是一种以改造后的太阳能热水器供热，用热电堆温差发电来实现热-电的直接转换的太阳能微型发电机组。
背景技术
为节能减排，保护环境，利用太阳能发电、供热是个好途径。当前太阳能发电方式都是采取太阳能光伏电池换能的形式，建立起太阳能光伏电站，这种太阳能光伏电站成本较高，不利于普及应用。太阳能热水器则是采取真空玻璃管集热技术把水加热，以供生活需要。
塞贝克效应是温差发电的理论基础，半导体热电元件(以下简称热电堆)就是依据这个理论生产的器件。当在热电堆的两面保持一个温度差，热电堆即可输出电能，且温差越大，发电量越多；例如汽车排气管的温度可达300℃以上，曾经有人利用汽车排气管作热源试验过热电堆温差发电，并取得一定成效，得到结论认为提高热源的温度有利增大输出电功率。这种“温差发电”装置结构简单，无机械运动、无噪声，实现了热-电的直接转换。
实用新型内容
本实用新型解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提供一种低成本、多功能的太阳能发电设备，以太阳能热水器供热，用热电堆实现热-电的直接转换来发电，适宜家庭供电，有利于普及推广，真正实现节能减排、保护环境。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种太阳能微型发电机组，包括太阳能加热装置和温差发电装置，其中所述的温差发电装置包括热电堆阵列、供热液罐和散热器，太阳能加热装置产生的高温液体通过热液循环管道连通到供热液罐，热电堆的一面即热面紧贴供热液罐，热电堆的另一面即冷面紧贴散热器，热电堆上连接发电输出正极和发电输出负极。
所述的太阳能微型发电机组，其中的太阳能加热装置采用太阳能热油器，在热液循环管道和供热液罐中进行循环的是热油。
所述的太阳能微型发电机组，其中的散热器采用循环水冷却散热罐，连接有冷却水进水口和冷却水出水口。冷却水出水口的循环水出水温度为40～50℃。
所述的太阳能微型发电机组，其中的发电输出正极和发电输出负极还连接后续的DC/DC变换器、蓄电池、蓄电池充放电管理模块以及DC/AC逆变器。
上述的技术方案中，由于单个热电堆的发电量小，可用多个热电堆串联、并联的方式组成热电堆阵列增大发电量。还有，热电堆两面的温差越大，发电量越多。如何提高太阳能热水器供热温度？为此要改造太阳能热水器，即将工作介质“水”改换成高沸点的“油”，这样一来太阳能热水器就成了“太阳能热油器”。若不改造太阳能热水器为热油器，建造功率为200W～500W的小型家用直流发电装置困难很多。水的沸点只有100℃，太阳能热水器的供热温度大约在80～90℃；高沸点的“油”的沸点可达300℃以上，供热温度可以高很多。综合考虑现阶段热电堆材料高温下长期工作耐疲劳性能和现行太阳能热水器加温能够达到的温度上限，选150～160℃的供热温度较好。
发电时，热电堆的一面即热面紧贴热源，热电堆的另一面即冷面要良好散热，以保持较低的温度，这样才能保证热电堆的两面有足够大的温差，有足够的电能输出。热电堆的冷面散热的方式很多，如紧贴金属型材散热器、热管散热器等。为作到热能充分利用，热电堆的冷面采取循环水冷却散热措施为好，可设计循环水的出水温度约为40～50℃，这样热电堆两面的温差可达100℃以上。冷却水可供家庭取暖、洗浴和生活之用，虽说太阳能热水器改造成了“太阳能热油器”，仍然起太阳能热水器的作用。
当然，这套温差发电机组还应包括稳压、蓄电池及蓄电池充、放电管理部分，为与现时交流电供电的家电产品兼容，还应有直流逆变部分。
本实用新型的太阳能微型发电机组能够实现多方面的技术效果。考察太阳能发电方案，目前还只有光伏发电一种，以“太阳能热油器”供热、结合热电堆实现温差发电的方案还未见诸报道。采用这一方案很适宜建造功率为200W～500W的微型家用直流发电机组，事实上很多家用电器都适宜或需要低压直流供电，用交流电网供电反倒麻烦，还要增加整流滤波降压环节。这又为社会节约了资源，堪称为一个较大的变革。
太阳能微型发电机组实现了热-电的直接转换，适宜家庭供电，或直接用于需要直流供电的电器负载，或配合直流逆变技术供电，多余电能还可馈送电网。无机械运动、无噪声，而且冷却水仍可供家庭取暖、洗浴和生活之用。这种低成本、多功能的太阳能发电设备有利于普及推广，真正实现节能减排、保护环境。
附图说明
图1是本实用新型以“太阳能热油器”供热、用热电堆实现温差发电输出的示意图；
图2是本实用新型发电输出后续技术处理的框图。
图中的各序号表示的含义为：
(1)太阳能热油器                (2)热液循环管道
(3)散热器                      (4)热电堆阵列
(5)冷却水出水口                (6)隔热材料
(7)热电堆阵列                  (8)供热液罐
(9)冷却水进水口                (10)发电输出负极
(11)发电输出正极               (12)热液循环管道控制阀门
(13)蓄电池                     (14)直流电输出
(15)交流电输出                 (16)交流电输出
(17)DC/AC逆变器                (18)直流电输出
(19)蓄电池充、放电管理模块     (20)DC/DC变换器
具体实施方式
下面结合实施例来进一步解释附图和说明本实用新型的发明所在。
在图1中，本实用新型将太阳能热水器改造成“太阳能热油器”，目的是要提高太阳能热水器供热温度，提高热电堆温差发电的输出功率。因为油类介质沸点高，储热性好，长期工作不易结垢，输出的油温可以高出水温好几十度。太阳能热水器的闷晒温度可达270℃以上，把油介质加热到170～180℃是完全可能的，也就是说把太阳能热水器改造成“太阳能热油器”是简单易行的。
太阳能热油器(1)加热后的油通过热液循环管道(2)进入供热液罐(8)。热电堆阵列(4)、(7)的热面紧贴在供热液罐(8)的外表面，考虑到热油通过循环管道会有一点热量损失，热电堆的热面可被加温到150～160℃的温度。热电堆阵列(4)、(7)的冷面紧贴在冷却水罐的外表面，由通过冷却水罐的循环水来散热。可设计循环水的出水温度约为40～50℃，这样热电堆两面的温差可达100℃以上。冷却水可供家庭之用，作到热能充分利用。图1只绘出冷却水进水口(9)和冷却水出水口(5)，循环水管道等省略未画。热电堆的热面和冷面之间的空隙要用隔热材料(6)填充，电能由发电输出正极(11)和发电输出负极(10)两导线输出。
图2是本实用新型发电输出后续技术处理的框图，热电堆温差发电输出的是直流电，其输出电压的高低由热电堆阵列串联、并联的形式决定。由于热源温度和冷却温度随时变化，其输出电压也随着变化，即这个电压是不稳定的，需要作稳压处理，在发电输出(11)、(10)之后加了DC/DC变换器(20)，其作用是将这个电压变为一个稳定的直流，这个电压的高低可根据具体需要确定。
为预防阴雨天气影响发电，增设蓄电池(13)及蓄电池充、放电管理模块(19)是必要的，其后的直流电输出(14)和(18)两端便可以带直流电器负载了。为与交流电供电兼容，可再加一个DC/AC逆变器(17)，来带动交流负载。为适应较大容量的蓄电池快速充电，还设计一种“积累-瞬时释放”脉冲充电方式，此发明另案申请专利。
实施热电堆温差发电是一个机电一体化的***工程，有一个好的热源仅是个基础，还远远不够，其中机械设计和装配工艺关系着发电成败，电控设计关系着供电质量，都是非常重要的。
综上所述，本实用新型的技术特点是：
1)改造太阳能热水器，即将工作介质“水”改换成高沸点的“油”，这样一来太阳能热水器就成了“太阳能热油器”，以提高供热温度。
2)与热电堆温差发电结合起来，做成家用温差发电装置。目前可做成数百瓦小功率的，将来也有可能做成大功率的，如同太阳能光伏电站那样。
3)热电堆的冷面采取循环水冷却散热措施，设计循环水的出水温度约为45～50℃，冷却水可供家庭之用，作到热能充分利用。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施范例而已，并非对实用新型作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种太阳能微型发电机组，包括太阳能加热装置和温差发电装置，其特征在于：所述的温差发电装置包括热电堆阵列(4、7)、供热液罐(8)和散热器(3)，太阳能加热装置产生的高温液体通过热液循环管道(2)连通到供热液罐(8)，热电堆的一面即热面紧贴供热液罐(8)，热电堆的另一面即冷面紧贴散热器(3)，热电堆上连接发电输出正极(11)和发电输出负极(10)。
2.如权利要求1所述的太阳能微型发电机组，其特征在于所述的太阳能加热装置采用太阳能热油器(1)，在热液循环管道(2)和供热液罐(8)中进行循环的是热油。
3.如权利要求1或2所述的太阳能微型发电机组，其特征在于所述的散热器(3)采用循环水冷却散热罐，连接有冷却水进水口(9)和冷却水出水口(5)。
4.如权利要求3所述的太阳能微型发电机组，其特征在于所述的冷却水出水口(5)的循环水出水温度为40～50℃。
5.如权利要求1、2或4所述的太阳能微型发电机组，其特征在于发电输出正极(11)和发电输出负极(10)还连接后续的DC/DC变换器(20)、蓄电池(11)、蓄电池充放电管理模块(19)以及DC/AC逆变器(17)。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN101958556A (zh) * 2010-10-13 2011-01-26 彭映斌 风力发电与太阳能温差发电互补组合电网
CN105042888A (zh) * 2015-08-04 2015-11-11 上海电力学院 一种结合温差发电和太阳能的天然气管道防冻胀***

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