[发明专利]一种基于热管导热的太阳能温差发电系统的设计方法

说明书

本发明公开了一种基于热管导热的太阳能温差发电系统的设计方法，所述方法包括如下步骤：步骤一：利用铜片将P型和N型Bi₂Te₃小晶块组成的热电偶串联起来；纯铝薄板上涂覆一层绝缘导热胶后贴在热电偶对的上、下两面，形成集成多对热电偶的温差发电结构；步骤二：超薄热管等间距的排列在矩形光伏电池板下面；步骤三：将温差发电结构分别与热管冷凝端的上、下侧紧密接触，并将两温差发电结构串联；热管蒸发端下侧覆盖一层隔热棉；步骤四：使用DC‑DC的升压芯片和降压芯片设计电路分别将光伏电压和温差电压变换至相同的1.8V输出。本发明提高了太阳能利用率，增加了光伏电池寿命。

技术领域

本发明属于太阳能发电技术领域，涉及一种基于热管传热的光伏电池和温差电池一体化结构的设计方法。

背景技术

太阳能电池可以吸收照射到其表面约80％的太阳辐射，根据不同的光伏材料和技术，其中只有10～20％转换为电能，剩余的能量全部转换为热量。在夏季炎热的晴天，太阳能电池板甚至可以比环境温度高出40℃左右。太阳能电池在使用过程中，持续光照使得电池板温度升高，导致半导体内部载流子的输运特性变差，开路电压随之变小，这会导致太阳能电池的发电效率降低，为了获得更多的电能输出，只有增加太阳能电池板的面积，这就严重地阻碍了太阳能电池的小型化和轻量化设计，限制了太阳能发电技术在微小型领域的应用。另外，若电池板长时间处于高温或者热量散失不均匀的状态也会大大缩短太阳能电池的使用寿命。

Bi₂Te₃是目前最常用的、常温下热电优值最高的热电材料。基于塞贝克效应的温差发电技术消耗热能产生电能，具有安全、无污染、结构简单、使用寿命长等特点，应用前景十分广阔。将光伏发电与温差发电相结合，使用热管将光伏电池板上的废热转移至温差发电结构的热端，一方面可以降低因持续光照而升高的电池板温度，从而保证电池板的性能始终处在一个较高水平并提高电池寿命，另一方面可以产生额外的温差电输出，产生更多的电能，提高太阳能的利用率。

发明内容

为了解决传统光伏发电面临的太阳能利用率低和光伏电池热管理等问题，本发明提供了一种基于热管导热的太阳能温差发电系统的设计方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于热管导热的太阳能温差发电系统的设计方法，包括如下步骤：

步骤一：利用P型和N型Bi₂Te₃小晶块组成多对热电偶；利用铜片将热电偶对串联起来，相邻铜片上晶块的类型不同；纯铝薄板上涂覆一层绝缘导热胶后贴在热电偶对的上、下两面，形成集成多对热电偶的温差发电结构；

步骤二：超薄热管等间距的排列在矩形光伏电池板下面，并根据系统中光伏电池和温差发电结构的大小调整热管的大小和布局；

步骤三：将两块相同的温差发电结构分别与热管冷凝端的上、下侧紧密接触，热管与温差发电结构之间用导热胶连接，并将两温差发电结构串联；热管蒸发端下侧覆盖一层隔热棉；

步骤四：使用DC-DC的升压芯片和降压芯片设计电路分别将光伏电压和温差电压变换至相同的1.8V输出。

相比于现有技术，本发明具有如下优点：

本发明利用热管优异的传热能力和等温特性，将光伏电池因持续光照产生的热量转移给温差电池并利用热量发电，一方面使得光伏电池均匀降温，另一方面增加温差电池的输出，从而提高了太阳能利用率和增加光伏电池寿命。

附图说明

图1为温差发电结构示意图；

图2为太阳能温差发电系统示意图；

图3为输出转换电路原理图；

图4为实施例1中不同光强度下光伏电池上、下表面温度；