專利名稱：太陽能微型發(fā)電機(jī)組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型為一種以太陽能為熱源的發(fā)電設(shè)備，尤其是一種以改造后的太陽能熱水器供 熱，用熱電堆溫差發(fā)電來實(shí)現(xiàn)熱-電的直接轉(zhuǎn)換的太陽能微型發(fā)電機(jī)組。
背景技術(shù)：
為節(jié)能減排，保護(hù)環(huán)境，利用太陽能發(fā)電、供熱是個(gè)好途徑。當(dāng)前太陽能發(fā)電方式都是 采取太陽能光伏電池?fù)Q能的形式，建立起太陽能光伏電站，這種太陽能光伏電站成本較高， 不利于普及應(yīng)用。太陽能熱水器則是采取真空玻璃管集熱技術(shù)把水加熱，以供生活需要。
塞貝克效應(yīng)是溫差發(fā)電的理論基礎(chǔ)，半導(dǎo)體熱電元件(以下簡(jiǎn)稱熱電堆)就是依據(jù)這個(gè) 理論生產(chǎn)的器件。當(dāng)在熱電堆的兩面保持一個(gè)溫度差，熱電堆即可輸出電能，且溫差越大， 發(fā)電量越多；例如汽車排氣管的溫度可達(dá)300。C以上，曾經(jīng)有人利用汽車排氣管作熱源試驗(yàn) 過熱電堆溫差發(fā)電，并取得一定成效，得到結(jié)論認(rèn)為提高熱源的溫度有利增大輸出電功率。 這種"溫差發(fā)電"裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無機(jī)械運(yùn)動(dòng)、無噪聲，實(shí)現(xiàn)了熱-電的直接轉(zhuǎn)換。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型解決的技術(shù)問題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種低成本、多功能的太陽 能發(fā)電設(shè)備，以太陽能熱水器供熱，用熱電堆實(shí)現(xiàn)熱-電的直接轉(zhuǎn)換來發(fā)電，適宜家庭供電， 有利于普及推廣，真正實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所釆用的技術(shù)方案是提供一種太陽能微型發(fā)電機(jī)組，包括太 陽能加熱裝置和溫差發(fā)電裝置，其中所述的溫差發(fā)電裝置包括熱電堆陣列、供熱液罐和散熱 器，太陽能加熱裝置產(chǎn)生的高溫液體通過熱液循環(huán)管道連通到供熱液罐，熱電堆的一面即熱 面緊貼供熱液罐，熱電堆的另一面即冷面緊貼散熱器，熱電堆上連接發(fā)電輸出正極和發(fā)電輸 出負(fù)極。
所述的太陽能微型發(fā)電機(jī)組，其中的太陽能加熱裝置采用太陽能熱油器，在熱液循環(huán)管 道和供熱液罐中進(jìn)行循環(huán)的是熱油。
所述的太陽能微型發(fā)電機(jī)組，其中的散熱器采用循環(huán)水冷卻散熱罐，連接有冷卻水進(jìn)水 口和冷卻水出水口。冷卻水出水口的循環(huán)水出水溫度為40~50° C。
所述的太陽能微型發(fā)電機(jī)組，其中的發(fā)電輸出正極和發(fā)電輸出負(fù)極還連接后續(xù)的DC/DC 變換器、蓄電池、蓄電池充放電管理模塊以及DC /AC逆變器。
上述的技術(shù)方案中，由于單個(gè)熱電堆的發(fā)電量小，可用多個(gè)熱電堆串聯(lián)、并聯(lián)的方式組 成熱電堆陣列增大發(fā)電量。還有，熱電堆兩面的溫差越大，發(fā)電量越多。如何提高太陽能熱 水器供熱溫度？為此要改造太陽能熱水器，即將工作介質(zhì)"水"改換成高沸點(diǎn)的"油"，這樣 一來太陽能熱水器就成了 "太陽能熱油器"。若不改造太陽能熱水器為熱油器，建造功率為 200W-500W的小型家用直流發(fā)電裝置困難很多。水的沸點(diǎn)只有100°C，太陽能熱水器的供熱
3溫度大約在80~90°C;高沸點(diǎn)的"油"的沸點(diǎn)可達(dá)300。C以上，供熱溫度可以高很多。綜合
考慮現(xiàn)階段熱電堆材料高溫下長期工作耐疲勞性能和現(xiàn)行太陽能熱水器加溫能夠達(dá)到的溫度
上限，選150 160。C的供熱溫度較好。
發(fā)電時(shí)，熱電堆的一面即熱面緊貼熱源，熱電堆的另一面即冷面要良好散熱，以保持較 低的溫度，這樣才能保證熱電堆的兩面有足夠大的溫差，有足夠的電能輸出。熱電堆的冷面 散熱的方式很多，如緊貼金屬型材散熱器、熱管散熱器等。為作到熱能充分利用，熱電堆的 冷面采取循環(huán)水冷卻散熱措施為好，可設(shè)計(jì)循環(huán)水的出水溫度約為40~50°C，這樣熱電堆兩 面的溫差可達(dá)100°C以上。冷卻水可供家庭取暖、洗浴和生活之用，雖說太陽能熱水器改造 成了 "太陽能熱油器"，仍然起太陽能熱水器的作用。
當(dāng)然，這套溫差發(fā)電機(jī)組還應(yīng)包括穩(wěn)壓、蓄電池及蓄電池充、放電管理部分，為與現(xiàn)時(shí) 交流電供電的家電產(chǎn)品兼容，還應(yīng)有直流逆變部分。
本實(shí)用新型的太陽能微型發(fā)電機(jī)組能夠?qū)崿F(xiàn)多方面的技術(shù)效果?？疾焯柲馨l(fā)電方案， 目前還只有光伏發(fā)電一種，以"太陽能熱油器"供熱、結(jié)合熱電堆實(shí)現(xiàn)溫差發(fā)電的方案還未 見諸報(bào)道。采用這一方案很適宜建造功率為200W 500W的微型家用直流發(fā)電機(jī)組，事實(shí)上 很多家用電器都適宜或需要低壓直流供電，用交流電網(wǎng)供電反倒麻煩，還要增加整流濾波降 壓環(huán)節(jié)。這又為社會(huì)節(jié)約了資源，堪稱為一個(gè)較大的變革。
太陽能微型發(fā)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)了熱-電的直接轉(zhuǎn)換，適宜家庭供電，或直接用于需要直流供電 的電器負(fù)載，或配合直流逆變技術(shù)供電，多余電能還可饋送電網(wǎng)。無機(jī)械運(yùn)動(dòng)、無噪聲，而 且冷卻水仍可供家庭取暖、洗浴和生活之用。這種低成本、多功能的太陽能發(fā)電設(shè)備有利于 普及推廣，真正實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境。


圖l是本實(shí)用新型以"太陽能熱油器"供熱、用熱電堆實(shí)現(xiàn)溫差發(fā)電輸出的示意圖2是本實(shí)用新型發(fā)電輸出后續(xù)技術(shù)處理的框圖。
圖中的各序號(hào)表示的含義為.-
(I) 太陽能熱油器 (3)散熱器
(5)冷卻水出水口 (7)熱電堆陣列 (9)冷卻水進(jìn)水口
(II) 發(fā)電輸出正極 (13)蓄電池
(15)交流電輸出
(17) DC/AC逆變器
(19)蓄電池充、放電管理模塊
(2)熱液循環(huán)管道
(4)熱電堆陣列
(6)隔熱材料
(8)供熱液罐
(10)發(fā)電輸出負(fù)極
(12)熱液循環(huán)管道控制閥門
(14)直流電輸出
(16)交流電輸出
(18)直流電輸出
(20) DC/DC變換器具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例來進(jìn)一步解釋附圖和說明本實(shí)用新型的發(fā)明所在。
在圖l中，本實(shí)用新型將太陽能熱水器改造成"太陽能熱油器"，目的是要提高太陽能熱 水器供熱溫度，提高熱電堆溫差發(fā)電的輸出功率。因?yàn)橛皖惤橘|(zhì)沸點(diǎn)高，儲(chǔ)熱性好，長期工 作不易結(jié)垢，輸出的油溫可以高出水溫好幾十度。太陽能熱水器的悶曬溫度可達(dá)270。C以上， 把油介質(zhì)加熱到170 ~180°C是完全可能的，也就是說把太陽能熱水器改造成"太陽能熱油器" 是簡(jiǎn)單易行的。
太陽能熱油器(1)加熱后的油通過熱液循環(huán)管道(2)進(jìn)入供熱液罐(8)。熱電堆陣列 (4)、 (7)的熱面緊貼在供熱液罐(8)的外表面，考慮到熱油通過循環(huán)管道會(huì)有一點(diǎn)熱量損 失，熱電堆的熱面可被加溫到150 160°C的溫度。熱電堆陣列(4)、 (7)的冷面緊貼在冷卻 水罐的外表面，由通過冷卻水罐的循環(huán)水來散熱?？稍O(shè)計(jì)循環(huán)水的出水溫度約為40~50°C， 這樣熱電堆兩面的溫差可達(dá)100°C以上。冷卻水可供家庭之用，作到熱能充分利用。圖l只 繪出冷卻水進(jìn)水口 (9)和冷卻水出水口 (5)，循環(huán)水管道等省略未畫。熱電堆的熱面和冷面 之間的空隙要用隔熱材料(6)填充，電能由發(fā)電輸出正極(11)和發(fā)電輸出負(fù)極(10)兩導(dǎo) 線輸出。
圖2是本實(shí)用新型發(fā)電輸出后續(xù)技術(shù)處理的框圖，熱電堆溫差發(fā)電輸出的是直流電，其 輸出電壓的高低由熱電堆陣列串聯(lián)、并聯(lián)的形式?jīng)Q定。由于熱源溫度和冷卻溫度隨時(shí)變化， 其輸出電壓也隨著變化，即這個(gè)電壓是不穩(wěn)定的，需要作穩(wěn)壓處理，在發(fā)電輸出(11)、 (10) 之后加了DC/DC變換器(20)，其作用是將這個(gè)電壓變?yōu)橐粋€(gè)穩(wěn)定的直流，這個(gè)電壓的高低 可根據(jù)具體需要確定。
為預(yù)防陰雨天氣影響發(fā)電，增設(shè)蓄電池(13)及蓄電池充、放電管理模塊(19)是必要 的，其后的直流電輸出(14)和(18)兩端便可以帶直流電器負(fù)載了。為與交流電供電兼容， 可再加一個(gè)DC/AC逆變器(17)，來帶動(dòng)交流負(fù)載。為適應(yīng)較大容量的蓄電池快速充電，還 設(shè)計(jì)一種"積累-瞬時(shí)釋放"脈沖充電方式，此發(fā)明另案申請(qǐng)專利。
實(shí)施熱電堆溫差發(fā)電是一個(gè)機(jī)電一體化的系統(tǒng)工程，有一個(gè)好的熱源僅是個(gè)基礎(chǔ)，還遠(yuǎn) 遠(yuǎn)不夠，其中機(jī)械設(shè)計(jì)和裝配工藝關(guān)系著發(fā)電成敗，電控設(shè)計(jì)關(guān)系著供電質(zhì)量，都是非常重 要的。
綜上所述，本實(shí)用新型的技術(shù)特點(diǎn)是
1) 改造太陽能熱水器，即將工作介質(zhì)"水"改換成高沸點(diǎn)的"油"，這樣一來太陽能熱 水器就成了 "太陽能熱油器"，以提高供熱溫度。
2) 與熱電堆溫差發(fā)電結(jié)合起來，做成家用溫差發(fā)電裝置。目前可做成數(shù)百瓦小功率的， 將來也有可能做成大功率的，如同太陽能光伏電站那樣。
3) 熱電堆的冷面采取循環(huán)水冷卻散熱措施，設(shè)計(jì)循環(huán)水的出水溫度約為45 50。C，冷卻 水可供家庭之用，作到熱能充分利用。
以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施范例而已，并非對(duì)實(shí)用新型作任何形式上的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或修飾為等同變化的等效 實(shí)施例，但是凡是未脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施 例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種太陽能微型發(fā)電機(jī)組，包括太陽能加熱裝置和溫差發(fā)電裝置，其特征在于所述的溫差發(fā)電裝置包括熱電堆陣列(4、7)、供熱液罐(8)和散熱器(3)，太陽能加熱裝置產(chǎn)生的高溫液體通過熱液循環(huán)管道(2)連通到供熱液罐(8)，熱電堆的一面即熱面緊貼供熱液罐(8)，熱電堆的另一面即冷面緊貼散熱器(3)，熱電堆上連接發(fā)電輸出正極(11)和發(fā)電輸出負(fù)極(10)。
2. 如權(quán)利要求l所述的太陽能微型發(fā)電機(jī)組，其特征在于所述的太陽能加熱裝置采用太 陽能熱油器(1),在熱液循環(huán)管道(2)和供熱液罐(8)中進(jìn)行循環(huán)的是熱油。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的太陽能微型發(fā)電機(jī)組，其特征在于所述的散熱器(3)采用 循環(huán)水冷卻散熱罐，連接有冷卻水進(jìn)水口 (9)和冷卻水出水口 (5)。
4. 如權(quán)利要求3所述的太陽能微型發(fā)電機(jī)組，其特征在于所述的冷卻水出水口 (5)的 循環(huán)水出水溫度為40~50°C。
5. 如權(quán)利要求l、 2或4所述的太陽能微型發(fā)電機(jī)組，其特征在于發(fā)電輸出正極(11) 和發(fā)電輸出負(fù)極(10)還連接后續(xù)的DC/DC變換器(20)、蓄電池(11)、蓄電池充放電管理 模塊(19)以及DC/AC逆變器(17)。
專利摘要本實(shí)用新型為一種太陽能微型發(fā)電機(jī)組，包括太陽能加熱裝置和溫差發(fā)電裝置，所述的溫差發(fā)電裝置包括熱電堆陣列、供熱液罐和散熱器，熱電堆的一面即熱面緊貼供熱液罐(8)，熱電堆的另一面即冷面緊貼散熱器，形成溫差發(fā)電。本實(shí)用新型將太陽能熱水器的工作介質(zhì)“水”改換成高沸點(diǎn)的“油”，供熱溫度提高到150～160℃，可大幅度提高溫差發(fā)電裝置的輸出功率。本實(shí)用新型適宜家庭供電，或直接用于需要直流供電的電器負(fù)載，或配合直流逆變技術(shù)供電，多余電能還可饋送電網(wǎng)。而且冷卻水可輸出達(dá)40～50℃，仍可供家庭取暖、洗浴和生活之用。這種低成本、多功能的太陽能發(fā)電設(shè)備有利于普及推廣，真正實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境。
文檔編號(hào)F24J2/00GK201414099SQ200920157208
公開日2010年2月24日 申請(qǐng)日期2009年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月25日
發(fā)明者華 南, 吳寶生, 楊代禎 申請(qǐng)人:三河華隆新能源有限公司