本發(fā)明涉及新能源開發(fā)及廢氣再利用領(lǐng)域，具體涉及一種用于冷藏車的利用廢氣余熱和太陽能的雙源發(fā)電系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

目前，汽車發(fā)動機對于燃油的能量轉(zhuǎn)化效率僅僅維持在40％左右，還有大約60％的能量被排放到周圍的空氣中沒有被利用起來。在60％的能量中大約有30％的能量以余熱的方式排放到空氣中，剩下的部分能量用于冷卻。不可避免的造成了能量的浪費和對環(huán)境的破壞。溫差發(fā)電技術(shù)能夠充分利用排氣中的廢氣余熱，一方面可以減少能源的浪費，另一方面可以減少發(fā)動機排放污染物對空氣的影響。溫差發(fā)電技術(shù)具有無污染，無噪聲等優(yōu)點，隨著高性能、低成本的熱電轉(zhuǎn)換器的出現(xiàn)以及現(xiàn)有能源的不斷枯竭，這種發(fā)電技術(shù)已經(jīng)在國外廣泛發(fā)展起來，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

隨著人們生活水平的提高，人們越來越依賴于冷藏車的應(yīng)用?，F(xiàn)階段，冷藏車一般通過發(fā)動機的機械功帶動發(fā)電機工作，將產(chǎn)生的電能存儲在蓄電池中以供壓縮機制冷使用。對于冷藏車的遠(yuǎn)距離運輸，若只能通過此方式來帶動壓縮機制冷工作，這樣無疑會加大對發(fā)動機的負(fù)荷，對發(fā)動機的動力性造成影響，加大燃油的消耗以及加大汽車排放污染物對環(huán)境的影響。

另一方面，在能源急劇短缺、環(huán)境問題日益凸顯的當(dāng)代，太陽能作為新一代的可再生能源，具有非常光明的應(yīng)用前景。相比于傳統(tǒng)燃料，太陽能具有無污染、取之不盡、用之不竭等優(yōu)點，是解決能源危機、保護(hù)環(huán)境的一種重要能量來源。目前，太陽能在光電方面的應(yīng)用大多通過單晶硅太陽能電池來實現(xiàn)，雖然這種單晶硅太陽能電池發(fā)展至今可以獲得較高的光電轉(zhuǎn)化效率，但是使用單晶硅作為制備材料無疑會加大電池板的制備成本。鈣鈦礦太陽能電池作為一種新型的太陽能電池具有光電轉(zhuǎn)化效率高、制備工藝簡單以及成本低等特點，這種太陽能電池具備傳統(tǒng)太陽能電池?zé)o可比擬的優(yōu)點。目前的高效鈣鈦礦太陽能電池大多以tio2作為電子傳輸層，這樣雖然能夠使鈣鈦礦太陽能電池獲得較高的光電轉(zhuǎn)換效率，但是不可避免的存在著一定的缺陷。一方面，在太陽光中紫外線的照射下tio2中以及其表面的氧空位會吸附大氣中的氧分子，形成表面分子氧的解吸附。另一方面，空氣中存在著大量的水蒸氣，極易造成鈣鈦礦太陽能電池封裝的破壞。以上兩種情況都會使得鈣鈦礦太陽能電池的性能迅速衰減，極易影響器件的穩(wěn)定性。例如論文《一種汽車尾氣溫差發(fā)電及車頂太陽能發(fā)電的實驗裝置》中所述的將傳統(tǒng)的太陽能電池板布置在汽車車廂頂?shù)耐獠?，這樣無疑會加速電池板性能的衰退。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在不足，本發(fā)明提供了一種用于冷藏車的利用廢氣余熱和太陽能的雙源發(fā)電系統(tǒng)和方法，主要通過以下技術(shù)手段實現(xiàn)上述技術(shù)目的。

一種用于冷藏車的利用廢氣余熱和太陽能的雙源發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包括發(fā)動機、溫差發(fā)電裝置、控制管理單元、太陽能電池板、冷藏車車廂、發(fā)電機、穩(wěn)壓器、蓄電池組、負(fù)載以及透明玻璃；

所述溫差發(fā)電裝置、太陽能電池板、發(fā)電機以及蓄電池組與均控制管理單元相連接；溫差發(fā)電裝置將發(fā)動機排氣管與冷藏車車廂內(nèi)的溫差信號傳送給控制管理單元，太陽能電池板將其溫度傳送給控制管理單元，控制管理單元分別控制溫差發(fā)電裝置和太陽能電池板工作；發(fā)電機將發(fā)電機的轉(zhuǎn)停信號傳送給控制管理單元；蓄電池組將蓄電池組的電量信號傳送給控制管理單元，控制管理單元分別控制發(fā)電機和蓄電池組工作；所述溫差發(fā)電裝置、太陽能電池板與發(fā)電機均與穩(wěn)壓器相連接，溫差發(fā)電裝置、太陽能電池板與發(fā)電機將產(chǎn)生的電能經(jīng)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后用于負(fù)載做功；

所述發(fā)動機的排氣管的與溫差發(fā)電裝置的一端相連；所述溫差發(fā)電裝置固定在冷藏車車廂的底部，溫差發(fā)電裝置的上表面置于冷藏車車廂的內(nèi)部，且溫差發(fā)電裝置的上表面高于冷藏車車廂底部平面；所述冷藏車車廂頂部安裝有透明玻璃；所述太陽能電池板固定在冷藏車車廂頂部的透明玻璃之下。

所述溫差發(fā)電裝置包括管道、熱電材料、集熱管和外殼；管道一端為進(jìn)氣口，另一端為出氣口，管道的進(jìn)氣口與發(fā)動機的排氣管的通過法蘭連接；集熱管包裹在管道外部，外殼包裹在集熱管外部，集熱管與外殼之間填充有熱電材料，熱電材料的與外殼之間填充有導(dǎo)熱材料。

所述溫差發(fā)電裝置通過螺栓與螺栓板固定在冷藏車車廂底部；所述透明玻璃通過玻璃膠及螺栓固定在冷藏車車廂的頂部；所述太陽能電池板通過螺栓與螺栓板固定在冷藏車車廂頂部的透明玻璃之下。

所述熱電材料采用半導(dǎo)體材料，材料為bi2se3。

所述外殼為不銹鋼sus304。

所述透明玻璃為雙層中空low-e玻璃。

所述太陽能電池板為鈣鈦礦太陽能電池，所述鈣鈦礦太陽能電池包括電極、空穴傳輸層、電子傳輸層、吸光層和基底層，其中，電極為au，空穴傳輸層材料為spiro-ometad，電子傳輸層材料為tio2，吸光層為鈣鈦礦ch3nh3pbi3，基底層為導(dǎo)電玻璃fto。

一種用于冷藏車的利用廢氣余熱和太陽能的雙源發(fā)電方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：發(fā)動機將工作過程中產(chǎn)生的高溫廢氣排入溫差發(fā)電裝置，包裹在管道外部的集熱管收集熱量，并將此時集熱管表面的溫度傳送給熱電材料；

步驟二：導(dǎo)熱材料與熱電材料之間的分割面為曲面ⅱ，溫差發(fā)電裝置置于冷藏車車廂內(nèi)部的上表面為曲面ⅰ，曲面ⅰ通過導(dǎo)熱材料將冷藏車車廂內(nèi)的溫度傳送給曲面ⅱ，使曲面ⅱ上的溫度與曲面ⅰ上的溫度一致，熱電材料采集曲面ⅱ上的溫度，并將曲面ⅱ和集熱管表面的溫差傳送給控制管理單元；

步驟三：當(dāng)溫差數(shù)值處于熱電材料溫度承受范圍之內(nèi)時，控制管理單元控制溫差發(fā)電裝置工作，進(jìn)行發(fā)電，并將電能傳送給穩(wěn)壓器；

步驟四：太陽能電池板將其電池板上的溫度數(shù)值傳送給控制管理單元，當(dāng)溫度數(shù)值處于熱電材料溫度承受范圍之內(nèi)時，控制管理單元控制太陽能電池板工作，進(jìn)行發(fā)電，并將電能傳送給穩(wěn)壓器；

步驟五：當(dāng)發(fā)動機工作時，帶動發(fā)電機工作，將溫差發(fā)電裝置、太陽能電池板與發(fā)電機產(chǎn)生的電能經(jīng)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后傳送給負(fù)載做功；

步驟六：當(dāng)發(fā)動機停止工作時，發(fā)電機也停止工作，將溫差發(fā)電裝置與太陽能電池板產(chǎn)生的電能經(jīng)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后傳送給蓄電池組儲存，若此時蓄電池組的電量為充滿狀態(tài)，控制管理單元控制溫差發(fā)電裝置、太陽能電池板停止工作。

本發(fā)明的有益效果在于：

1、將溫差發(fā)電裝置的上表面安裝在冷藏車車廂的內(nèi)部，冷藏車車廂的低溫環(huán)境可以作為溫差發(fā)電裝置的冷端，為其提供較低的溫度，從而在溫差發(fā)電裝置中形成較高且較穩(wěn)定的溫度差，并且提高裝置的熱電裝換效率；同時，溫差發(fā)電裝置中的熱電材料以bi2se3作為半導(dǎo)體材料，這樣可以充分利用bi2se3良好的導(dǎo)電性及較差的導(dǎo)熱性，最終保證冷藏車車廂內(nèi)的低溫環(huán)境不受到排氣高溫?zé)醾鲗?dǎo)的影響。

2、目前，鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性限制著其快速發(fā)展。冷藏車內(nèi)的溫度較低，其內(nèi)部空氣相對干燥。將鈣鈦礦太陽能電池置于冷藏車車廂內(nèi)，能夠降低電池板性能的衰減速度，保證鈣鈦礦太陽能電池板長期有效的工作；此外安裝于車廂頂部的雙層中空low-e玻璃能夠吸收太陽光中的紫外線，減小太陽光中紫外線對tio2電子傳輸材料的氧吸附現(xiàn)象，從而降低了鈣鈦礦太陽能電池光電轉(zhuǎn)換性能的衰減速度。保證了鈣鈦礦太陽能電池持續(xù)有效的進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，為車內(nèi)電器源源不斷的提供能量，降低發(fā)動機的負(fù)荷，從而提高發(fā)動機的燃油經(jīng)濟(jì)性與動力性。

附圖說明

圖1為一種用于冷藏車的利用廢氣余熱和太陽能的雙源發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為溫差發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為溫差發(fā)電裝置a-a剖面圖。

其中：1-發(fā)動機；2-溫差發(fā)電裝置；3-控制管理單元；4-太陽能電池板；5-冷藏車車廂；6-發(fā)電機；7-穩(wěn)壓器；8-蓄電池組；9-負(fù)載；10-熱電材料；11-集熱管；12-外殼；13-透明玻璃。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖以及具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。

如圖1所示，一種用于冷藏車的利用廢氣余熱和太陽能的雙源發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包括發(fā)動機1、溫差發(fā)電裝置2、控制管理單元3、太陽能電池板4、冷藏車車廂5、發(fā)電機6、穩(wěn)壓器7、蓄電池組8、負(fù)載9以及透明玻璃13；所述溫差發(fā)電裝置2、太陽能電池板4、發(fā)電機6以及蓄電池組8與均控制管理單元3相連接；溫差發(fā)電裝置2將發(fā)動機1排氣管與冷藏車車廂5內(nèi)的溫差信號傳送給控制管理單元3，太陽能電池板4將其溫度傳送給控制管理單元3，控制管理單元3分別控制溫差發(fā)電裝置2和太陽能電池板4工作；發(fā)電機6將發(fā)電機6的轉(zhuǎn)停信號傳送給控制管理單元3；蓄電池組8將蓄電池組8的電量信號傳送給控制管理單元3，控制管理單元3分別控制發(fā)電機6和蓄電池組8工作；所述溫差發(fā)電裝置2、太陽能電池板4與發(fā)電機6均與穩(wěn)壓器7相連接，溫差發(fā)電裝置2、太陽能電池板4與發(fā)電機6將產(chǎn)生的電能經(jīng)穩(wěn)壓器7穩(wěn)壓后用于負(fù)載9做功；所述發(fā)動機1的排氣管與溫差發(fā)電裝置2的一端相連；所述溫差發(fā)電裝置2通過螺栓與螺栓板固定在冷藏車車廂5的底部，溫差發(fā)電裝置2的上表面置于冷藏車車廂5的內(nèi)部，且溫差發(fā)電裝置2的上表面高于冷藏車車廂5底部平面，增加接觸面積,加快傳熱的速度；所述透明玻璃13通過玻璃膠及螺栓安裝在冷藏車車廂5頂部中間位置；所述太陽能電池板4通過螺栓與螺栓板固定在冷藏車車廂5頂部的透明玻璃13之下；所述太陽能電池板4為鈣鈦礦太陽能電池，所述鈣鈦礦太陽能電池包括電極、空穴傳輸層、電子傳輸層、吸光層和基底層，其中，電極為au，空穴傳輸層材料為spiro-ometad，電子傳輸層材料為tio2，吸光層為鈣鈦礦ch3nh3pbi3，基底層為導(dǎo)電玻璃fto。

如圖2所示，溫差發(fā)電裝置2包括管道、熱電材料10、集熱管11和外殼12；外殼12的材料為不銹鋼sus304，熱電材料10是材料為bi2se3的半導(dǎo)體材料；管道一端為進(jìn)氣口，另一端為出氣口，管道的進(jìn)氣口與發(fā)動機1的排氣管的通過法蘭連接。

如圖3所示，集熱管11包裹在管道外部，集熱管11與外殼12之間填充有熱電材料10，熱電材料10的上面與外殼12上半部分之間填充有導(dǎo)熱材料。導(dǎo)熱材料與集熱管11之間的分割面為曲面ⅱ，溫差發(fā)電裝置2置于冷藏車車廂5內(nèi)部的上表面為曲面ⅰ。

具體工作過程如下，當(dāng)發(fā)動機1將工作過程中產(chǎn)生的高溫廢氣排入溫差發(fā)電裝置2時，包裹在管道外部的集熱管11收集熱量，并將此時集熱管11表面的溫度傳送給熱電材料10；導(dǎo)熱材料與熱電材料10之間的分割面為曲面ⅱ，溫差發(fā)電裝置2置于冷藏車車廂5內(nèi)部的上表面為曲面ⅰ，曲面ⅰ通過導(dǎo)熱材料將冷藏車車廂5內(nèi)的溫度傳送給曲面ⅱ，使曲面ⅱ上的溫度與曲面ⅰ上的溫度一致，熱電材料10采集曲面ⅱ上的溫度，并將曲面ⅱ和集熱管11表面的溫差傳送給控制管理單元3；

當(dāng)曲面ⅱ和集熱管11表面的溫差數(shù)值處于熱電材料溫度承受范圍之內(nèi)時，控制管理單元3控制溫差發(fā)電裝置2工作，進(jìn)行發(fā)電，并將電能傳送給穩(wěn)壓器7；

太陽能電池板4將其電池板上的溫度數(shù)值傳送給控制管理單元3，當(dāng)溫度數(shù)值處于熱電材料10溫度承受范圍之內(nèi)時，控制管理單元3控制太陽能電池板4工作，進(jìn)行發(fā)電，并將電能傳送給穩(wěn)壓器7；

當(dāng)發(fā)動機工作時，帶動發(fā)電機6工作，將溫差發(fā)電裝置2、太陽能電池板4與發(fā)電機6產(chǎn)生的電能經(jīng)穩(wěn)壓器7穩(wěn)壓后傳送給負(fù)載9做功；當(dāng)發(fā)動機停止工作時，發(fā)電機6也停止工作，將溫差發(fā)電裝置2與太陽能電池板4產(chǎn)生的電能經(jīng)穩(wěn)壓器7穩(wěn)壓后傳送給蓄電池組8儲存，若此時蓄電池組8的電量為充滿狀態(tài)，控制管理單元3控制溫差發(fā)電裝置2、太陽能電池板4停止工作。

實施例

透明玻璃13的尺寸為1.5mx1.0m，太陽能電池板4的尺寸為1.3mx0.8m。溫差發(fā)電裝置2的全長為700mm。

所述實施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式，但本發(fā)明并不限于上述實施方式，在不背離本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見的改進(jìn)、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。