本發(fā)明屬于清潔能源再利用技術(shù)領(lǐng)域，涉及太陽能集熱和溫差發(fā)電技術(shù)，尤其是一種多熱源溫差發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

地球上所能利用的能量的98.98%最初都來自太陽能。利用太陽能發(fā)電有兩大類型，一類是太陽光發(fā)電（亦稱太陽能光發(fā)電），另一類是太陽熱發(fā)電（亦稱太陽能熱發(fā)電）。為節(jié)約能源和可持續(xù)發(fā)展提供重要意義。

太陽能熱發(fā)電是先將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，再將熱能轉(zhuǎn)化成電能，它有兩種轉(zhuǎn)化方式。一種是將太陽熱能直接轉(zhuǎn)化成電能，如半導(dǎo)體或金屬材料的溫差發(fā)電，真空器件中的熱電子和熱電離子發(fā)電，堿金屬熱電轉(zhuǎn)換，以及磁流體發(fā)電等。另一種方式是將太陽熱能通過熱機（如汽輪機）帶動發(fā)電機發(fā)電，與常規(guī)熱力發(fā)電類似，只不過是其熱能不是來自燃料，而是來自太陽能。

光伏發(fā)電，其基本原理就是“光伏效應(yīng)”。光子照射到金屬上時，它的能量可以被金屬中某個電子全部吸收，電子吸收的能量足夠大，能克服金屬內(nèi)部引力做功，離開金屬表面逃逸出來，成為光電子。光伏板體積和質(zhì)量較大，且夜間不能使用和受天氣情況影響大。

太陽能經(jīng)菲涅爾反射鏡反射后聚集到吸熱管上，冷介質(zhì)進入吸熱管中吸收太陽能成為熱介質(zhì)，從而實現(xiàn)了聚光集熱的功能，實現(xiàn)了光與熱的轉(zhuǎn)化。

然而太陽能受時間、天氣和地域等影響，對于發(fā)電系統(tǒng)而言一般要求能夠持續(xù)不斷的產(chǎn)生電能。因此多熱源溫差發(fā)電系統(tǒng)能有效利用各種熱能。

一般生活中可供利用的熱能有太陽能、地?zé)崮?、余熱能等各種可以和系統(tǒng)冷卻循環(huán)水有溫度差的熱能，都可以被該系統(tǒng)利用。

溫差發(fā)電器件是利用塞貝克效應(yīng)（Seebeck coefficient)，直接將熱能轉(zhuǎn)化為電能的器件，具有無旋轉(zhuǎn)部件、相對體積較小、工作無噪聲、無污染、可靠性高等優(yōu)點。

溫差發(fā)電器件的發(fā)電效率與器件的兩端的溫差成正比，而輸出功率與溫差的平方成正比，這就是說要使熱電發(fā)電器件具有較大的發(fā)電能力，就要求盡可能的增加冷熱端之間的溫度差。

Komatsu公司的碲化鉍溫差電模塊，在高溫端280℃、低溫段30℃，具有7.2%的熱電轉(zhuǎn)換效率，該溫度下單體模塊最大功率可達24W，能量密度為1W/cm²。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種多熱源溫差發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用太陽能集熱和溫差發(fā)電技術(shù)，對太陽光中的熱能進行收集，將熱能進行儲存，經(jīng)過溫差電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)不間斷發(fā)電，實現(xiàn)多種熱源的集成發(fā)電系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、便于拆卸和移動、適合多種熱源發(fā)電、適用范圍廣、工作穩(wěn)定且壽命長，而且功能多樣化。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種多熱源溫差發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于：包括多熱源集熱模塊、溫差發(fā)電模塊和冷卻模塊，所述的多熱源集熱模塊和冷卻模塊分別與溫差發(fā)電模塊形成熱源回路和冷源回路，其中溫差發(fā)電模塊包括矩形冷卻水管、溫差電模塊組和矩形換熱管，溫差電模塊組位于中間，矩形冷卻水管和矩形換熱管位于溫差電模塊組的兩側(cè)，三者依次緊密疊加，溫差電模塊組的輸出端口依次與DC/AC轉(zhuǎn)換模塊和變壓器連接；多熱源集熱模塊包括太陽能集熱板、太陽能聚光板、中低溫儲熱塔和高溫儲熱塔，所述的矩形換熱管的出口管路依次經(jīng)過太陽能集熱板、中低溫儲熱塔、太陽能聚光板、高溫儲熱塔，并返回至矩形換熱管的進口，形成熱源回路；冷卻模塊包括冷卻水塔和風(fēng)冷散熱器，所述的矩形冷卻水管的出口管路依次經(jīng)冷卻水塔和風(fēng)冷散熱器，并返回至矩形冷卻水管的進口，形成冷源回路。

對上述結(jié)構(gòu)作進一步補充，還包括加熱爐，所述的加熱爐的進口與矩形換熱管的出口連通，加熱爐的出口與高溫儲熱塔連接。

對上述結(jié)構(gòu)作進一步補充，還包括換熱器，所述的換熱器的進口與矩形換熱管的出口連通，換熱器的出口與高溫儲熱塔連接。

對上述結(jié)構(gòu)作進一步限定，所述的矩形換熱管出口的支管路上均設(shè)有截止閥，在中低溫儲熱塔和太陽能聚光板之間的管路上設(shè)有單向閥。

對上述結(jié)構(gòu)作進一步限定，所述的熱源回路和冷源回路均設(shè)有循環(huán)水泵和流量計，所述的中低溫儲熱塔和高溫儲熱塔上分別設(shè)有溫度計。

對上述結(jié)構(gòu)作進一步限定，所述的溫差電模塊組連接方式采用陣列形式，在溫度分布相同的區(qū)域?qū)⒛K串聯(lián)起來，串聯(lián)起來的模塊組之間并聯(lián)，進行分流。

對上述結(jié)構(gòu)作進一步限定，所述的多熱源集熱模塊及該模塊內(nèi)個各結(jié)構(gòu)之間的連接管均用保溫材料進行隔熱處理。

對上述結(jié)構(gòu)作進一步限定，所述的矩形冷卻水管、溫差電模塊組和矩形換熱管表面布置導(dǎo)熱硅脂，并通過夾緊裝置使三者緊密貼合。

對上述結(jié)構(gòu)作進一步限定，所述的夾緊裝置為包括上板、下板以及連接上板和下板的螺栓，所述的上板和下板分別置于的溫差發(fā)電模塊兩側(cè)，螺栓分布與溫差發(fā)電模塊四周。

對上述結(jié)構(gòu)作進一步限定，所述的矩形冷卻水管和矩形換熱管分別設(shè)有熱電偶，所述的熱電偶與溫控儀的信號輸入端連接，循環(huán)水泵與溫控儀的信號輸出端連接。

采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：

（1）本發(fā)明中的多熱源溫差發(fā)電系統(tǒng)開辟了太陽能集熱和溫差電技術(shù)的新應(yīng)用，利用溫差電效應(yīng)將熱能直接轉(zhuǎn)化為電能，這樣實現(xiàn)發(fā)電站一年365天持續(xù)供應(yīng)電量，不需要用電時或多余的電量可并入電網(wǎng)運行，利用多種熱源進行發(fā)電，而且對于邊遠地區(qū)的人們來說，如海島、高原、牧區(qū)。除了滿足生活中源源不斷提供熱水外，還可以持續(xù)不斷提供電能；

（2）本發(fā)明中的溫差電模塊組連接方式采用m×n陣列形式，在溫度分布相同的區(qū)域?qū)⒛K串聯(lián)起來，然后將串聯(lián)起來的模塊組之間通過并聯(lián)連接的方式進行分流，由于模塊額定電壓和電流的限制，需要通過并聯(lián)對模塊進行分流，且相應(yīng)的串聯(lián)溫差電模塊的實際工作溫度要在相同的溫度區(qū)間，盡可能提高輸出功率；

（3）本發(fā)明中的儲熱塔分為兩個，分別為中低溫儲熱塔和高溫儲熱塔，中低溫儲熱塔利用平板吸熱，能快速提高溫度，吸熱面積大，高溫儲熱塔利用聚光板提高能量品位，溫度達到280℃，以便最大限度提高溫差，提高溫差電模塊轉(zhuǎn)換效率；

（4）本發(fā)明中的熱量存儲和導(dǎo)熱介質(zhì)流經(jīng)裝置需要進行保溫處理，重點對中低溫儲熱塔、高溫儲熱塔和連接管需要用保溫材料進行隔熱處理，盡量減小了熱量的損失；

（5）本發(fā)明中的太陽能聚光板和中低溫儲熱塔通過單項閥連接，可以有效地防止品位較高的導(dǎo)熱介質(zhì)流入中低溫儲熱塔；

（6）本發(fā)明中的熱源的導(dǎo)熱介質(zhì)采用閉循環(huán)，減小熱量損失，冷源的導(dǎo)熱介質(zhì)采用水，在矩形冷卻水管和風(fēng)冷散熱器之間的連接管上布置生活用熱水管，方便人們實際生活；

（7）本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、便于拆卸和移動、適合多種熱源發(fā)電、適用范圍廣、工作穩(wěn)定且壽命長，而且功能多樣化。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中實施例一的組成框圖；

圖2是本發(fā)明中實施例二的組成框圖；

圖3是本發(fā)明中溫差電模塊組布置示意圖；

圖4是本發(fā)明中能量轉(zhuǎn)換示意圖；

圖5是本發(fā)明中矩形冷卻水管、矩形換熱管及溫差點模塊組裝配圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明中溫控組成框圖；

其中：1、太陽能集熱板，2、太陽能聚光板，3、中低溫儲熱塔，4、高溫儲熱塔，5、變壓器，6、加熱爐，7、換熱器，8、DC/AC轉(zhuǎn)換模塊，9、矩形冷卻水管，10、溫差電模塊組，11、矩形換熱管，12、溫控儀，13、冷卻水塔，14、風(fēng)冷散熱器，15、連接管，16、截止閥，17、溫度計，18、單向閥，19、循環(huán)水泵，20、流量計，21、熱電偶，24、夾緊裝置，25、螺栓，26、墊片，27、螺母。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

本發(fā)明具體涉及一種多熱源溫差發(fā)電系統(tǒng)，具體包括多熱源集熱模塊、溫差發(fā)電模塊和冷卻模塊，多熱源集熱模塊和冷卻模塊分別與溫差發(fā)電模塊形成熱源回路和冷源回路。

在附圖1中為一種多熱源溫差發(fā)電系統(tǒng)的組成框圖，其中溫差發(fā)電模塊包括矩形冷卻水管9、溫差電模塊組10和矩形換熱管11，溫差電模塊組10位于中間，矩形冷卻水管9和矩形換熱管11位于溫差電模塊組10的兩側(cè)，三者依次緊密疊加，實現(xiàn)熱能轉(zhuǎn)換為電能，溫差電模塊組10的輸出端口依次與DC/AC轉(zhuǎn)換模塊8和變壓器5連接，變壓器5和DC/AC轉(zhuǎn)換模塊8實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)化，為日常生活提供220AC電源或系統(tǒng)發(fā)電并網(wǎng)；多熱源集熱模塊包括太陽能集熱板1、太陽能聚光板2、中低溫儲熱塔3和高溫儲熱塔4，在中低溫儲熱塔3和太陽能聚光板2之間的管路上設(shè)有單向閥18，矩形換熱管11的出口管路依次經(jīng)過太陽能集熱板1、中低溫儲熱塔3、太陽能聚光板2、高溫儲熱塔4，并返回至矩形換熱管11的進口，形成熱源回路；冷卻模塊包括冷卻水塔13和風(fēng)冷散熱器14，矩形冷卻水管9的出口管路依次經(jīng)冷卻水塔13和風(fēng)冷散熱器14，并返回至矩形冷卻水管9的進口，形成冷源回路。

在附圖2中為一種多熱源溫差發(fā)電系統(tǒng)的組成框圖，該系統(tǒng)在附圖1的基礎(chǔ)上，增加了加熱爐6和換熱器7，其中加熱爐6的進口與矩形換熱管11的出口連通，加熱爐6的出口與高溫儲熱塔4連接，換熱器7的進口與矩形換熱管11的出口連通，換熱器7的出口與高溫儲熱塔4連接。該系統(tǒng)通過太陽能集熱板1和太陽能聚光板2，對太陽光中的熱能進行收集，將熱能進行儲存，然后經(jīng)過溫差電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)進行24小時不間斷發(fā)電，若遇到長時間陰雨天氣，可以通過加熱爐6或換熱器7對系統(tǒng)進行熱量補充，從而保證能365天不間斷工作，是對可再生能源的利用。

在附圖1和2的兩種多熱源溫差發(fā)電系統(tǒng)中，能量收集系統(tǒng)能夠同時或單獨利用太陽能集熱板1、太陽能聚光板2、加熱爐6和換熱器7進行熱量收集。 熱源回路和冷源回路均設(shè)有循環(huán)水泵19和流量計20，中低溫儲熱塔3和高溫儲熱塔4上分別設(shè)有溫度計17。熱源回路中的導(dǎo)熱介質(zhì)采用閉循環(huán)，減小熱量損失，導(dǎo)熱介質(zhì)可以采用導(dǎo)熱油，這是因為要達到280℃水達不到，同時避免管道生銹問題。冷源回路的導(dǎo)熱介質(zhì)采用水，在矩形冷卻水管9和風(fēng)冷散熱器14之間的連接管15上布置生活用熱水管，方便人們實際生活。

上述系統(tǒng)中儲熱塔分為兩個，分別為中低溫儲熱塔3和高溫儲熱塔5。中低溫儲熱塔3利用平板吸熱，能快速提高溫度，吸熱面積大。高溫儲熱塔5利用聚光板提高能量品位，溫度達到280℃，以便最大限度提高溫差，提高溫差電模塊轉(zhuǎn)換效率。當遇到連續(xù)不斷的陰雨天氣，可采用多種熱源，保證所述發(fā)電系統(tǒng)正常工作。可以關(guān)閉中低溫儲熱塔3，保留高溫儲熱塔4，進行局部的循環(huán)，減小熱量損失。

太陽能聚光板2和中低溫儲熱塔3通過單項閥18連接，防止品位較高的導(dǎo)熱介質(zhì)流入中低溫儲熱塔3。系統(tǒng)熱量存儲和導(dǎo)熱介質(zhì)流經(jīng)裝置需要進行保溫處理，重點對中低溫儲熱塔3、高溫儲熱塔4和連接管15需要用保溫材料進行隔熱處理，盡量減小熱量損失。

在附圖3中，溫差電模塊組10連接方式采用m×n陣列形式，在溫度分布相同的區(qū)域?qū)⒛K串聯(lián)起來，然后將串聯(lián)起來的模塊組之間通過并聯(lián)連接的方式進行分流。溫差電模塊又稱熱電模塊，一般為正方形，為了減少模塊的熱應(yīng)力，選用尺寸40×40mm最佳，其厚度一般為5-7mm，布置的時候盡量緊密，已達到最大限度的利用余熱發(fā)電。單個模塊之間采用先串后并m×n陣列連接方式，由于模塊額定電壓和電流的限制，需要通過并聯(lián)對模塊進行分流，且相應(yīng)的串聯(lián)溫差電模塊的實際工作溫度要在相同的溫度區(qū)間，盡可能提高輸出功。溫差電模塊組10可以根據(jù)收集的廢熱能的品位，和溫差電模塊工作溫度范圍，選擇低溫、中溫或高溫溫差電模塊，目前典型的低溫半導(dǎo)體溫差電模塊為碲化鉍（Bi2Te3）模塊，中溫溫差模塊碲化鉛（PbTe）模塊，高溫模塊為硅鍺合金（SiGe）溫差模塊。若采用低溫碲化鉍模以每個溫差電模塊15W計算，以設(shè)計4.5KW的發(fā)電系統(tǒng)為基準，則需3000塊溫差電模塊。

溫差電模塊周邊填充有絕熱材料，絕熱材料為石棉、玻璃纖維、絕熱陶瓷或多層復(fù)合材料之一等減少熱量傳遞的材料，并通過夾緊裝置將溫差電模塊、矩形換熱管和矩形冷卻水管裝配起來。

圖4是根據(jù)本發(fā)明的溫差發(fā)一種多熱源溫差發(fā)電系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換示意圖。將多種熱源布置在溫差電模塊組的熱端，在模塊冷端布置循環(huán)冷卻水，利用冷端和熱端之間的溫度差進行發(fā)電。

如附圖5所示，為溫差電模塊矩形冷卻水管和矩形換熱管裝配圖，通過夾緊裝置24、螺栓25、墊片26和螺母27將矩形冷卻水管9、溫差電模塊組10和矩形換熱管11裝配起來。其中矩形冷卻水管9、溫差電模塊組10和矩形換熱管11表面布置導(dǎo)熱硅脂，并通過夾緊裝置24使三者緊密貼合，其中夾緊裝置24為包括上板、下板以及連接上板和下板的螺栓25，所述的上板和下板分別置于的溫差發(fā)電模塊兩側(cè)，螺栓25分布與溫差發(fā)電模塊四周。其中導(dǎo)熱硅脂應(yīng)導(dǎo)熱系數(shù)高一點，并能保證在液態(tài)條件下達到模塊最佳額定工作溫度。

如附圖6所示，溫控系統(tǒng)包括溫控儀12、循環(huán)水泵19和熱電偶21，熱電偶21與溫控儀12的信號輸入端連接，循環(huán)水泵19與溫控儀12的信號輸出端連接，其中兩個熱電偶21分別代表溫差電模塊熱端和冷端溫度，兩個循環(huán)水泵19分別為熱源循環(huán)水泵和冷源循環(huán)水泵，當模塊端面溫度升高或降低時，通過溫控儀12提高或降低循環(huán)水泵19功率。發(fā)電系統(tǒng)由溫控儀12、循環(huán)水泵19和熱電偶21使模塊組在額定工作溫度下工作，使系統(tǒng)高效穩(wěn)定運行。

在本系統(tǒng)中矩形換熱管11和矩形冷卻水管9截面為矩形，矩形管表面應(yīng)光滑平整，以保證與溫差電模塊的接觸面積和安裝壓力，管道材料盡量選擇導(dǎo)熱系數(shù)高的材料，對于矩形換熱管未進行熱量傳遞的表面要進行保溫處理。冷卻系統(tǒng)采用風(fēng)冷冷卻系統(tǒng)，利用自然風(fēng)能使冷源保持在一定溫度范圍內(nèi)。連接管15表面布置保溫材料，減少熱量損失，保溫材料采用聚氨酯和巖棉。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的多用途溫差電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、便于拆卸和移動、適合多種熱源發(fā)電、適用范圍廣、工作穩(wěn)定且壽命長，而且功能多樣化。本發(fā)明開辟了太陽能集熱和溫差發(fā)電技術(shù)的新應(yīng)用，然而太陽能的利用受各種因素限制，日常生活中熱能來源很廣泛，利用溫差電效應(yīng)將熱能直接轉(zhuǎn)化為電能，這樣實現(xiàn)發(fā)電站一年365天持續(xù)供應(yīng)電量，不需要用電時或多余的電量可并入電網(wǎng)運行。