本發(fā)明涉及太陽能發(fā)電領(lǐng)域，尤其涉及一種基于太陽能溫差發(fā)電的供電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨能源短缺與環(huán)境污染問題日益加劇，偏遠(yuǎn)地區(qū)存在生活用電困難問題，可再生能源開發(fā)與利用成為解決能源與環(huán)境問題主要手段。在太陽能發(fā)電領(lǐng)域，目前較為成熟技術(shù)是太陽能光伏發(fā)電，利用太陽光譜中波長較短光子使半導(dǎo)體材料產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽沁@種發(fā)電方式將大部分太陽能轉(zhuǎn)化成熱能，工作溫度每升高1℃，光電轉(zhuǎn)換效率下降3％～5％；將太陽能轉(zhuǎn)化為電能另一種形式是將太陽輻射產(chǎn)生熱能直接耦合到半導(dǎo)體熱電材料中，利用熱電材料塞貝克效應(yīng)將太陽熱能直接轉(zhuǎn)化為電能，這種綠色環(huán)保發(fā)電方式稱為太陽能溫差發(fā)電；這種太陽能發(fā)電方式可以使用太陽光全部光譜，發(fā)電裝置體積小、成本低、維修簡易，在微功耗用電及遠(yuǎn)距離供電領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

中國發(fā)明專利cn103375988a公開了一種太陽能溫差發(fā)電系統(tǒng)，太陽能溫差發(fā)電系統(tǒng)包括：太陽能溫差發(fā)電系統(tǒng)，聚光太陽能裝置，金屬光熱轉(zhuǎn)換裝置，水循環(huán)冷卻系統(tǒng)，太陽能吸熱涂料，其特征是：太陽光和聚光太陽光能照射在涂有太陽能吸熱涂料的金屬光熱轉(zhuǎn)換裝置上，太陽能吸熱涂料將光能轉(zhuǎn)化為熱能傳遞給金屬光熱轉(zhuǎn)換裝置，金屬光熱轉(zhuǎn)換裝置將熱能傳遞給溫差發(fā)電裝置熱端，溫差發(fā)電裝置冷端由海水或河水或湖水或池塘水或地下水循環(huán)冷卻系統(tǒng)冷卻，溫差發(fā)電裝置熱端與溫差發(fā)電裝置冷端組成的溫差發(fā)電系統(tǒng)將熱量轉(zhuǎn)換為電能；太陽能溫差發(fā)電系統(tǒng)包括：太陽能溫差發(fā)電系統(tǒng)，聚光太陽能裝置，太陽能電池板，水循環(huán)冷卻系統(tǒng)，其特征是：太陽光和聚光太陽光能照射在太陽能電池板上，太陽能電池板將太陽光和聚光太陽光能照射光能轉(zhuǎn)化為電能和熱能，熱能傳遞給太陽能電池板下層溫差發(fā)電裝置熱端，溫差發(fā)電裝置冷端由空氣或海水或河水或湖水或池塘水或地下水冷卻，溫差發(fā)電裝置熱端與溫差發(fā)電裝置冷端組成的溫差發(fā)電系統(tǒng)將熱量轉(zhuǎn)換為電能；太陽能溫差發(fā)電系統(tǒng)包括：太陽能溫差發(fā)電系統(tǒng)，聚光太陽能裝置，太陽能電池板，水循環(huán)冷卻系統(tǒng)，其特征是：太陽光和聚光太陽光能照射在涂有太陽能吸熱涂料的金屬光熱轉(zhuǎn)換裝置上，太陽能吸熱涂料將光能轉(zhuǎn)化為熱能傳遞給金屬光熱轉(zhuǎn)換裝置，金屬光熱轉(zhuǎn)換裝置將熱量傳遞給溫差發(fā)電裝置熱端，溫差發(fā)電裝置冷端由海水或河水或湖水或池塘水或地下水循環(huán)冷卻系統(tǒng)冷卻，溫差發(fā)電裝置熱端與溫差發(fā)電裝置冷端組成的溫差發(fā)電系統(tǒng)將熱量轉(zhuǎn)換為電能，太陽光和聚光太陽光能照射在太陽能電池板上，太陽能電池板將太陽光和聚光太陽光能照射光能轉(zhuǎn)化為電能，太陽能溫差發(fā)電系統(tǒng)與太陽能電池板組合成共用水循環(huán)冷卻系統(tǒng)和蓄電池的太陽能發(fā)電系統(tǒng)。

半導(dǎo)體溫差發(fā)電原理是在半導(dǎo)體熱電模塊熱端與冷端存在溫度差情況下產(chǎn)生開路電壓，開路電壓隨溫度差增加而增大，在回路中加上負(fù)載電阻即有電能輸出；利用太陽能為溫差發(fā)電模塊提供熱源，北方冬季室外氣溫低，自然資源為溫差發(fā)電模塊提供冷源，設(shè)計聚光集熱型太陽能溫差發(fā)電裝置，改變?nèi)展鉁厥夜╇姺绞健?/p>

現(xiàn)有太陽能溫差發(fā)電裝置中扁平熱管兩端的溫差小，并且扁平熱管的冷凝段通過水系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，水系統(tǒng)進(jìn)行冷卻的設(shè)置增大了太陽能溫差發(fā)電的成本；現(xiàn)有太陽能發(fā)電還存在對太陽能利用率不高，造成太陽能發(fā)電效率低、成本高的問題，因此設(shè)計一種能降低成本并能較大程度上利用太陽光的裝置成為太陽能溫差發(fā)電的一大目標(biāo)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明公開了一種基于太陽能溫差發(fā)電的供電系統(tǒng)，是一種智能化、模塊化、機械化的系統(tǒng)，太陽能溫差發(fā)電裝置屬于固態(tài)能量轉(zhuǎn)換過程，將槽式拋物面聚光集熱技術(shù)與溫差發(fā)電技術(shù)結(jié)合，使用清潔無污染太陽能作為熱源，采用冬季自然冷資源降溫，本裝置能達(dá)到聚光集熱目的，集熱板中心位置能流密度分布最高且均勻，太陽能溫差發(fā)電技術(shù)投資及使用費用較低。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種基于太陽能溫差發(fā)電的供電系統(tǒng)，包括檢測控制模塊、低谷時段充電回路和溫差發(fā)電回路，所述低谷時段充電回路包括固態(tài)繼電器和整流降壓電路，所述溫差發(fā)電回路包括溫差發(fā)電裝置、蓄電池組、dc-dc變換器，溫差發(fā)電裝置產(chǎn)生的電能在蓄電池組中儲存，市電網(wǎng)絡(luò)通過固態(tài)繼電器與整流降壓回路連接，經(jīng)過直流降壓處理后接入蓄電池組中，即溫差發(fā)電裝置和市電網(wǎng)絡(luò)均可向蓄電池組進(jìn)行電能儲存，蓄電池組所儲存的電能通過固態(tài)繼電器與dc-dc變換器連接，經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換處理后接入用戶負(fù)載進(jìn)行使用；同時，市電網(wǎng)絡(luò)通過固態(tài)繼電器與用戶負(fù)載連接，當(dāng)蓄電池組電能不足時，由市電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行供電；所述檢測控制模塊同時與蓄電池組以及各個固態(tài)繼電器連接，檢測控制模塊實時檢測蓄電池電壓，根據(jù)工作時段，通過控制固態(tài)繼電器的狀態(tài)進(jìn)行供電回路的選擇；

所述溫差發(fā)電裝置包括槽式拋物面反射聚光鏡，槽式拋物面反射聚光鏡的焦線上設(shè)置有托架，托架上由上至下放置有集熱體、溫差發(fā)熱器、扁平熱管和散熱器，槽式拋物面反射聚光鏡設(shè)置于支架上，支架一側(cè)設(shè)置有步進(jìn)電機，步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)軸與槽式拋物面反射聚光鏡的中軸連為一體，直接傳動槽式拋物面反射聚光鏡，步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)軸方向為南北設(shè)置，在豎直面內(nèi)東西方向轉(zhuǎn)動使槽式拋物面反射聚光鏡跟蹤太陽。

進(jìn)一步地，所述集熱體上放置的所述溫差發(fā)熱器由兩組熱電模塊組件并聯(lián)而成，每組熱電模塊組件由20個熱電模塊串聯(lián)而成，熱電模塊兩面均勻涂上導(dǎo)熱性能良好的硅脂，減少能量散失。

進(jìn)一步地，所述溫差發(fā)電裝置還包括實現(xiàn)最大功率點跟蹤控制的dc-dc變換器，通過改變占空比控制量d使溫差發(fā)熱器(10)內(nèi)阻與負(fù)載電阻匹配，溫差發(fā)熱器(10)保持輸出最大功率。

進(jìn)一步地，溫差發(fā)熱器熱端從集熱體吸收熱量，溫差發(fā)熱器空隙處填滿石棉，減少溫差發(fā)熱器熱端散熱。

進(jìn)一步地，集熱體采用鋁合金材料制成，將集熱體的吸熱面用粗砂紙簡單打磨處理后涂上太陽能選擇性涂層，提升光熱轉(zhuǎn)換效率。

進(jìn)一步地，所述集熱體表面罩上透明玻璃，以減少空氣對流散熱損失。

進(jìn)一步地，溫差發(fā)熱器冷采用扁平熱管加熱。

進(jìn)一步地，扁平熱管蒸發(fā)端與溫差發(fā)熱器熱端連接，扁平熱管冷凝端與散熱器連接，扁平熱管兩端存在溫差，冷凝段凝結(jié)液化后，通過毛細(xì)作用流回蒸發(fā)段。

進(jìn)一步地，所述散熱器為翅片狀，翅片狀散熱器增大溫差發(fā)熱器的散熱面積。

本發(fā)明提供的一種基于太陽能溫差發(fā)電的供電系統(tǒng)的優(yōu)點在于：本發(fā)明提供了一種基于太陽能溫差發(fā)電的供電系統(tǒng)，是一種智能化、模塊化、機械化的系統(tǒng)，太陽能溫差發(fā)電裝置屬于固態(tài)能量轉(zhuǎn)換過程，將槽式拋物面聚光集熱技術(shù)與溫差發(fā)電技術(shù)結(jié)合，使用清潔無污染太陽能作為熱源，采用冬季自然冷資源降溫，本裝置能達(dá)到聚光集熱目的，集熱板中心位置能流密度分布最高且均勻，太陽能溫差發(fā)電技術(shù)投資及使用費用較低，為太陽能光伏發(fā)電1/3～1/5，發(fā)電成本是太陽能光伏發(fā)電1/10～1/20；成本低、使用壽命長、占地面積小、不存在大型機械轉(zhuǎn)動部件、不存在廢棄物、低碳環(huán)保，亦可為偏遠(yuǎn)少電地區(qū)或遠(yuǎn)程傳感器提供新供電方式；溫差發(fā)電裝置中添加dc-dc變換器實現(xiàn)最大功率點跟蹤控制，達(dá)到溫差發(fā)電器保持最大功率的輸出狀態(tài)；由于任何一方光伏電池功率都能供給電力系統(tǒng)和負(fù)載，dc-dc變換器和pwm變頻器的結(jié)合使用，即使在部分地出現(xiàn)陰天，都不存在太陽電池的供電問題，也沒有輸出功率的脈動問題，而且電路構(gòu)成簡單。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明一種太陽能溫差發(fā)電回路與電網(wǎng)供電系統(tǒng)的流程框圖；

圖2為本發(fā)明一種基于太陽能溫差發(fā)電的供電系統(tǒng)的溫差發(fā)熱器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明一種基于太陽能溫差發(fā)電的供電系統(tǒng)的dc-dc變換器控制原理圖；

圖4為本發(fā)明一種基于太陽能溫差發(fā)電的供電系統(tǒng)的dc-dc變換器的占空比d和功率傳輸曲線圖；

圖5為本發(fā)明一種基于太陽能溫差發(fā)電的供電系統(tǒng)的槽式拋物面反射聚光鏡聚光光路示意圖。

其中，1、散熱器，2、扁平熱管，3、托架、4、步進(jìn)電機，5、轉(zhuǎn)軸，6、支架，7、槽式拋物面反射聚光鏡，8、集熱體，9、石棉，10、溫差發(fā)熱器。

具體實施方式

本發(fā)明公開了一種基于太陽能溫差發(fā)電的供電系統(tǒng)，是一種智能化、模塊化、機械化的系統(tǒng)，太陽能溫差發(fā)電裝置屬于固態(tài)能量轉(zhuǎn)換過程，將槽式拋物面聚光集熱技術(shù)與溫差發(fā)電技術(shù)結(jié)合，使用清潔無污染太陽能作為熱源，采用冬季自然冷資源降溫，本裝置能達(dá)到聚光集熱目的，集熱板中心位置能流密度分布最高且均勻，太陽能溫差發(fā)電技術(shù)投資及使用費用較低。

下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚和詳細(xì)的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。請參閱圖1至圖5，本發(fā)明實施例提供的一種基于太陽能溫差發(fā)電的供電系統(tǒng)。

如圖1所示，一種基于太陽能溫差發(fā)電的供電系統(tǒng)，包括檢測控制模塊、低谷時段充電回路和溫差發(fā)電回路，所述低谷時段充電回路包括固態(tài)繼電器和整流降壓電路，所述溫差發(fā)電回路包括溫差發(fā)電裝置、蓄電池組、dc-dc變換器，溫差發(fā)電裝置產(chǎn)生的電能在蓄電池組中儲存，市電網(wǎng)絡(luò)通過固態(tài)繼電器與整流降壓回路連接，經(jīng)過直流降壓處理后接入蓄電池組中，即溫差發(fā)電裝置和市電網(wǎng)絡(luò)均可向蓄電池組進(jìn)行電能儲存，蓄電池組所儲存的電能通過固態(tài)繼電器與dc-dc變換器連接，經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換處理后接入用戶負(fù)載進(jìn)行使用；同時，市電網(wǎng)絡(luò)通過固態(tài)繼電器與用戶負(fù)載連接，當(dāng)蓄電池組電能不足時，由市電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行供電；所述檢測控制模塊同時與蓄電池組以及各個固態(tài)繼電器連接，檢測控制模塊實時檢測蓄電池電壓，根據(jù)工作時段，通過控制固態(tài)繼電器的狀態(tài)進(jìn)行供電回路的選擇；檢測控制模塊檢測市電網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)，并將市電網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)反饋到蓄電池組中，蓄電池組根據(jù)市電網(wǎng)絡(luò)所反饋的狀態(tài)通過固態(tài)繼電器和dc-dc變換器將電能輸送用戶負(fù)載，檢測控制模塊控制蓄電池輸送到用戶負(fù)載的電能輸送流量，蓄電池是溫差發(fā)電與電網(wǎng)供電系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，蓄電池容量計算公式：

c＝(d×f×p0)/(l×u×ka)

式中，c為蓄電池容量，a·h；d為最長日照時間，h；f為放電效率修正系數(shù)；p0為平均容量，kw；l為電池的保養(yǎng)維護率；u為蓄電池放電深度；ka為交流回路損失率。

如圖2所示，溫差發(fā)電裝置包括槽式拋物面反射聚光鏡7，槽式拋物面反射聚光鏡7一側(cè)設(shè)置有中軸，槽式拋物面反射聚光鏡7的焦線上設(shè)置有托架3，托架3上由上至下放置有集熱體8、溫差發(fā)熱器10、扁平熱管2和散熱器1，槽式拋物面反射聚光鏡7設(shè)置于支架6上，支架6一側(cè)設(shè)置有步進(jìn)電機4，步進(jìn)電機4的轉(zhuǎn)軸與槽式拋物面反射聚光鏡7的中軸通過聯(lián)軸器連為一體，直接轉(zhuǎn)動槽式拋物面反射聚光鏡7，步進(jìn)電機4的轉(zhuǎn)軸方向為南北設(shè)置，在豎直面內(nèi)東西方向轉(zhuǎn)動使槽式拋物面反射聚光鏡7跟蹤太陽；所述溫差發(fā)熱器10由兩組熱電模塊組件并聯(lián)而成，每組熱電模塊組件由20個熱電模塊串聯(lián)而成，熱電模塊的性能參數(shù)為電偶臂對數(shù)127，開路電壓6.4v，內(nèi)阻2.1ω，最大匹配功率3.1w，最大耐高溫250℃，模塊寬度40mm，模塊高度4mm；熱電模塊兩面均勻涂覆導(dǎo)熱性能良好的硅脂，減少能量散失；熱電模塊熱端從集熱體8吸收熱量，由熱電模塊所組成的溫差發(fā)熱器10的空隙處填滿石棉9，減少溫差發(fā)熱器10熱端散熱；溫差發(fā)熱器10熱端與集熱體8連接，集熱體8采用鋁合金材料制成，將集熱體8的吸熱面用粗砂紙簡單打磨處理后涂上太陽能選擇性涂層，提升光熱轉(zhuǎn)換效率；所述集熱體8表面罩上透明玻璃，以減少空氣對流散熱損失，溫差發(fā)熱器10冷端采用扁平熱管2加熱。

所述散熱器1為翅片狀，翅片狀散熱器1利用北方冬季自然冷資源加大扁平熱管2兩端溫差，溫差發(fā)熱器10的冷熱端產(chǎn)生溫差輸出電能。扁平熱管2蒸發(fā)端與溫差發(fā)熱器10冷端連接，扁平熱管10冷凝端與散熱器1連接，扁平熱管2兩端存在溫差時，蒸發(fā)段液體會迅速汽化，將熱量高速帶向冷凝段，兩端溫差越大，蒸發(fā)速度越快，在冷凝段凝結(jié)液化后，通過毛細(xì)作用流回蒸發(fā)段，不斷將熱量帶向低溫端，進(jìn)而降低溫差發(fā)熱器10冷端的溫度，提高了溫差發(fā)熱器10兩端的溫差。

如圖3所示的dc-dc變換器控制原理圖，dc-dc變換器設(shè)置于溫差發(fā)電裝置，實現(xiàn)最大功率點跟蹤控制，dc-dc變換器對溫差發(fā)熱器(teg)10的輸出電壓、輸出電流采樣后，通過擾動觀察法mppt控制器，mppt控制器產(chǎn)生相應(yīng)調(diào)整量，經(jīng)脈寬調(diào)制方式pwm處理，轉(zhuǎn)換成能控制開關(guān)器件關(guān)斷占空比控制量d，驅(qū)動開關(guān)動作，通過改變d使溫差發(fā)熱器10內(nèi)阻與負(fù)載電阻匹配，溫差發(fā)熱器10保持輸出最大功率。

如圖4所示，應(yīng)用單臺dc-dc變換器時占空比d和功率ps、pa、p1、pl傳輸特性，它是對應(yīng)于發(fā)電電壓es1為50v時的特性。圖4中各參數(shù)分別表示：ps是太陽能的輸出功率，pa是變頻器的輸出功率，pl是阻抗負(fù)載的消耗功率，p1是從系統(tǒng)來的功率。從圖4可知，無論發(fā)電電壓如何，根據(jù)d參數(shù)，pa都能向電力系統(tǒng)或負(fù)載輸出。當(dāng)pa＝pl＝200w，d＝0.4以下時，ps的不足部分就會由系統(tǒng)p1提供，d超過此值，pl為負(fù)值，表明是多余的功率傳向系統(tǒng)。上述情況，即向負(fù)載或系統(tǒng)輸出時，采用改變變頻器相位角θ的方式來反映功率的變化。而系統(tǒng)電流il的相位是以系統(tǒng)電壓el的相位為基準(zhǔn)。當(dāng)il＜0時，pa＞pl，溫差發(fā)電供給負(fù)載后的剩余功率輸送系統(tǒng)，此時相位角θ超前；當(dāng)il＞0時，pa＜pl，負(fù)載欠功率，則由系統(tǒng)提供，此時相位角θ滯后。這種θ變化，得益于變頻器輸入側(cè)的電容c和與系統(tǒng)連接側(cè)的電抗器ll。將幾百瓦功率型dc-dc變換器設(shè)置在太陽溫差發(fā)電裝置上，使其k個并聯(lián)后，再用一臺pwm變頻器和電力系統(tǒng)連接而構(gòu)成變換器模塊方式太陽能發(fā)電系統(tǒng)。

設(shè)定光線波長為546nm，設(shè)定入射太陽光線為20萬條，光線垂直入射到槽式拋物面反射聚光鏡7上，模擬光線追跡后光路圖如圖5所示，垂直入射到槽式拋物面反射聚光鏡7上的光線經(jīng)反射后匯聚于焦線m上，位于焦線位置平板集熱體8接收熱能提高，且集熱體8平面大部分區(qū)域能流分布均勻性較好，中心部分能流密度最大，邊緣部分有所衰減；說明本裝置可對太陽光實現(xiàn)有效聚光集熱，經(jīng)集熱體8吸收后可作為溫差發(fā)電器10的熱源。

綜上所述，本發(fā)明提供了一種基于太陽能溫差發(fā)電的供電系統(tǒng)，是一種智能化、模塊化、機械化的系統(tǒng)，太陽能溫差發(fā)電裝置屬于固態(tài)能量轉(zhuǎn)換過程，將槽式拋物面聚光集熱技術(shù)與溫差發(fā)電技術(shù)結(jié)合，使用清潔無污染太陽能作為熱源，采用冬季自然冷資源降溫，本裝置能達(dá)到聚光集熱目的，集熱板中心位置能流密度分布最高且均勻，太陽能溫差發(fā)電技術(shù)投資及使用費用較低，為太陽能光伏發(fā)電1/3～1/5，發(fā)電成本是太陽能光伏發(fā)電1/10～1/20；成本低、使用壽命長、占地面積小、不存在大型機械轉(zhuǎn)動部件、不存在廢棄物、低碳環(huán)保，亦可為偏遠(yuǎn)少電地區(qū)或遠(yuǎn)程傳感器提供新供電方式；溫差發(fā)電裝置中添加dc-dc變換器實現(xiàn)最大功率點跟蹤控制，達(dá)到溫差發(fā)電器保持最大功率的輸出狀態(tài)；由于任何一方光伏電池功率都能供給電力系統(tǒng)和負(fù)載，dc-dc變換器和pwm變頻器的結(jié)合使用，即使在部分地出現(xiàn)陰天，都不存在太陽電池的供電問題，也沒有輸出功率的脈動問題，而且電路構(gòu)成簡單。

以上對本發(fā)明所提供的一種基于太陽能溫差發(fā)電的供電系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明實施例的思想，在具體實施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。