[实用新型]一种半导体温差发电系统

说明书

本发明是利用菲涅尔聚光装置、热接收金属板、半导体温差电转换模组、导热热管和冷却水槽制备而成的一种半导体温差发电系统。菲涅尔聚光装置由多块长方形镀银玻璃拼接成柱面结构构成；在柱面的轴心位置安放热接收金属板、半导体温差电转换模组、导热热管和冷却水槽的集成体，集成体各组件之间的界面涂覆石墨烯以减少界面热阻；半导体温差电转换模组由多块温差发电器件组成；冷却水槽上设有一冷水进口和一热水出口，一方面提高冷却效率，加大温差电器件的两端温差进而增加热电转换效率，另一方面可产生热水以供它用。本发电系统相比于光伏发电系统受天气气候、风沙等影响较小，同时在没有太阳光跟踪系统的情况下发电效率波动不大，适用于航天航空、个人家庭和野外作业供电等领域。

技术领域

本发明涉及一种系统集成设计方法，尤其是一种半导体温差电发电系统的设计方法，确切的说是一种太阳能聚光系统/温差电能量转换模组/热管/水槽水冷系统等多组件通过热力学模型设计而集成的半导体温差电发电系统的设计方法。

背景技术

温差发电技术是一种绿色环保发电方式，它可以把太阳能、地热能、海洋热能和工业废热等低品位能源转化为电能。半导体温差发电技术的主要优点是能量转换过程中无运动部件、体积小、可移动携带、无污染等，缺点是温差小、能量密度低和转化效率地等。国内在半导体温差发电方面的研究起步较晚，主要集中在理论和热电材料制备方面的研究。陈金灿课题组于上世纪80 年代开始对温差发电器的基础理论进行研究，对温差发电器的性能进行优化分析，得到了很多有意义的成果；贾阳等建立了温差发电器的热电耦合分析模型。同期美国完成了500W‐1000W 的军用温差发电器，日本开发了固体废物焚烧炉的温差发电技术，BSST 和BMW 的科学家和工程技术人员开发的汽车温差发电器已于2013 年投入使用。

太阳能是人类可直接利用的清洁能源之一。在寻找新能源的探索中，太阳能无疑是目前最好的选择。温差发电开辟了利用太阳能的一个新途径。太阳能温差发电技术是先通过集热器将太阳能转换为热能，再利用塞贝克效应(温差电效应)将热能转换为电能。传统的太阳能热发电方式都用发电机或蒸汽轮机作原动机，噪声很大，并普遍造成环境的变迁与污染。此外，这些带运动部件的系统都包含了一定的维护工作量和必须的运行维护费用，只有在发电容量较大的场合才能获得良好的技术指标。无运动部件、无噪声且不需要维护的温差发电技术则能够大大简化太阳能发电系统的结构，并可以根据负荷灵活调整温差发电模块的数量，满足对中、小发电量的要求。2004 年泰国学者研究了一种太阳能温差发电屋顶的结构，他在屋顶设置了热电转换器件，利用铜板吸收太阳能辐射热使热电转换器件的热端温度升高，与环境之间形成温差，进行发电。近年，武汉理工大学张清杰教授同日本科学家新野正之合，提出了将基于高效热电材料的太阳能热电转换技术与基于光伏电池材料的太阳能光电转换技术进行集成复合的太阳能热电、光电复合发电技术的新的科学构想，得到我国NSFC 和日本JST 重大国际合作研究项目的支持，研制出了具有中日双方各50％知识产权的国际上第一台太阳能热电、光电复合发电的实验系统并试验成功，开辟了太阳能全光谱 (200～3000nm)直接高效发电技术的新途径。但是，因受限于温差电器件的低效率、大温差和高能量密度热源实现难度，导致半导体温差发电系统开发应用进展缓慢，本发明旨在上述两方面提出相关创新设计，以实现半导体温差发电系统广泛应用。

实用新型内容

为解决现有半导体温差电器件的低效率和大温差、高能量密度热源实现难等问题，本发明在于提供一种既具备良好热电性能的热电模组，同时又可实现大温差和高能量密度的半导体温差发电系统，以克服现有技术的不足。

实现本发明目的的技术方案是：一种半导体温差发电系统，包括步骤如下：

步骤1 根据需要实现的电功率设计制备菲涅尔聚光系统；

步骤2 热接收金属板设计制备；

步骤3 选择半导体温差发电器件设计热电模组；

步骤4 微热管阵列设计和选择；

步骤5 冷却水槽设计和制备。

作为本发明的进一步改进，所述步骤1 中，所述的菲涅尔聚光系统由多片长方形镀银平板玻璃拼接成微弧柱面结构，镜面垂直入射反射率大于95％，其聚焦比为5‐10，聚光成本低，无需跟踪系统，获得的高温区宽度更大。