[发明专利]一种变焦热电发电装置及方法

权利要求书

1.一种变焦热电发电装置，其特征在于，包括底座、散热器、升降装置、聚光镜片、热电发电模块、电路负载和多路选择器；

所述热电发电模块通过散热器安装于底座上，所述聚光镜片通过升降装置安装于底座上，且设置于热电发电模块的上方；所述电路负载和多路选择器与热电发电模块电性连接；

所述热电发电模块包括若干个依次串联的热电发电片，热电发电片的一端面向上设置，另一端面向下设置；所述散热器与热电发电模块中各热电发电片的下端面紧密接触，使之成为冷端；所述聚光镜片将太阳光聚焦投射于热电发电模块中各热电发电片的上端面，使之成为热端；

所述热电发电模块包括按照顺序依次首尾串联相接的第1级子模块至第N级子模块，其中，N≥2，每级子模块分别包括若干个依次串联的热电发电片；所述第1级子模块中的各热电发电片呈阵列排列，第1级子模块的几何中心位于聚光镜片的轴线上；第2级子模块至第N级子模块中的热电发电片均匀地环绕分布于第1级子模块的四周，且由内向外逐级围成N-1圈，每一级子模块为一圈，形成以第1级子模块为中心的多级同心环绕分布结构；

所述升降装置带动聚光镜片在热电发电模块上方升降运动，以调整太阳光在热电发电模块的上端面的聚焦投射区域，使太阳光聚焦投射于前n级子模块的上端面，其中，1≤n≤N；

所述多路选择器具有N个输入端和1个输出端，多路选择器的每个输入端分别与第1级子模块至第N级子模块的尾端连接，多路选择器的输出端经过电路负载连接到第1级子模块的首端；所述多路选择器用于在太阳光聚焦投射于前n级子模块的上端面时，将前n级子模块的热电发电片与电路负载连接形成回路，并将其余的末N-n级子模块从回路中断开；

还包括温度传感器和电路控制器；所述温度传感器与电路控制器连接，电路控制器与多路选择器的控制端连接，且与升降装置的驱动电路连接；

所述温度传感器用于检测热电发电模块上端面的温度；

所述电路控制器用于根据温度传感器检测到的温度，使第n级子模块进入工作状态或退出工作状态；

使第n级子模块进入工作状态的过程为：电路控制器控制升降装置运动以提高聚光镜片的高度位置，使太阳光的聚焦投射区域仅覆盖于前n级子模块的热端；同时控制多路选择器进行线路切换，将第n级子模块串联进电路负载的供电回路中；此时，位于太阳光聚焦投射区域中的前n级子模块的热电发电片与电路负载连接形成回路，位于太阳光聚焦投射区域外的末N-n级子模块从回路中断开；

使第n级子模块退出工作状态的过程为：电路控制器控制升降装置运动以降低聚光镜片的高度位置，使太阳光的聚焦投射区域仅覆盖于前n-1级子模块的热端；同时控制多路选择器进行线路切换，将第n级子模块从电路负载的供电回路中断开；此时，位于太阳光聚焦投射区域中的前n-1级子模块的热电发电片与电路负载连接形成回路，位于太阳光聚焦投射区域外的末N-n+1级子模块从回路中断开；

在太阳光照强度上升的过程中，当温度传感器检测到热电发电模块的热端温度超过设定的阈值时，电路控制器使更多的子模块进入工作状态；

在太阳光照强度下降的过程中，当温度传感器检测到热电发电模块的热端温度低于设定的阈值时，电路控制器使更多的子模块退出工作状态。

2.根据权利要求1所述的变焦热电发电装置，其特征在于，所述热电发电模块中的各级子模块上端面分别涂覆有吸热涂层，各级子模块上端面的吸热涂层互相独立且互不接触。

3.根据权利要求1所述的变焦热电发电装置，其特征在于，所述升降装置包括主动升降组件和被动升降组件，所述聚光镜片固定于主动升降组件和被动升降组件的上端，主动升降组件和被动升降组件的下端固定连接于底座上。

4.根据权利要求3所述的变焦热电发电装置，其特征在于，所述主动升降组件包括互相连接的电机和电动推杆，所述被动升降组件为随动伸缩杆，所述主动升降组件和被动升降组件分别设置于聚光镜片直径方向的两侧。

5.根据权利要求1所述的变焦热电发电装置，其特征在于，所述温度传感器为热电偶或红外温度测试仪。

6.根据权利要求1所述的变焦热电发电装置，其特征在于，所述温度传感器朝向第1级子模块设置，或与第1级子模块连接。

7.一种使用权利要求1至6任一所述的变焦热电发电装置进行变焦热电发电的方法，其特征在于，包括：

S1、测定前n级子模块工作时的发电性能参数：使n从1开始遍历N，重复以下步骤：使第n级子模块进入工作状态，记录在不同光照强度下，前n级子模块的最大输出功率，以及达到最大输出功率时前n级子模块的热端温度；

S2、拟合前n级子模块工作时的发电性能曲线：使n从1开始遍历N，重复以下步骤：根据前n级子模块工作状态下记录的光照强度和最大输出功率的关系，拟合出光照强度-最大输出功率函数曲线，并根据记录的热端温度，拟合出光照强度-最大输出功率函数曲线上每个坐标点处的热端温度值；

S3、临界温度判定：使n从2开始遍历N，重复以下步骤：将前n-1级子模块和前n级子模块的光照强度-最大输出功率函数曲线进行对比，两条函数曲线的交点处标定的热端温度值，即为切换第n级子模块工作状态的临界温度；

其中，所述交点在前n-1级子模块的函数曲线上标定的热端温度即为在光照强度上升过程中，使第n级子模块进入工作状态的临界温度A_n；所述交点在前n级子模块的函数曲线上标定的热端温度即为在光照强度下降过程中，使第n级子模块退出工作状态的临界温度B_n；

S4、信息存储：将S3中得到的临界温度信息记录于电路控制器中；

S5、动态调整工作状态：将变焦热电发电装置放在太阳光下工作，在初始状态下，仅第1级子模块处于工作状态；通过温度传感器实时监测热端温度变化，按照以下方法切换第n级子模块的工作状态，其中2≤n≤N：

在第n-1级子模块处于工作状态时，当热端温度上升至超过临界温度A_n时，使第n级子模块进入工作状态；

在第n级子模块处于工作状态时，当热端温度下降至低于临界温度B_n时，使第n级子模块退出工作状态。