[发明专利]一种变焦热电发电装置及方法

说明书

本发明提供了一种变焦热电发电装置及方法，所述变焦热电发电装置包括底座、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；所述热电发电模块包括依次串联的第1级子模块至第N级子模块；所述升降装置带动聚光镜片升降运动，使太阳光聚焦投射于前n级子模块的上端面；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级子模块与电路负载连接形成回路。本发明基于热电材料的工作特性，通过对太阳光进行变焦投射，使热电发电片实时保持在最佳工作温度，提高了热电发电装置的整体输出功率。

技术领域

本发明涉及热电发电领域，具体涉及一种变焦热电发电装置及方法。

背景技术

热电发电装置利用半导体的塞贝克效应，可直接将温度差转换为电动势。因其具有结构紧凑、无污染等特点，在太阳能发电、可穿戴式供电、汽车尾气余热回收等领域逐渐开始应用。对于某一种热电半导体材料，通常可以使用热电优值(ZT)来评估其性能优劣。热电优值的计算公式为：ZT＝S²Tσ/λ，式中：S、σ、λ分别为热电材料的塞贝克系数、电导率、导热系数，T为绝对温度。由此可见，提高材料的塞贝克系数与电导率、降低材料的导热系数可以提高热电材料的性能。此外，由于热电材料的塞贝克系数、电导率、导热系数会随着温度的变化而变化，故热电优值也会随着工作温度的变化而发生改变，两者通常呈倒U型关系；因此热电材料将存在与之匹配的最佳工作温度区间。

另一方面，太阳光照强度与时间和地域有着密切联系。以东莞市为例，根据陈玲等人2014年在《热带气象学报》第30卷第3期发表的“东莞市辐射强度特征及影响因子”研究，对于月变化特征，东莞市各月的太阳总辐射平均值呈现单峰值变化，且夏季＞秋季＞春季＞冬季；对于日变化特征，日出后太阳光照强度开始增强，总辐射在13:00达到最大值后逐渐减小。由于热端温度与太阳光照强度直接相关，因此热电材料的工况与太阳光照强度存在一个最佳匹配：随着太阳光照强度的增加，当聚光后的热电发电装置热端温度超过最佳工作温度时，降低聚光比、引入更多的热电材料参与发电会提高输出功率；相反，当聚光后的热电发电装置热端温度低于最佳工作温度时，保持高聚光比将更加有效。然而，现有热电发电装置并没有针对热电材料的特性进行工况的动态调整，制约了热电材料的高效利用。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术中的缺陷，提供一种变焦热电发电装置及方法，基于热电材料的工作特性，通过对太阳光进行变焦投射，使热电发电片实时保持在最佳工作温度，提高热电发电装置的整体输出功率。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种变焦热电发电装置，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；所述第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；