集成式太阳能利用装置及系统制造方法及图纸

一种集成式太阳能利用装置及系统，其中装置包括至少一个光电转换元件和至少一个热电转换元件。其中热电转换元件包括至少一个用于热量流入的第一热传导端，光电转换元件与第一热传导端导热连接。当热电转换元件为温差式发电元件时，其还包括至少一个用于热量流出的第二热传导端，当第一热传导端的温度高于第二热传导端的温度时，热电转换元件输出电能。由于利用热电转换元件对光电转换元件产生的热能进行进一步地电能转换，使得未被光电转换元件利用的太阳能能够再次得到利用，从而可以有效提升利用太阳能发电的能量转换效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及清洁能源
，具体涉及一种对太阳能进行利用的集成式太阳能利用装置及系统。
技术介绍
随着对环境保护的日益重视，太阳能系统得到了越来越广泛的应用。目前使用的太阳能系统基本可分为供电和供热两大类。在用于供电的太阳能系统中，又可分为采用光电转换来发电的系统和采用光热转换来发电的系统。其中，采用光电转换来发电的系统主要是利用光伏板直接将所吸收的太阳能部分转换成电能。而采用光热转换来发电的系统主要是利用太阳能对工作介质进行加热使之汽化，再由汽化的介质驱动汽轮机等发电设备进行发电。此外，也有直接利用热能来发电的太阳能系统，例如使用斯特林（Stirling）发电机或其他直接热电转换装置的太阳能系统。不管是哪种类型的太阳能发电系统，目前的能量转换效率仍有待提升。
技术实现思路
依据本专利技术的一方面提供一种集成式太阳能利用装置，包括至少一个光电转换元件和至少一个热电转换元件。其中热电转换元件包括至少一个用于热量流入的第一热传导端，光电转换元件与第一热传导端导热连接。热电转换元件可以是温差式发电元件或储能式发电元件。当热电转换元件为温差式发电元件时，其还包括至少一个用于热量流出的第二热传导端，当第一热传导端的温度高于第二热传导端的温度时，热电转换元件输出电能。当热电转换元件为储能式发电元件时，其还包括工作物质，工作物质用于将从第一热传导端流入的热量直接储存或转换为化学能进行储存，以及将所储存的能量转换为电能输出。热能的直接储存包括工作物质的温度升高或者相变，例如液化和汽化。化学能可包括物质分子的化学变化（例如电离、电解、化合和分解等）所储存的能量。依据本专利技术的另一方面提供一种太阳能利用系统，包括上述集成式太阳能利用装置和第一循环系统。第一循环系统为开放式的或封闭式的循环系统，其包括用于加热第一工质的容器，第一管道系统，至少一个阀门和至少一个节点设备。容器上设置有至少一个第一工质入口和至少一个第一产物出口，至少集成式太阳能利用装置中的第二热传导端与容器中的第一工质导热连接。第一管道系统至少与第一产物出口连接，或者，至少与第一工质入口和第一产物出口连接。阀门用于控制第一管道系统中的一段管道的接通和关闭。节点设备连接在第一管道系统中，用于储存，或者用于能量转换，或者用于能量交换。依据本专利技术的集成式太阳能利用装置将光电转换元件与热电转换元件集成在一起，利用热电转换元件对光电转换元件产生的热能进行进一步地电能转换，使得未被光电转换元件利用的太阳能能够再次得到利用，从而可以有效提升利用太阳能发电的能量转换效率。依据本专利技术的太阳能利用系统，将集成式太阳能利用装置作为热源置入循环系统中，对循环系统的工质进行加热，不仅能够更充分地利用太阳光的能量，也有利于扩展更多的功能，例如可通过循环系统将太阳能转换为可以利用的其它方式的能量，如蒸汽提供的动能或可供长期储存的热能或化学能等。以下结合附图，对依据本专利技术的具体示例进行详细说明。附图说明图1是依据本专利技术的集成式太阳能利用装置的结构示意图；图2是本专利技术中用于生成菲涅尔折射面的两种共轴面的示意图；图3是本专利技术中具有两个齿面的聚光元件的示意图；图4是本专利技术中反射式菲涅尔透镜的结构示意图；图5是依据本专利技术的多个热电转换元件的一种导热连接方式示意图；图6是依据本专利技术的太阳能利用系统的一种结构示意图；图7是实施例1的集成式太阳能利用装置的示意图；图8是实施例1中热电转换元件的等效电路示意图；图9是实施例1中集成有连接电路和导热元件的PCB示意图；图10是实施例1中连接电路的一种开关布置方式的示意图；图11是实施例1中热电转换元件在电路切换后的等效电路示意图；图12是实施例2的集成式太阳能利用装置的示意图；图13是实施例3的太阳能利用系统的示意图；图14是实施例4的太阳能利用系统的示意图；图15是实施例5的太阳能利用系统的示意图。具体实施方式依据本专利技术的集成式太阳能利用装置的一种基本结构可参考图1，包括光电转换元件110和热电转换元件120。光电转换元件110可采用各种能够直接将光能转换为电能的元件，例如光伏板、光电薄膜等。所称光伏板例如可以是单晶硅光伏板、多晶硅光伏板、非晶硅光伏板、复合半导体材料光伏板等。装置中的光电转换元件的数量、种类以及布置方式可根据需要进行设计，例如以串联或并联或混合的方式进行布置。优选地，装置中还可包括至少一个聚光元件（未图示），用于会聚太阳光以提供给光电转换元件。聚光元件具有至少一个聚光折射面，其可以具有较大的面积，以接收更多的太阳光。此外，聚光折射面（或者该折射面所在的光学元件的另一面）还可以镀有用于抗反射、增强透射率的膜，以减少太阳光在聚光元件中的反射损失，提高聚光效率。抗反射镀膜在一定程度上还能增强聚光元件的抗腐蚀性，从而提高聚光元件的寿命。此外，为提高装置对极端环境的适应性，还可在聚光元件的镜片上设置电加热元件，例如电热丝，用于除雪或除冰。将聚光式的光电转换元件与热电转换元件集成，是特别有利的。事实上，热电转换效应的发现远早于光电转换效应，利用热能直接发电也比利用光能发电要早。但目前对光电转换的利用远远多于对热电转换的利用，一个重要的原因在于，当热能强度较低时，只能采用直接的热电转换方式，而当前光电转换的效率远超直接热电转换的效率，并且，在相同功率输出的情况下，光伏板的成本也远低于热电转换器的成本。然而，在使用聚光元件对大面积的太阳光进行会聚后，能够成倍缩减光伏板的使用量，从而使得产生的热能更为集中。在这种情况下，只需要配置少量的热电转换元件就能够大幅提高太阳能的直接发电效率，大大提升了使用热电转换元件的性价比。当热能强度足够强（即会聚的太阳能足够强）时，还能采用相对高效率的热能发电装置，如众所周知的斯特林（Stirling）发电机和蒸汽发电机等，从而进一步提高太阳能的利用效率。优选地，聚光折射面可采用由菲涅尔透镜提供的齿面，为便于理解，以下先对相关概念进行介绍。菲涅尔（Fresnel）透镜是一种薄型透镜。通过将普通透镜连续的原始曲面分割成若干段，在减少每段的厚度后将各段曲面置于同一平面或同一基本光滑的曲面上即形成为菲涅尔透镜。这种由原始曲面演变而来的不连续的折射面可称为菲涅尔折射面，一般呈阶梯状或齿状。理论上菲涅尔折射面与相应的原始曲面相比具有近似的光学性能，但厚度却大为减少。可以将由一个原始曲面（或原始曲面的一部分）生成的菲涅尔折射面称为一个菲涅尔单元。传统的用于生成菲涅尔折射面的原始曲面一般为绕光轴对称的曲面，例如球面、旋转抛物面等旋转曲面。传统的原始曲面的焦点在一个点上，因此，可称为“共点面”。在本专利技术中，原始曲面可以是任何形式的共轴面，可根据应用的需要具体设置。所称共轴面是指焦点在同一直线上（而不一定是在同一个点上）的曲面，该直线可称为“共轴线”。传统的共点面可视为共轴面的共轴线退化为一个点时的特例。采用共轴但不共点的原始曲面，可以将用于设置在聚焦位置的感应元件从较小的面积（对应于焦点）扩展为长条形（对应于由焦点组成的共轴线），从而在不显著增加成本的情况下，提升信号收集的能力并有助于解决局部过热问题。典型的共轴面包括旋转曲面（含二次或高阶旋转曲面）、柱面、锥面等。其中柱面又可称为等截面共轴面，这种曲面沿着共轴线的垂直方向在任何一点切开，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成式太阳能利用装置，其特征在于，包括，至少一个光电转换元件，以及至少一个热电转换元件，其包括至少一个用于热量流入的第一热传导端，所述光电转换元件与第一热传导端导热连接，所述热电转换元件为温差式发电元件或储能式发电元件，当所述热电转换元件为温差式发电元件时，其还包括至少一个用于热量流出的第二热传导端，当第一热传导端的温度高于第二热传导端的温度时，所述热电转换元件输出电能，当所述热电转换元件为储能式发电元件时，其还包括工作物质，所述工作物质用于将从第一热传导端流入的热量直接储存或转换为化学能进行储存，以及将所储存的能量转换为电能输出。

【技术特征摘要】
1.一种集成式太阳能利用装置，其特征在于，包括，至少一个光电转换元件，以及至少一个热电转换元件，其包括至少一个用于热量流入的第一热传导端，所述光电转换元件与第一热传导端导热连接，所述热电转换元件为温差式发电元件或储能式发电元件，当所述热电转换元件为温差式发电元件时，其还包括至少一个用于热量流出的第二热传导端，当第一热传导端的温度高于第二热传导端的温度时，所述热电转换元件输出电能，当所述热电转换元件为储能式发电元件时，其还包括工作物质，所述工作物质用于将从第一热传导端流入的热量直接储存或转换为化学能进行储存，以及将所储存的能量转换为电能输出。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光电转换元件通过至少一个第一导热元件与第一热传导端导热连接，所述装置还包括第一连接电路，用于提供所述热电转换元件位于第一热传导端处的部件之间的导电连接，或者用于提供所述热电转换元件与所述光电转换元件之间的导电连接，至少一个第一导热元件与第一连接电路集成于同一基板，所述基板为刚性或柔性的。3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括至少一个第二导热元件，用于传导第二热传导端流出的热量，以及第二连接电路，用于提供所述热电转换元件位于第二热传导端处的部件之间的导电连接，至少一个第二导热元件与第二连接电路集成于同一基板，所述基板为刚性或柔性的。4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一连接电路与第二连接电路之间导电连接，整个电路中还设置有若干开关，所述开关用于接入来自所述光电转换元件或者外部的电流，以向所述热电转换元件输入电能，使得第一热传导端的温度降低而第二热传导端的温度升高，或者，所述开关用于进行电路切换，以使得当第二热传导端的温度高于第一热传导端的温度时，所述热电转换元件输出电能，这种情况下，第二热传导端还用于热量流入，第一热传导端还用于热量流出，或者，所述开关用于接入来自所述光电转换元件或者外部的电流并且进行电路切换，以向所述热电转换元件输入电能，使得第二热传导端的温度降低而第一热传导端的温度升高。5.如权利要求1～4任意一项所述的装置，其特征在于，所述热电转换元件有两个以上，以串联或并联的方式与光电转换元件导热连接。6.如权利要求1～5任意一项所述的装置，其特征在于，还包括至少一个聚光元件，用于会聚太阳光以提供给所述光电转换元件，所述聚光元件具有至少一个聚光折射面，所述至少一个聚光折射面为齿面，含有至少一个菲涅尔单元。7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述聚光元件包括一透射式菲涅尔透镜和一反射式菲涅尔透镜，所述光电转换元件为能够从正面和反面两个方向吸...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡笑平，
申请(专利权)人：博立码杰通讯深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44