一種太陽能光電、熱電轉換系統的製作方法
2023-12-10 11:27:22
專利名稱：一種太陽能光電、熱電轉換系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種太陽能光電、熱電轉換系統，具體是指一種將太陽能電池組 件在光電轉換過程中所產生的熱量通過熱電效應轉換為電能，從而增加組件功率輸出的太 陽能光電、熱電轉換系統。屬於太陽能光伏發電技術領域。
背景技術：
隨著全球能源危機及環境問題的日益嚴峻，人們對新能源及清潔、無汙染的可再 生能源需求越來越迫切。太陽能作為一種清潔的可再生新能源近年來受到了越來越多的關 注，其應用也越來越廣泛，其中一個最重要的應用就是光伏發電。太陽能光伏發電的最基本單元是太陽能電池，在具體的應用中，通常是將多個太 陽能電池片構成太陽能電池組件，然後再將各個太陽能電池組件連接起來構成整體的電源 輸出。太陽能電池是以半導體PN結上接受太陽光照產生光生伏特效應為基礎，直接將光能 轉換為電能的半導體器件。照射到太陽能電池表面的太陽輻射光含有不同波長的光，太陽 能電池對光能的吸收隨不同的光波波長而不同。對於入射到電池內部的太陽光來說，以矽 太陽能電池為例，那些光子能量 1. IeV的光線才能激發出電子-空穴對，但對於具有此種能量的光子，不同能 量的光子對產生電子_空穴對並沒有不同，即不管是紅光還是藍光，一個光子只能產生一 個電子_空穴對，這樣，剩餘的能量又轉換為未利用的熱量，太陽輻射中大概有30%這樣的 光能又不能被利用。再加上一些其它的因素如反射、載流子複合等又會造成一部分光能的 損失，對於結晶矽型太陽能電池，其理論轉換效率約為29%。由此可見太陽光中很大部分能 量未被利用而產生大量熱量使太陽能電池溫度急劇升高。特別是在炎熱的夏天，由於環境 溫度很高，這種效應就更加明顯。在太陽能電池的工作過程中，隨著電池內產生的熱量不斷 增加，導致電池的溫度隨著不斷升高，這將對組件的正常運行帶來影響，除了加速組件封裝 材料EVA老化外，還會降低太陽能電池的光電轉換效率，對於矽太陽能電池，其最大輸出功 率溫度係數約為-(0. 4 0. 5) % /°C，可以看到高溫下組件的最大輸出功率會降低很多。為了使太陽能電池組件能長久的正常工作，保證其正常的功率輸出，出現了一些 給組件散熱的方法，如給組件加裝水冷卻、氣冷卻循環裝置等。如中國專利CN101262022公 開了一種晶體矽太陽能電池組件光電光熱系統，通過在電池組件下部設置冷卻介質盒，利 用冷卻介質對組件冷卻，將組件產生的熱量提供給熱水箱。雖然此種方式達到了給組件散 熱及熱能利用的目的，但該系統的設計過於複雜，很難應用於實際。專利CN101252153公開 了一種太陽能組件的取熱方法，通過在組件內設置導熱層，然後再用導熱元件將熱能導入 到組件外設置的取熱管路內收集利用。此法也能將組件產生的熱量導出，但需對組件的結 構重新進行設計，增加組件工藝的複雜性及不穩定性。半導體溫差發電是利用Seebeck效應把熱能轉換電能的現象，其工作原理是在 由P型半導體和N型半導體串聯組成的迴路中若兩個接頭處存在溫度梯度，高溫端空穴和電子的濃度較低溫端的濃度高，在載流子濃度梯度的驅動下，高溫端的空穴和電子向低溫 端擴散，從而在高、低溫端形成電勢差，當迴路接通時就會有電流輸出。利用這個原理將多 對P型和N型熱電半導體材料連接起來組成模塊就可以獲得不同數值的輸出電壓和功率。太陽能組件在工作過程中產生大量的熱，導致組件的背面溫度比環境溫度高很 多，如果能充分利用組件產生的熱量，並利用Seebeck效應將熱能轉換為電能，不但可以降 低組件的溫度，解決組件的散熱問題，同時也能增加組件總的功率輸出。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種太陽能光電、熱電轉換系統，即一種 光伏效應與熱電效應集成的太陽能組件系統，將電池組件在光電轉換過程中所產生的熱量 通過熱電效應轉換為電能，既保證了太陽能電池在正常的溫度下工作，也額外地增加組件 的功率輸出，即間接地增加了組件的光電轉換效率。本實用新型解決上述技術問題的方案包括若干個相互電連接的太陽能電池組件， 其特徵在於所述每個太陽能電池組件的背面設有一個熱電轉換模塊，所述熱電轉換模塊 相互之間電連接，該系統還連接有DC/DC轉換器、逆變器和變壓器，所述太陽能電池組件主 要由超白低鐵高透光鋼化玻璃、太陽能電池層和背板組成，所述熱電轉換模塊上端連接有 高溫端絕緣導熱層、下端連接有低溫端絕緣導熱層和散熱片，所述高溫端絕緣導熱層通過 導熱矽膠與背板相連接，低溫端絕緣導熱層通過導熱矽膠與散熱片相連接。作為優選的技術方案，所述高溫端絕緣導熱層和低溫端絕緣導熱層為具有高熱導 率的塑料或絕緣陶瓷或絕緣複合材料。作為進一步的改進，所述散熱片為銅材料製成。在上面的技術方案中，其原理是這樣的太陽能電池組件將太陽輻射中的部分能 量轉換為電能，而另外的絕大部分能量被太陽能電池吸收轉換為熱量，導致組件的溫度大 幅升高。由於組件使用了導熱良好的背板，因此組件內產生的熱量可以通過背板、導熱矽膠 很快地傳遞到熱電轉換模塊的高溫端。另外在熱電轉換模塊的低溫端使用了散熱性能很好 的銅散熱片，使得熱量能及時擴散到外部環境中，保證了熱電轉換模塊高溫端和低溫端始 終存在溫度梯度，從而實現溫差發電。本實用新型適用於一般的小型或中型的太陽能系統，充分解決了太陽能電池組件 在工作過程中的散熱問題，相比於現有技術具有如下優點(1)在此系統中，由於組件在工作過程中的熱量能及時導出，保證了組件在正常的 溫度下工作及較高的轉換效率，避免了組件因溫度升高出現的功率衰減，同時也降低組件 封裝材料受到的影響，延長組件的使用壽命。(2)利用熱電轉換模塊將組件產生的熱量轉換為電能，實現了熱能的充分利用。(3)熱電轉換模塊利用導熱矽膠與組件背面連接在一起，實現了一種光伏效應與 熱電效應集成的太陽能組件，同時熱電效應產生的電可以方便地併入到組件的電力輸出 端，從而增加了組件的輸出功率。
以下結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步說明。[0017]
圖1 帶熱電轉換模塊的太陽能電池組件剖面圖。圖2 本實用新型太陽能光電、熱電轉換系統的示意圖。圖1中，1為超白低鐵高透光鋼化玻璃，2為太陽能電池層，3為背板，41、42為絕緣 導熱層，5為熱電轉換模塊，6為散熱片；圖2中，7A、7B、7N為太陽能電池組件，8A、8B、8N為熱電轉換模塊，9為DC/DC轉換 器，10為逆變器，11為變壓器，12為外部電網，13為負載。
具體實施方式
以下結合附圖，對本實用新型做進一步的詳細說明如圖1所示，一塊帶熱電轉換模塊的太陽能電池組件剖面圖，其中，熱電轉換模 塊5裝設在太陽能電池組件2的背面，太陽能電池組件是由超白低鐵高透光鋼化玻璃1、乙 烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、太陽能電池層2、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)和背板3在 高溫下層壓而成，背板具有高熱導率，保證能將組件背面的熱量及時傳遞出來。所述熱電轉 換模塊5上端連接有高溫端絕緣導熱層41、下端連接有低溫端絕緣導熱層42和散熱片6， 用導熱矽膠將熱電轉換模塊的高溫端絕緣導熱層41與太陽能電池組件組件2的背板3連 接在一起，熱電轉換模塊低溫端的絕緣導熱層42則通過導熱矽膠和散熱片6連接成一體， 作為優選，散熱片由銅材料做成。銅散熱片根據需要可以做成不同的形狀以增加散熱的速 度，由於銅的熱導率達到了 401W/(m*K)，保證能將熱電材料傳遞的熱量快速擴散到環境中， 使低溫端的溫度與外部環境溫度保持一致，維持熱電轉換模塊高溫端和低溫端之間的溫度 梯度。所述高溫端絕緣導熱層41和低溫端絕緣導熱層42可以為具有高熱導率的塑料或 絕緣陶瓷或絕緣複合材料。圖2為太陽能光電、熱電轉換系統的示意圖。圖中7A、7B…7N為連接在一起的太 陽能電池組件陣列，組件串聯和並聯的數目根據系統要求的電壓進行設計；8A、8B…8N為 連接在一起的熱電轉換模塊，其串聯和並聯的數目及方式也是根據系統要求的電壓選擇。 為了能將熱電轉換模塊產生的電能和組件陣列輸出的電能併到一起，需要用DC/DC轉換器 9將熱電轉換模塊產生的總電壓變換到組件陣列的電壓，最後構成總的電流輸出。利用逆變 器10將組件陣列及熱電轉換模塊產生的直流電轉換為交流電，然後再用變壓器11升至高 壓輸入到電網12中，另外也可以將逆變器產生的交流電直接連接到負載13。
權利要求一種太陽能光電、熱電轉換系統，包括若干個相互電連接的太陽能電池組件，其特徵在於所述每個太陽能電池組件的背面設有一個熱電轉換模塊，所述熱電轉換模塊相互之間電連接，該系統還連接有DC/DC轉換器、逆變器和變壓器；所述太陽能電池組件主要由超白低鐵高透光鋼化玻璃、太陽能電池層和背板組成，所述熱電轉換模塊上端連接有高溫端絕緣導熱層、下端連接有低溫端絕緣導熱層和散熱片，所述高溫端絕緣導熱層通過導熱矽膠與背板相連接，低溫端絕緣導熱層通過導熱矽膠與散熱片相連接。
2.如權利要求1所述的太陽能光電、熱電轉換系統，其特徵在於所述高溫端絕緣導熱 層和低溫端絕緣導熱層為具有高熱導率的塑料或絕緣陶瓷或絕緣複合材料。
3.如權利要求1所述的太陽能光電、熱電轉換系統，其特徵在於所述散熱片為銅材料 製成。
專利摘要本實用新型涉及一種太陽能光電、熱電轉換系統，包括若干個相互電連接的太陽能電池組件，每個太陽能電池組件的背面設有一個熱電轉換模塊，熱電轉換模塊相互之間電連接，該系統還連接有DC/DC轉換器、逆變器和變壓器；所述太陽能電池組件主要由超白低鐵高透光鋼化玻璃、太陽能電池層和背板組成，所述熱電轉換模塊上端連接有高溫端絕緣導熱層、下端連接有低溫端絕緣導熱層和散熱片，高溫端絕緣導熱層通過導熱矽膠與背板相連接，低溫端絕緣導熱層通過導熱矽膠與散熱片相連接。熱量的快速擴散保證了高溫端和低溫端的溫度梯度，從而實現溫差發電。通過該系統可以將熱電轉換模塊所產生的電壓變換到系統要求的電壓，最後併入到組件的輸出端構成總的功率輸出。
文檔編號H02N6/00GK201726340SQ20102015252
公開日2011年1月26日 申請日期2010年4月2日 優先權日2010年4月2日
發明者馮濤, 寧兆偉, 張健超, 楊華, 王建軍, 黃濤華 申請人:南通美能得太陽能電力科技有限公司