基于半导体热电效应的光伏板温差发电及温控一体化装置

1.本发明涉及太阳能光伏、温差发电和半导体制冷领域，更具体地说，涉及基于半导体热电效应的光伏板温差发电及温控一体化装置。


背景技术：

2.随着社会的急速发展，对能源的需求也急剧增加，为实现“碳达峰”和“碳中和”等目标，国家对可再生能源的研究十分重视，与传统能源相比，太阳能具有储量丰富、清洁、可再生等优点，利用太阳能发电更加节能环保，且无噪音，对解决我国能源问题有着极大的作用。
3.目前光伏板的效率随温度的升高而降低，因此，为了进一步提高光伏板发电效率，重点在于研发新型光伏板散热技术，现有光伏板散热技术包括风冷，液冷，半导体温差发电/制冷技术等，但目前由于光伏板背部的余热，在风冷和液冷技术中大多数被耗散掉，未能进行有效的利用；而半导体温差发电技术不仅能够吸收利用光伏板背面的废热发出额外电能，还能在一定程度上降低光伏板背板温度并提高光伏板发电效率；其次，半导体制冷技术通过输入电能以显著降低光伏板背板温度从而提高光伏板发电效率，但现有技术无法准确控制在何时，在什么温度条件下启动制冷开关，以最大化装置光伏板和温差半导体模块的整体发电效率；现有技术中，目前还没有一种能够基于光伏板实时温度条件的，可在温差发电和制冷两种模式之间切换的光伏一体化装置。


技术实现要素：

4.1.要解决的技术问题
5.针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供基于半导体热电效应的光伏板温差发电及温控一体化装置，本方案可以实现根据温度传感器的数据和光照强度传感器的数据，分别预测出每一个模式下光伏板和半导体模块的整体输出功率，并同时求出在发电模式和制冷模式之间切换的临界温度t0，当光伏板温度超过临界温度t0时，半导体模块切换至制冷模式；当光伏板温度低于临界温度t0时，半导体模块切换至发电模式，通过在teg、tec模式之间的动态切换，保证光伏板运行在合适的温度区间，同时，在发电模式下，能够利用teg对废热进行利用发电，提高效率。
6.2.技术方案
7.为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
8.基于半导体热电效应的光伏板温差发电及温控一体化装置，包括透明玻璃盖板，所述透明玻璃盖板下端安装有光伏板，所述光伏板下端涂设有导热硅脂ⅰ，所述导热硅脂ⅰ内部安装有温度传感器，所述导热硅脂ⅰ下端安装有多个均匀分布的半导体模块，所述半导体模块下端安装有翅片散热模块，所述半导体模块与翅片散热模块内壁之间设有导热硅脂ⅱ，多个所述半导体模块外端填充隔热保温材料，所述隔热保温材料位于导热硅脂ⅰ和翅片散热模块内壁之间，所述透明玻璃盖板上端固定安装有光照强度传感器，所述光伏板的外
端电性连接有电池模块，所述半导体模块与电池模块之间电性连接，所述电池模块外端电性连接有模式切换模块。
9.进一步的，所述模式切换模块由一个包含支路一、支路二的并联电路组成，所述支路一包括电池模块外端电性连接的二极管ⅰ，所述二极管ⅰ外端电性连接有切换开关，所述切换开关外端电性连接有制冷模式指示灯，所述制冷模式指示灯与多个半导体模块之间电性连接，所述支路二包括电池模块外端电性连接的二极管ⅱ，所述二极管ⅱ外端电性连接有切换开关，所述切换开关外端电性连接有发电模式指示灯，所述发电模式指示灯与多个半导体模块之间电性连接。
10.进一步的，多个所述半导体模块之间为并联连接，且由切换开关、二极管ⅰ、二极管ⅱ、制冷模式指示灯和发电模式指示灯统一控制。
11.进一步的，所述透明玻璃盖板为高透射率的亚克力玻璃平板制成，且厚度为2mm。
12.进一步的，所述半导体模块为半导体制冷片，且分为正反两面，印字一面朝上，与光伏板背面相连接，无印字一面朝下，所述半导体模块左端设有红线，所述半导体模块右端设有黑线。
13.进一步的，所述光伏板的正接线柱与电池模块的正极连接，所述光伏板的负接线柱与电池模块的负极连接，所述半导体模块右端黑线与电池模块7的负极相连。
14.进一步的，所述电池模块为可重复充放电电池箱，所述电池模块内设有逆变器。
15.进一步的，所述温度传感器由热电偶和输出电路组成。
16.进一步的，所述光照强度传感器由太阳功率计或辐射计和输出电路组成，且受光面朝上。
17.进一步的，所示模式切换模块由逻辑电路组成，所述温度传感器和光照强度传感器读取的数据分别通过线路接入切换开关内。
18.3.有益效果
19.相比于现有技术，本发明的优点在于：
20.(1)本方案提出的模式切换开关模块，能极大程度的提升装置整体的发电效率，在光伏板温度过高时，半导体模块能够切换至制冷模式，将光伏板的温度控制在其最佳发电效率区间；在光伏板温度低于临界温度t0时，半导体模块切换至发电模式，充分利用光伏板的废热发电，从而最大化提高整体的发电效率。
21.(2)本方案中的模式切换开关可以实现自动切换，无需手动操作，大大提高操作的简便性。
22.(3)本方案仅需在光伏板下方增加少量空间即可实现发电效率的增加，不会增加光伏板原有的占地面积，减少占用空间。
附图说明
23.图1为本发明基于半导体热电效应的光伏板温差发电及温控一体化装置总体结构的示意图；
24.图2为本发明半导体发电制冷片模式切换的控制电路图；
25.图3为本发明图1中的侧视结构示意图；
26.图4为本发明图1中的俯视结构示意图；
27.图5为本发明光伏板为电池模块充电时的工作电路图；
28.图6为本发明半导体模块制冷模式的工作电路图；
29.图7为本发明半导体模块发电模式的工作电路图；
30.图8为本发明模式切换开关包含的设计逻辑示意图。
31.图中标号说明：
32.1透明玻璃盖板、2光伏板、3导热硅脂ⅰ、31导热硅脂ⅱ、4温度传感器、5半导体模块、6翅片散热模块、7电池模块、8切换开关、9二极管ⅰ、10二极管ⅱ、11制冷模式指示灯、12发电模式指示灯、13隔热保温材料、14光照强度传感器。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图；对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然；所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例；而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例；本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例；都属于本发明保护的范围。
34.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
35.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
36.实施例1：
37.请参阅图1-8，基于半导体热电效应的光伏板温差发电及温控一体化装置，包括透明玻璃盖板1，透明玻璃盖板1下端安装有光伏板2，光伏板2下端涂设有导热硅脂ⅰ3，导热硅脂ⅰ3内部安装有温度传感器4，导热硅脂ⅰ3下端安装有多个均匀分布的半导体模块5，半导体模块5下端安装有翅片散热模块6，半导体模块5与翅片散热模块6内壁之间设有导热硅脂ⅱ31，多个半导体模块5外端填充隔热保温材料13，隔热保温材料13位于导热硅脂ⅰ3和翅片散热模块6内壁之间，透明玻璃盖板1上端固定安装有光照强度传感器14，光伏板2的外端电性连接有电池模块7，半导体模块5与电池模块7之间电性连接，电池模块7外端电性连接有模式切换模块。
38.请参阅图1-7，模式切换模块由一个包含支路一、支路二的并联电路组成，支路一包括电池模块7外端电性连接的二极管ⅰ9，二极管ⅰ9外端电性连接有切换开关8，切换开关8外端电性连接有制冷模式指示灯11，制冷模式指示灯11与多个半导体模块5之间电性连接，支路二包括电池模块7外端电性连接的二极管ⅱ10，二极管ⅱ10外端电性连接有切换开关8，切换开关8外端电性连接有发电模式指示灯12，发电模式指示灯12与多个半导体模块5之间电性连接。
39.请参阅图1-7，多个半导体模块5之间为并联连接，且由切换开关8、二极管ⅰ9、二极管ⅱ10、制冷模式指示灯11和发电模式指示灯12统一控制。
40.请参阅图1-3，透明玻璃盖板1为高透射率的亚克力玻璃平板制成，且厚度为2mm，透明玻璃盖板1紧密附着在光伏板2的正面，防止光伏板2受灰尘附着或雨水的影响，降低外在因素对发电效率的影响。
41.请参阅图3-4，半导体模块5为半导体制冷片，且分为正反两面，印字一面朝上，与光伏板2背面相连接，无印字一面朝下，半导体模块5左端设有红线，半导体模块5右端设有黑线，当红线与电池模块7正极相连，黑线与电池模块7负极相连，则半导体模块5印字一面制冷，无印字一面发热；当黑线与电池模块7正极相连，红线与电池模块7负极相连，则半导体模块5印字一面利用废热发电，此时半导体模块5为电源充电。
42.请参阅图1-2，光伏板2的正接线柱与电池模块7的正极连接，光伏板2的负接线柱与电池模块7的负极连接，半导体模块5右端黑线与电池模块7的负极相连。
43.请参阅图1-2，电池模块7为可重复充放电电池箱，电池模块7内设有逆变器，能够调节输入的电流大小。
44.请参阅图1-3，温度传感器4由热电偶和输出电路组成，温度传感器4仅安装在编号5b的半导体模块5与光伏板2之间，埋在温度传感器4中，其余的半导体模块5上方均未安装热电偶。
45.请参阅图1-4，光照强度传感器14由太阳功率计或辐射计和输出电路组成，且受光面朝上。
46.请参阅图1-7，所示模式切换模块由逻辑电路组成，温度传感器4和光照强度传感器14读取的数据分别通过线路接入切换开关8内。
47.本方案根据温度传感器4数据和光照强度传感器14的数据，分别预测出每一个模式下光伏板2和半导体模块5的整体输出功率并求出在发电模式和制冷模式之间切换的临界温度t0，当光伏板2温度超过临界温度t0，半导体模块5切换至制冷模式；当光伏板2温度低于临界温度t0，半导体模块5切换至发电模式；通过teg/tec模式的动态切换，保证光伏板2运行在合适的温度区间，同时，在发电模式下，能够利用teg对废热进行利用发电，提高效率。
48.实施例2：
49.当太阳光透过透明盖板1照射在光伏板2上，光伏板2产生的电流通过电线流向电池模块7，并为电池模块7充电，其工作电路如图5所示。
50.当模式切换模块读取到温度传感器4内热电偶探测的光伏板温度超出临界温度t0时，则模式切换模块将使支路一中的二极管ⅰ9、切换开关8、制冷模式指示灯11保持通路，使支路二中的二极管ⅱ10、切换开关8、发电模式指示灯12断开，具体工作电路如图6所示。
51.当模式切换模块8读取到温度传感器4内热电偶探测的光伏板温度低于临界温度t0时，则模式切换模块将使支路一中的二极管ⅰ9、切换开关8、制冷模式指示灯11断开，使支路二中的二极管ⅱ10、切换开关8、发电模式指示灯12保持通路，具体工作电路如图7所示。
52.以上所述；仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此；任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内；根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变；都应涵盖在本发明的保护范围内。