太阳能发电板散热装置及控制方法

1.本发明涉及能源技术领域，特别是涉及基于斯特林热机的太阳能发电板散热及余热吸收装置。


背景技术：

2.现如今，环保意识越来愈强，我国提出争取在2060年前实现碳中和，那么为了达成这一目标，大力发展新能源是一个有效的途径，而太阳能发电作为主要的能源获取方式之一，收到了较多研究者的关注。
3.虽然太阳能研究较多，且也广泛应用，但目前太阳能发电板的效率普遍只有20-30％，最高效率能到达40％以上，且却价格昂贵，难以推广。并且夏季高温也会影响太阳能发电板的效率，因为决定开路电压大小的是半导体的禁带宽度和费米能级，由于温度越高，其费米能级越靠近价带，所以温度越高其开路电压越小，也就是说，温度—开路电压二者的曲线大概是一个斜率为负值的直线，温度与短路电流的关系是温度越高短路电流越大，但是短路电流升高的趋势要小于温度升高开路电压下降的趋势，正因为此温度在升高的时候其总输出功率是下降的。并且夏季的高温也会极大地加快太阳能发电板的老化速度，缩短了太阳能发电板的使用寿命。为提高太阳能发电效率，需要加快散热处理，且尽可能收集较多能量，提高能量利用率。


技术实现要素：

4.为了解决上述的问题，本发明提供了太阳能发电板散热装置，能够给太阳能发电板散热延长太阳能发电板的使用寿命，并且能吸收热能将热量转化为电能，实现了太阳能的多级利用。
5.本发明所采用的具体技术方案为：
6.太阳能发电板散热装置，包括斯特林热机、热电模块、直流电机、直流发电机、传动装置和风扇；其特征在于：所述斯特林热机和所述热电模块均与太阳能发电板底部接触；所述直流电机一端与热电模块相连接，连接电路中会串联继电器开关；所述直流发电机通过传动装置与所述斯特林热机相连接，产生的电流一部分用于供控制继电器开关，另一部分用于电路输出；所述直流电机另一端与所述传动装置的一端连接；所述传动装置与所述风扇连接；所述传动装置包括锥齿轮和半齿轮。本技术通过综合热电模组和斯特林热机，减少了太阳能产热的能量损失，且热电模组可以根据太阳能热量的产生，自启动控制直流电机的工作，进而触发斯特林热机的工作，斯特林热机工作不仅可以利用太阳能产生的热量，还可将热量转换为电能传送至直流发电机中，并带动风扇对斯特林热机的散热片进行散热，提高散热效率，进而不仅实现了多级能量回收，还可提高散热效果。
7.进一步地，所述斯特林热机的的热腔一端直接与太阳能发电板底部连接，用于热传导。
8.进一步地，所述斯特林热机的的热腔另一端连接有冷腔和多个散热片，利用散热。
9.进一步地，所述风扇设置在所述散热片附近，用于散热。
10.进一步地，所述热电模块包括：热电器件、上绝缘陶瓷片和下绝缘陶瓷片；其中下绝缘陶瓷片与太阳能发电板底部接触；所述上绝缘陶瓷片包括多个散热片，提高散热效果。热电器件采用了p型和n型半导体来吸收热量而产生电流来驱动直流电机，但不限于利用塞贝克原理来驱动。
11.进一步地，所述的传动装置包括两个锥齿轮和一个半齿轮，其中两个锥齿轮改变斯特林发动机产生的力的方向，并将力传递给风扇，用于对散热片进行散热，提高散热效果。所述风扇由斯特林热机驱动，风扇转动产生的气流垂直向散热鳍片运动，加快斯特林热机冷腔的散热。
12.进一步地，所述的传动装置的半齿轮与所述直流电机连接，由所述直流电机驱动，并与锥齿轮中的一个咬合，进而触动热机运作。
13.进一步地，在斯特林热机开始运作后，半齿轮与锥齿轮分离，不影响热机驱动直流发电机。
14.一种根据上述所述的太阳能发电板散热装置的控制方法，其特征在于：
15.当太阳能发电板工作时，温度升高，使所述热电模块中的两端温差变大，当变大到一定阈值时，热电模块开始工作；热电模块将热能转化为电能，从而驱动直流电机m1转动，直流电机m1与半齿轮连接，半齿轮与锥齿轮咬合，从而带动斯特林热机运动，而当斯特林热机运动之后，半齿轮与锥齿轮脱离，同时直流发电机m2完全由斯特林热机驱动，直流发电机m2产生电流，发送高电平信号给或非门触发器，触发器将会向继电器输出持续的高电平信号，启动继电器，继电器将改变与直流电机m1和直流发电机m2直接相连的开关的闭合状态，此时与非门触发器两输入端皆处于低电平，则输出端将一直保持高电平输出，热电模块的电路将一直与斯特林热机部分断开；斯特林热机启动后，就能立刻带动热机上的风扇来对自身的散热片进行散热，散热之后，不仅能够降低太阳能发电板的温度，还能够提高热机效率。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)可以借助热电模块、斯特林热机和太阳能电池板，以实现多级能量回收利用，提高能量回收利用率；(2)本发明能够很好地为太阳能发电板降温，提高太阳能发电板的工作效率与使用寿命。(3)本发明的能够自启动，根据热量，实现一定的温差，进而使热电模块工作，进而触发斯特林热机的启动，克服了斯特林热机无法自启动的难题，安装在无人看管的太阳能发电板上，无需经常维护。(4)通过带动风扇，可以进一步提高散热效果，避免过热对太阳能发电的影响。(5)本发明独立性较强，结构简单，能够不依赖其他的电源支持，能够方便的安装在绝大部分太阳能发电板上。
附图说明
17.图1为本发明的太阳能发电板散热装置整体示意图；
18.图2为本发明的塞贝克热电模块部分示意图；
19.图3a和图3b为本发明的斯特林热机部分的正面示意图和侧面示意图；
20.图4为本发明的电路控制部分示意图。
具体实施方式
21.下面结合附图，对本发明做进一步详细的描述。
22.实施例
23.如图1-4所示，太阳能发电板散热装置，包括斯特林热机2、热电模块、直流电机m1、直流发电机m2、传动装置和风扇7；其中所述斯特林热机2和所述热电模块均与太阳能发电板底部接触；所述直流电机m1一端与热电模块相连接，连接电路中会串联继电器开关；所述直流发电机通过传动装置与所述斯特林热机2相连接，产生的电流一部分用于供控制继电器开关，另一部分用于电路输出；所述直流电机m1另一端与所述传动装置的一端连接；所述传动装置与所述风扇7连接；所述传动装置包括锥齿轮3和半齿轮4。本技术通过综合热电模组和斯特林热机，减少了太阳能产热的能量损失，且热电模组可以根据太阳能热量的产生，自启动控制直流电机的工作，进而触发斯特林热机的工作，斯特林热机工作不仅可以利用太阳能产生的热量，还可将热量转换为电能传送至直流发电机中，并带动风扇对斯特林热机的散热片进行散热，提高散热效率，进而不仅实现了多级能量回收，还可提高散热效果。
24.考虑到斯特林热机较难实现自启动，因此设计了塞贝克热电模块来辅助斯特林热机进行启动，当斯特林热机启动之后，塞贝克热电模块将无需工作。具体实施方法为：将斯特林热机部分与塞贝克热电模块通过传动模块连接到一起，然后倒置贴合在太阳能发电板的底部即可。
25.所述斯特林热机的的热腔5一端直接与太阳能发电板底部连接，用于热传导。所述斯特林热机的的热腔另一端连接有冷腔6和多个散热片，利用散热。所述风扇设7置在所述散热片附近，用于散热。
26.所述热电模块包括：热电器件1、上绝缘陶瓷片和下绝缘陶瓷片5；其中下绝缘陶瓷片与太阳能发电板底部接触；所述上绝缘陶瓷片包括多个散热片，提高散热效果。热电器件采用了p型和n型半导体来吸收热量而产生电流来驱动直流电机，但不限于利用塞贝克原理来驱动。
27.所述的传动装置包括两个锥齿轮3和一个半齿轮4，其中两个锥齿轮3改变斯特林发动机产生的力的方向，并将力传递给风扇7，用于对散热片进行散热，提高散热效果。所述风扇7由斯特林热机2驱动，风扇转动产生的气流垂直向散热鳍片运动，加快斯特林热机冷腔的散热。
28.所述的传动装置的半齿轮4与所述直流电机m1连接，由所述直流电机m1驱动，并与锥齿轮3中的一个咬合，进而触动热机运作。在斯特林热机开始运作后，半齿轮4与锥齿轮分离，不影响热机驱动直流发电机m2。
29.本技术中的控制方法为：当太阳能发电板工作时，温度升高，使所述热电模块中的两端温差变大，当变大到一定阈值时，热电模块开始工作；热电模块将热能转化为电能，从而驱动直流电机m1转动，直流电机m1与半齿轮连接，半齿轮与锥齿轮咬合，从而带动斯特林热机运动，而当斯特林热机运动之后，半齿轮与锥齿轮脱离，同时直流发电机m2完全由斯特林热机驱动，直流发电机m2产生电流，发送高电平信号给或非门触发器，触发器将会向继电器输出持续的高电平信号，启动继电器，继电器将改变与直流电机m1和直流发电机m2直接相连的开关的闭合状态，此时与非门触发器两输入端皆处于低电平，则输出端将一直保持高电平输出，热电模块的电路将一直与斯特林热机部分断开；斯特林热机启动后，就能立刻
带动热机上的风扇来对自身的散热片进行散热，散热之后，不仅能够降低太阳能发电板的温度，还能够提高热机效率。
30.与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)可以借助热电模块、斯特林热机和太阳能电池板，以实现多级能量回收利用，提高能量回收利用率；(2)本发明能够很好地为太阳能发电板降温，提高太阳能发电板的工作效率与使用寿命。(3)本发明的能够自启动，根据热量，实现一定的温差，进而使热电模块工作，进而触发斯特林热机的启动，克服了斯特林热机无法自启动的难题，安装在无人看管的太阳能发电板上，无需经常维护。(4)通过带动风扇，可以进一步提高散热效果，避免过热对太阳能发电的影响。(5)本发明独立性较强，结构简单，能够不依赖其他的电源支持，能够方便的安装在绝大部分太阳能发电板上。
31.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。