太陽能及溫差發電裝置的制作方法

本實用新型涉及一種采用太陽能光伏發電的裝置，尤其是一種同時利用溫差發電片進行發電的模塊化裝置。

背景技術：

太陽能發電，主要是通過利用半導體材料的光電效應,將太陽能轉換成電能。現常用的太陽能發電板有單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池、非晶硅太陽能電池(薄膜太陽能電池)和多元化合物太陽電池等。溫差發電是以塞貝克效應為基礎的，它由N、P兩種不同類型的半導體熱電材料經過導電性好的導流片串聯而成，當熱端加熱時，使器件的兩端建立起溫差，兩種載流子都流向冷端，形成溫差發電器。溫差發電芯片具有眾多獨特的優點：安全可靠，使用壽命長，維護費用低，沒有噪聲，可以利用太陽能、放射性同位素輻射等熱源，能適應任何特殊氣候的地區使用。

在現有技術中，已公開有同時利用太陽能電池板和溫差發電片進行發電的裝置，如在公告號為CN102510240A的一種二次太陽能光電模組，包括一框架，所述框架上部安裝有菲涅爾透鏡，與框架內、菲涅爾透鏡的下方安裝有二次太陽能光電模塊，所述二次太陽能光電模塊從上到下依次包括有砷化嫁太陽能電池片、第一快速導熱裝置、溫差發電片單元、第二快速導熱裝置以及散熱器。

該專利的技術方案中，砷化鎵太陽能模組工作時熱量能及時散發，而且散發的熱量用于給溫差發電片的熱端加熱，實現溫差發電，相當于對太陽能進行二次利用，提高了太陽能利用率。采用釔合金超導熱裝置作為快速導熱裝置，其結構簡單，制作成本低，導熱效率快；采用石墨膜夾層作為有效連接砷化嫁太陽能電池單元、第一快速導熱裝置、溫差發電片單元、第二快速導熱裝置以及散熱器之間的夾層，利用石墨合金膜本身延展性好、導熱效率高等特性，確保各結構層之間的全面有效解除并加速熱傳導，有利于散熱。

但是，在結構上仍有簡化的空間，尤其是第一快速導熱裝置、第二快速導熱裝置等部件不僅將至少產生4個連接處接觸面的熱阻，對散熱造成一定的影響，而且生產加工過程中，也會增加工藝的復雜型和產品后期使用過程的穩定性。

技術實現要素：

本實用新型針對上述不足，提供一種同時利用太陽能和溫差發電的裝置，尤其是將溫差發電芯片直接制作在太陽能發電板與散熱器表面之間的模塊化發電裝置。

為了實現上述目的，本實用新型采用太陽能及溫差發電裝置的技術方案是：

太陽能及溫差發電裝置，包括有二次太陽能光電模塊，所述的二次太陽能光電模塊從上到下依次包括砷化鎵太陽能電池、第一快速導熱裝置、溫差發電單元、第二快速導熱裝置以及散熱器，包括有散熱器、絕緣層、太陽能發電板，在所述散熱器表面設置有絕緣層，在所述絕緣層和所述太陽能發電板之間直接設置有至少一個溫差發電芯片。

所述的溫差發電芯片由第一電路層、溫差發電層和第二電路層組成，第一電路層和第二電路層之間相互電氣連接，第一電路層設置在所述絕緣層表面，第二電路層設置在所述太陽能發電板相對發電表面的背面。

所述的絕緣層為搪瓷層或三氧化二鋁的氧化層。

所述的絕緣層厚度為0.8～1.5微米。

所述絕緣層和/或太陽能發電板相對發電表面的背面為粗化結構。

所述的太陽能發電板上方固定有聚光透鏡或聚光杯。

所述的聚光透鏡與太陽能發電板之間的空間內設置有呼吸器。

所述的太陽能發電板表面設置有保護層。

所述的散熱器兩側分別設置有類似U型的開槽，兩側開槽方向相反，分別為垂直朝上和垂直朝下。

所述的散熱器為自然散熱、風冷散熱或水冷散熱。

本實用新型的有益效果：

由于將溫差發電芯片直接制作在太陽能發電板與散熱器表面之間，所以其結構簡單，熱傳導高效，減少由于采用導熱層的熱量傳導，提高了整個的穩定性。絕緣層采用搪瓷層或三氧化二鋁的氧化層機構，不僅可以具有良好的絕緣效果，而且其導熱系數高，有助于熱量的傳導。

內置呼吸器的結構，可以有效減少聚光透鏡與太陽能發電板之間密閉空間由于熱脹冷縮造成對密封性的破壞。

聚光透鏡采用菲涅爾透鏡，則可以有效的增加太陽能發電板以及溫差發電芯片的單位面積溫度，從而提高太陽能發電板與溫差發電芯片的發電效率。

本實用新型不僅可以將溫差發電芯片一個或多個以模組方式固定太陽能發電板與散熱器表面之間，還可以采用整體方式固定，形成一個模塊化裝置。尤其是通過散熱器兩側的U字形開槽可進行自由組合，不僅適用于大批量的工業化生產，而且其發電效率高，性能穩定，市場前景良好。

附圖說明

圖1為本實用新型的一優選實施例的立體示意圖；

圖2為本實用新型的一優選實施例中心處的橫向剖面示意圖。

具體實施方式

如圖1和圖2所示，為本實用新型的一優選實施例，由聚光透鏡1、散熱器2、太陽能發電板3、絕緣層4、溫差發電芯片5、保護層6、呼吸器7和導線8等組成。

其中，在散熱器2表面直接制作有絕緣層4，在絕緣層4和太陽能發電板3之間直接制作有一個以上的溫差發電芯片5。

絕緣層4是用過物理或者是化學的方式直接制作在散熱器2的表面，也就是說絕緣層4和散熱器2接觸面之間沒有其他介質，而且兩種材質結合牢固且直接接觸。

溫差發電芯片5由第一電路層51、溫差發電層52和第二電路層53組成，第一電路層51和第二電路層52之間相互電氣連接，第一電路層51制作在絕緣層4的表面，第二電路層53制作在太陽能發電板3相對發電表面的背面。

第一電路層51和第二電路層53上設置有線路層，采用印刷、電鍍、復合或噴涂方式制作。一般來說，采用傳統印刷的方式能夠較好適用，尤其是在表面強度和耐久度，適合于批量化生產。線路層至少包括有可焊接部位和電氣連接分布，溫差發電芯片分別固定在可焊接部位，各個溫差發電芯片之間的電氣連接為串聯和/或并聯，使每個溫差發電芯片形成電氣連接為整體，統一輸出電壓和電流。

在線路層上除至少包括有可焊接部位和電氣連接分布外，還可以設置有靜電保護電路，整流、限壓、電流控制等電路中的一種或多種，以滿足不同的功能需要。

溫差發電層52主要是有N、P兩種不同類型的半導體熱電材料組成，分別對應形成溫差發電芯片5的冷端與熱端，通過溫差發電層52的兩端溫差，驅動電子移動，從而產生電流發電，通過導線8輸出。

由此，我們可以知道，從太陽能發電板3、到溫差發電芯片5、再到絕緣層4、減少了接觸面產生的熱阻，不僅簡化了產品結構、可以能夠有效提高產品的發電效率和穩定性。尤其是，絕緣層4和/或太陽能發電板3相對發電表面的背面粗化后，可以進一步加強接觸面的連接強度，提高穩定性。

絕緣層4具有良好絕緣效果，并導熱性能良好的一層，一般采用搪瓷層或三氧化二鋁的氧化層，厚度為0.8～1.5微米。本實施例采用的是搪瓷層，厚度為1微米。所謂搪瓷，是將含有無機玻璃質的材料通過熔融凝于基體金屬上并與金屬牢固結合在一起的一種復合材料。搪瓷層的絕緣性能良好，通過添加其他高導熱性材料的，使其同時具有良好的導熱性。

在太陽能發電板3的上方固定有聚光透鏡1，當然也可以采用聚光杯，一面可以有效保護太陽能電池板3，另一方面可以有效聚焦光線，提高發電效率。其中，太陽能發電板表面設置有保護層。

聚光透鏡1與太陽能發電板3之間的空間內設置有呼吸器7，呼吸器7主要是在上述空間受冷后，空間變小的情況下，通過呼吸器7吸入空氣，同樣的，如果上述空間受熱膨脹，則通過呼吸器7呼出空氣，從而達到內外空間的壓力平衡，保持空間的氣密性。

在散熱器2的兩側分別設置有類似U型的開槽22，兩側開槽22的方向相反，分別為垂直朝上和垂直朝下。散熱器2的散熱方式為自然散熱、風冷散熱或水冷散熱，或者以上方式的組合應用。在本實施例中，散熱器2的背部設置有眾多的散熱器片21，通過與空氣進行自然對流散熱。

散熱器2一般采用導熱系數高、熱阻小，受熱后能夠快速將熱量傳導和均勻分布的物體或裝置，常用的為銅、熱管、鋁合金、相變材料、碳纖維、石墨烯等中的一種金屬、非金屬或裝置。在本實施列中，散熱器2優選采用自然散熱，采用鋁合金材質，由于鋁合金材料具有較高導熱系數，在230W/mK左右，而且金屬穩定性較好，成本較低，通過鋁擠壓等工藝便于成型。除了本實施例的散熱器2外，還可以采用熱管、風扇、水冷、鋁合金散熱器、翅片散熱器等中的一種或多種組合，以滿足不同環境和散熱強度要求。

本實施例在實際試驗過程中，在相同的實驗環境中，1個標準大氣壓下，環境溫度為15℃-26℃的情況下，采用相同的太陽能發電板，A為本實施例的發電功率，B為傳統太陽能發電板發電功率，下表分從早上5時，到下午17時的發電功率對比數據。

從上述數據中，我們可以知道本技術方案的發電效率遠高于傳統單純太陽能發電板的發電效率，性能優勢明顯。

以上所述的實施例，只是本實用新型較優選的具體實施方式，本領域的技術人員在技術方案范圍內進行的通常變化和替換都應該包括在本實用新型的保護范圍內。