[發明專利]太陽能發電裝置及方法

無效

• 申請號: 200910131821.8
• 申請日: 2009-04-08
• 公開（公告）號: CN101599722A
• 公開（公告）日: 2009-12-09
• 發明（設計）人: 許駿
• 申請（專利權）人: 許駿
• 主分類號: H02N6/00
• 分類號: H02N6/00;H02N11/00;G02B3/08;G02B7/02
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司
• 代理人: 閆立德

技術領域

本發明屬于太陽能光熱發電技術領域。具體地說是一種能夠利用聚光透鏡將太陽光線聚焦，對相變材料進行加熱，利用高溫相變材料的儲熱功能，通過熱電轉換為用戶提供發電功能的方法及裝置。?

背景技術

光伏發電(PV)指的是將太陽光直接轉換成電能。但光伏發電所面臨的一個問題是其不穩定性。有許多因素會導致這一特性，例如，夜間，天氣的變化等等。光伏發電技術已經發展多年，尤其是晶體硅太陽能電池發電，技術已經相當成熟。但由于成本較高，至今仍是發達國家依靠政府補貼來推廣的。?

1821年，德國物理學家塞貝克發現，在兩種不同的金屬所組成的閉合回路中，當兩接觸處的溫度不同時，回路中會產生一個電勢，這就是熱電效應，也稱作“塞貝克效應(Seebeckeffect)”。半導體熱電堆發電技術是基于半導體塞貝克效應并能夠直接將熱能轉化為電能的新型發電技術。圖1是一個熱電偶的示意圖，熱電偶是構成熱電堆的基本單元。熱電堆的輸出電壓或電流與絕對溫度沒有直接的關系，而是與兩端的溫差或溫度梯度有直接的關系。通常，要將一系列熱電偶用串聯或者并聯的方式連接起來，并對其進行交替性加熱，才能有效地發出比較多的電。?

目前市場上有一些基于熱電效應的發電裝置，雖然它們的系統設計各不相同，工作性能也有很大差異，但它們的基本工作原理還是比較接近的，特別值得一提的是，加拿大的Global熱電公司將空間RTG技術轉為商業化的TEG技術，目前已經成為世界上最大的熱電發電機供應商，他們的產品很具有代表性。以Global熱電公司產品為代表的系統通常都包含一個密封的熱電堆，而熱電堆是由大量(通常幾百個甚至更多)的熱電偶組成的。以天然氣作為燃料，通過燃燒室對熱電堆的熱端進行加熱，同時通過散熱器對其冷端進行制冷，以此來維持熱電堆兩端較大的溫度梯度，從而產生一個穩定的直流電流輸出。這些基于熱電效應的發電系統都有一個共同的問題，就是它們需要以天然氣為燃料，而天然氣屬于化石燃料，是不可再生的能源。使用不可再生的能源有以下幾個問題：1)產生有害氣體，污染環境，加速溫室效應；2)開采石油，天然氣，對環境亦有負面影響；3)地球上的化石燃料資源最終可能全部耗盡。可再生能源的利用符合21世紀人類社會的大潮流，以太陽能為例，由太陽發射到地球上的能量大約為3,850Zetta-joules(ZJ)/年，而地球一年的能源總消耗量大約為0.471ZJ。可?再生能源的好處可以簡單歸納為以下幾點：1)可再生能源取之不盡，用之不竭；2)通常不對環境造成污染。?

能量存儲是太陽能發電領域當中的一項重要課題，這是因為一般現代能源系統都需要連續，穩定的供電。而光伏發電系統受天氣變化的影響很大，在許多情況下難以滿足用戶對于連續性和穩定性的要求。光熱發電則能夠克服這一缺點，而能量存儲正是光熱發電系統中不可缺少的組成部分。相變材料(PCM)具有在一定溫度范圍內改變其物理狀態的能力。以固-液相變為例，在加熱到熔化溫度時，就產生從固態到液態的相變，熔化的過程中，相變材料吸收并儲存大量的潛熱；當相變材料冷卻時，儲存的熱量在一定的溫度范圍內要散發到環境中去，進行從液態到固態的逆相變。熔鹽作為一種特殊的相變材料是由硝酸鉀、亞硝酸鈉及硝酸鈉組成的混合物。作為一種傳熱介質，廣泛用于各種高溫加熱生產工藝。采用高溫熔鹽作為熱載體的優點是：傳熱系數高，熱穩定性好，質量傳遞速度快。當前工業中常用的高溫熔鹽熔點為142℃，在150～540℃范圍內可以安全使用。塔式太陽能發電站是太陽能發電站的一種，其工作原理是在地面上布置大量的定日鏡，在這一群定日鏡中的適當位置建立一座高塔，高塔頂上放置鍋爐，各定日鏡均使太陽光聚集成點狀，集中射到鍋爐上，使鍋爐里的傳熱介質達到高溫，并通過管道傳到地面上的蒸汽發生器，產生高溫蒸汽，由蒸汽驅動渦輪發電機組發電。因為太陽光的照射是不均勻的，如果沒有儲能技術，晚上系統將無法發電，這樣就不能使發電設備得到充分利用。另外，即使在白天太陽能強度也會因為云層的遮擋而發生變化，如果沒有儲能系統，發電設備就不能穩定運行，甚至會出現頻繁啟停，這樣會對系統發電效率產生極大的影響，同時也會嚴重影響發電設備的壽命。?

目前已經有一些大型太陽能發電站將儲能技術引入聚光太陽能高溫熱發電系統，而通常所使用的相變材料，恰恰是熔鹽。熔鹽由于成本低、使用溫度高以及在高溫時蒸汽壓力非常低等優點，被公認為良好的高溫蓄熱材料。熔鹽作為一種先進的傳熱蓄熱材料，對于提高系統發電效率，提高系統發電穩定性和可靠性具有重要意義。?