一种基于热释电效应的低品位非稳态太阳能热发电系统

技术领域

本发明属于太阳能热发电技术领域，涉及一种基于热释电效应的低品位非稳态太阳能热发电系统。

背景技术

由于不断增长的能源需求和环境污染，将低品位的废热或太阳能热能转化为电能。太阳能作为一种体量巨大的清洁能源，是应对能源危机和环境危机的重要选项。然而，在中国，持续性和高强度的太阳辐照只存在于偏远的隔壁沙漠地区。日常生活中更多存在的是无处不在的低品位非稳态的太阳光照，具体为大约0.1个标准太阳辐照，能量密度为1-10mW/cm

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于热释电效应的低品位非稳态太阳能热发电系统，该系统能够利用低品位非稳态太阳能热发电。

为达到上述目的，本发明公开了一种基于热释电效应的低品位非稳态太阳能热发电系统，包括太阳能热发电模块；

各太阳能热发电模块均包括聚光镜、热释电体及蓄电装置，其中，热释电体位于聚光镜的下方，太阳光经聚光镜聚焦于热释电体上，热释电体的输出端与蓄电装置相连接。

还包括聚光镜，聚光镜固定于所述支撑架上。

还包括输电装置，各太阳能热发电模块中的蓄电装置通过输电装置并联连接。

蓄电装置位于热释电体的下方。

所述热释电体为片状聚偏二氟乙烯热释电体。

太阳光经聚光镜聚焦于热释电体的中部。

热释电体产生的电荷量Q为：

其中，p为热释电系数，l为导热长度，c为热释电体的比热容，κ为热释电体的热导率，dT/dt为时域温差。

在工作时，通过聚光镜将太阳能集中在热释电体上，在热释电体的表面形成集中加热，产生面内偏振波纹，在保留纵向时域温差的前提下，在横向上产生时域温差。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的基于热释电效应的低品位非稳态太阳能热发电系统在具体操作时，太阳光经聚光镜聚焦于热释电体上，通过聚光镜提高非稳态太阳热能的品味，同时在不改变热释电体的材料物性的前提下，将传统的纵向时域温差转变为面内的横向时域温差，并在热释电体表面进行太阳热能集中，将低品位太阳能升级为高品位热能，从而产生较大的时域温差，有效提高了热电转换效率。与现有技术相比，本发明可极大提高热释电体的时域温差，实现对于低品位非稳态太阳能的高效利用，具有结构简单和成本低的优点。

附图说明

图1为本发明的结构图；

图2为热释电体2时域温差对比图。

其中，1为聚光镜、2为热释电体、3为支撑架、4为蓄电装置、5为输电装置。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。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，都应当属于本发明保护的范围。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

参考图1，本发明所述的基于热释电效应的低品位非稳态太阳能热发电系统包括若干太阳能热发电模块，其中，所有太阳能热发电模块呈阵型分布，各太阳能热发电模块均包括聚光镜1、热释电体2、支撑架3、蓄电装置4及输电装置5，其中，聚光镜1固定于所述支撑架3上，热释电体2位于聚光镜1的下方，太阳光经聚光镜1聚焦于热释电体2上，蓄电装置4位于热释电体2的下方，且热释电体2的输出端与所述蓄电装置4相连接，蓄电装置4的输出端与输电装置5相连接。

本实施例中，所述热释电体2为片状聚偏二氟乙烯热释电体。

本实施例中，太阳光经聚光镜1聚焦于热释电体2的中部。

本实施例中，各蓄电装置4采用并联的方式。

需要说明的是，低品位非稳态太阳能由于其较低的能量密度及辐照强度，无法进行大规模的热电转换，甚至无法达到一些现有太阳能热电转换技术的能量阈值。本发明将聚光镜1覆盖于热释电体2的正上方，将低品位非稳态太阳能聚集在热释电体2的表面，产生可以对标正常太阳辐照的能量密度，实现低品位太阳能向高品位热能的升级，并在热释电体2面内产生横向的时域温差，用于产生电能。

热释电体2为该系统的核心能量转换部件，通过热释电效应将太阳能热量转换为电能；蓄电装置4安装在热释电体2下方，用于存储太阳能转换来的电能，热释电体2的正负极与蓄电装置4相连；支撑架3用来保持聚光镜1与热释电体2的相对位置，在实际操作时，可以根据不同时段太阳能的分布，调整聚光镜1与热释电体2表面的焦距，始终保持热释电体2表面的高密度热量分布。

图2为本发明与现有发明基于热释电效应发电原理的对比图，热释电体2产生的电荷量Q为：

其中，p为热释电系数，l为导热长度，c为热释电体2的比热容，κ为热释电体2的热导率，dT/dt为时域温差。

从式(1)可以看出，增加时域温差以及导热长度，可以有效提高发电量；在传统的热释电太阳能转换装置中，太阳光均匀辐照在热释电体2上，热释电体2表面均匀受热，会在纵向上产生时域温差。然而，由于热释电体2的纵向尺寸(即导热长度l)很薄以及表面的均匀受热，导致纵向时域温差极小，从而只能产生很少量的电荷。

本发明通过聚光镜1将太阳能集中在热释电体2上，在热释电体2的表面形成集中加热，产生巨大的面内偏振波纹，在保留纵向时域温差的前提下，还可以在横向上产生巨大的时域温差。另外，相对于纵向导热尺寸，热释电体2的横向导热尺寸更加可观。

本发明将传统的纵向导热转化为横向导热，有效提高了热释电体2的导热长度。因此，本发明在不改变热释电本身性质的前提下，通过聚光镜1提高热释电体2的时域温差以及导热长度，极大的提高了热释电转化电荷量，从而提高低品位非稳态太阳能的热电转换效率。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。