專利名稱：一種太陽能發電裝置及應用該裝置的太陽能發電系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及能量轉換領域，尤其涉及一種太陽能發電裝置及應用該裝置的太陽能發電系統。
背景技術：
隨著化石能源供應日趨緊張，可再生能源的開發和利用已成為各國能源戰略中的重要組成部分。太陽能作為ー種取之不盡用之不竭的清潔能源，以其絕對的安全性和資源的充足性等優點在可再生能源的開發利用中占據了重要地位。近幾年來，將太陽能轉換為電能的光伏發電技術成為發展最快、經濟價值最高的 太陽能利用方式。目前，現有的光伏發電技術主要采用硅材料制成的光伏太陽能電池片進 行發電；但是，由于受到硅材料本身特性的限制，硅材料所制成的光伏太陽能電池片最高只能將25%的太陽能轉換為電能，其余大部分太陽能都將轉化為使光伏太陽能電池片升溫的熱能，并逐漸散失；本領域公知的事實表明光伏太陽能電池片的輸出功率會隨著溫度的上升而大幅減小，以晶體硅制成的光伏太陽能電池片為例，這種光伏太陽能電池片每增加ー攝氏度，其輸出功率就將損失0. 4% 0. 5%，因此未能轉換為電能的太陽能不僅沒有得至IJ有效的利用，反而提升了光伏太陽能電池片的溫度，降低了光伏太陽能電池片的輸出功率。由此可見，提升太陽能的利用率、降低光伏太陽能電池片的溫度成為亟待解決的問題。
發明內容本實用新型實施例提供了一種太陽能發電裝置及應用該裝置的太陽能發電系統，以便于能夠有效降低光伏太陽能電池片的溫度，提升光伏太陽能電池片的輸出功率，并且提聞太陽能的綜合利用率。一種太陽能發電裝置，包括光伏太陽能電池片A以及設于光伏太陽能電池片A背光面的溫差發電片B ;所述的溫差發電片B包括熱端電極層BI和冷端電極層B3，所述的熱端電極層BI和冷端電極層B3之間包夾有溫差發電層B2 ;所述溫差發電片B的熱端電極層BI通過第一導熱絕緣層Cl疊合于光伏太陽能電池片A的背光面。優選地，相應的第一導熱絕緣層Cl由三氧化ニ鋁或氮化鋁制成。優選地，相應的第一導熱絕緣層Cl的厚度大于100納米。優選地，相應的溫差發電片B的冷端電極層B3外設有散熱層D ；所述散熱層D通過第二導熱絕緣層C2與冷端電極層B3相疊合。優選地，相應的第二導熱絕緣層C2由三氧化ニ鋁或氮化鋁制成。優選地，相應的第二導熱絕緣層C2的厚度大于100納米。優選地，相應的光伏太陽能電池片A包括柵電極層Al和基片電極層A4 ；[0015]所述的柵電極層Al和基片電極層A4之間包夾有相互疊合的N型半導體材料層A2和p型半導體材料層A3 ;其中，柵電極層Al與N型半導體材料層A2相疊合，而基片電極層A4的一面與P型半導體材料層A3相疊合，基片電極層A4的另一面通過第一導熱絕緣層Cl與所述溫差發電片B的熱端電極層BI相疊合。ー種太陽能發電系統，包括至少ー個上述技術方案中所述的太陽能發電裝置。由上述本實用新型提供的技術方案可以看出，本實用新型實施例所提供的太陽能發電裝置通過第一導熱絕緣層Cl將光伏太陽能電池片A與溫差發電片B相疊合，從而使光伏太陽能電池片A上的熱量能夠迅速傳導到溫差發電片B，以供溫差發電片B進行發電；這不僅有效降低了光伏太陽能電池片A的溫度，提升了光伏太陽能電池片A的輸出功率，而且能使大部分轉換為熱能的太陽能又轉換為電能，因此大大提高了太陽能的綜合利用率。

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例 或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本實用新型實施例提供的太陽能發電裝置的結構示意圖ー；圖2為本實用新型實施例提供的太陽能發電裝置的結構示意圖ニ ；圖3為本實用新型實施例提供的太陽能發電裝置的溫度傳遞情況示意圖；其中，附圖標記Cl表示第一導熱絕緣層，附圖標記C2表示第二導熱絕緣層，附圖標記BI表示熱端電極層，附圖標記B2表示溫差發電層，附圖標記B3表示冷端電極層。
具體實施方式
下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。首先需要說明的是，本申請文件中所述的疊合是指通過現有技術中的物理或化學加工方式使兩種或兩種以上相同或不同物料的若干部分重疊成ー個整體；其中，現有技術中的物理或化學加工方式可以包括粘接、壓合、鉚接、焊接、電鍍，或者通過濺射法在物料表面制得功能薄膜等本領域公知的加工方式；所述的物料可以包括產品原材料(例如由三氧化ニ鋁或氮化鋁制成的第一導熱絕緣層Cl、由熱電材料制成的溫差發電層B2等)、產品零部件(例如光伏太陽能電池片A和溫差發電片B等)等。下面將結合附圖對本實用新型實施例作進ー步地詳細描述。如圖I所示，本實用新型實施例所提供的太陽能發電裝置，其具體結構可以包括光伏太陽能電池片A以及設于光伏太陽能電池片A背光面的溫差發電片B ;相應的溫差發電片B可以包括熱端電極層BI和冷端電極層B3，熱端電極層BI和冷端電極層B3之間包夾有溫差發電層B2 ;所述溫差發電片B的熱端電極層BI通過第一導熱絕緣層Cl疊合于光伏太陽能電池片A的背光面。由于光伏太陽能電池片A的迎光面需要接收太陽光照射才能發電，因此溫差發電片B應設于光伏太陽能電池片A的背光面，以避免遮擋太陽光。其中，相應的第一導熱絕緣層Cl應由三氧化ニ鋁、氮化鋁或者兩者的復合材料制成，并且其厚度最好大于100納米，因為他們具有出色的電絕緣性能和高導熱性能，不僅能夠使光伏太陽能電池片A與溫差發電片B實現電隔離，以避免兩者同時發電時發生電流沖突，而且能夠使光伏太陽能電池片A上的熱量最大化地迅速轉移到溫差發電層B2，以提高對太陽能的綜合利用率。具體地，本實用新型實施例所提供的太陽 能發電裝置在實際用中還可以包括如下的技術方案(I)所述溫差發電片B的溫差發電層B2可以由現有技術中公知的熱電材料制成，例如相應的熱電材料可以為硅鍺合金、碲化鉍及其合金或者碲化鉛及其合金等，這些熱電材料能夠利用兩端的溫度差進行發電。(2)所述溫差發電片B的冷端電極層B3外可以設有散熱層D ;該散熱層D可以通過第二導熱絕緣層C2與冷端電極層B3相疊合；溫差發電片B發電后的多余熱量可以通過第二導熱絕緣層C2流向散熱層D，該散熱層D可以通過風冷或水冷的方式迅速散發，從而使溫差發電片B的冷端電極層B3保持相對較低的溫度，進而有利于使溫差發電層B2兩端形成較大溫差，以獲得更多的電能。其中，相應的散熱層D可以采用較高熱導率的金屬材料(該金屬材料可以為銅、鋁、銅合金、鋁合金等)制成，從而保證該散熱層D具有良好的散熱性能；相應的第二導熱絕緣層C2應與第一導熱絕緣層Cl采用相同的技術方案，即應由三氧化ニ鋁、氮化鋁或者兩者的復合材料制成，并且其厚度最好大于100納米，因為他們具有出色的電絕緣性能和高導熱性能，不僅能夠使冷端電極層B3的多余熱量能夠迅速散發，而且能夠使冷端電極層B3實現電隔離，以避免冷端電極層B3受到外部電流的干擾，影響正常的溫差發電。(3)如圖2所示，相應的光伏太陽能電池片A可以包括柵電極層Al和基片電極層A4 ;柵電極層Al和基片電極層A4之間包夾有相互疊合的N型半導體材料層A2和P型半導體材料層A3 ;其中，柵電極層Al與N型半導體材料層A2相疊合，而基片電極層A4的一面與P型半導體材料層A3相疊合，基片電極層A4的另一面通過第一導熱絕緣層Cl與所述溫差發電片B的熱端電極層BI相疊合。相應的基片電極層A4通常為基片鋁電極。相應的光伏太陽能電池片A也可以是現有技術中能夠通過商業手段購買到的任何一種光伏太陽能電池片，這不僅可以節約制作エ序，而且能夠提供提高該太陽能發電裝置的相容性和通用性。進ー步地，為了能夠清楚地表明以三氧化ニ鋁或氮化鋁為原料來制作第一導熱絕緣層Cl時，其性能的優越性，下面以ニ氧化硅為對比實例并結合附圖3進行對比分析圖3中的三條曲線分別表示出以氮化鋁、三氧化ニ鋁以及ニ氧化硅為原料來制作第一導熱絕緣層Cl (和第二導熱絕緣層C2)吋，該太陽能發電裝置的溫度傳遞情況示意圖；由于光伏太陽能電池片A在實際的戶外工作吋，其溫度通常為60攝氏度左右，因此該溫度傳遞情況示意圖中以60攝氏度作為第一導熱絕緣層Cl從光伏太陽能電池片A獲得的初始溫度；由于溫差發電片B的散熱層D通常采用風冷或水冷的方式進行降溫，而降溫后的溫度通常為20攝氏度左右，因此該溫度傳遞情況示意圖中以20攝氏度作為第二導熱絕緣層C2傳遞給散熱層D的終止溫度。從圖中我們可以清楚的看到，在第一導熱絕緣層Cl與第二導熱絕緣層C2的兩端相差40攝氏度(即所述初始溫度與終止溫度相差40攝氏度)的情況下，對于以ニ氧化硅作為第一導熱絕緣層Cl和第二導熱絕緣層C2的曲線而言，其溫差發電層B2兩端的溫差僅為15攝氏度左右；而在相同情況下，以三氧化ニ鋁作為第一導熱絕緣層Cl和第二導熱絕緣層C2的曲線，其溫差發電層B2兩端的溫差可以達到35攝氏度左右；更引人注目的是，以氮化鋁作為第一導熱絕緣層Cl和第二導熱絕緣層C2的曲線，其溫差發電層B2兩端的溫差幾乎趨近于40攝氏度；。由此可見，三氧化ニ鋁的導熱性能遠遠高于ニ氧化硅，而氮化鋁的導熱性能更是高過三氧化ニ鋁，因此以氮化鋁或三氧化ニ鋁作為第一導熱絕緣層Cl和第二導熱絕緣層C2的溫差發電片B能使溫差發電層B2兩端形成較大的溫差，從而獲得更多的電能，以提高太陽能的綜合利用率；由于氮化鋁和三氧化ニ鋁的絕緣性與ニ氧化硅相近，而氮化鋁和三氧化ニ鋁的導熱性能遠遠高于ニ氧化硅，因此氮化鋁和三氧化ニ鋁更加適合應用于本實用新型實施例所述的太陽能發電裝置，井能使該太陽能發電裝置更好地實現溫度轉移，從而大幅提聞太陽能的綜合利用率。需要說明的是，本實用新型實施例所提供的太陽能發電裝置在制備過程中可以采用如下的方案進行選材和制備 ( I)光伏太陽能電池片A :相應的光伏太陽能電池片A也可以是現有技術中能夠通過商業手段購買到的任何一種光伏太陽能電池片，這不僅可以節約制作エ序，而且能夠提供提高該太陽能發電裝置的相容性和通用性。(2)第一導熱絕緣層Cl :相應的第一導熱絕緣層Cl可以包括如下三種實現方式中的任意ー種①在光伏太陽能電池片A的基片電極層A4上可以通過磁控濺射法制得三氧化ニ鋁或氮化鋁薄膜層作為第一導熱絕緣層Cl，或者可以通過多次交替濺射法制得三氧化ニ鋁與氮化鋁的復合薄膜層作為第一導熱絕緣層Cl ;其具體過程可以包括采用金屬鋁靶并充入一定量的氧氣或氮氣作為反應氣進行磁控濺射；這種方法的優點是反應磁控濺射沉積溫度低，沉積速率比較快，薄膜的粘結強度相對較高。②在光伏太陽能電池片A的基片電極層A4上可以通過化學氣象沉積的方法可以制得三氧化ニ鋁或氮化鋁薄膜層作為第一導熱絕緣層Cl，或者可以通過多次化學氣象沉積制得三氧化ニ鋁與氮化鋁的復合薄膜層作為第一導熱絕緣層Cl;其具體過程可以包括充入氯化鋁和氨氣作為反應氣體，以制備氮化鋁薄膜。③在光伏太陽能電池片A的基片電極層A4上可以通過金屬有機化合物氣象沉積的方法制得三氧化ニ鋁或氮化鋁薄膜層作為第一導熱絕緣層Cl，或者可以通過多次金屬有機化合物氣象沉積制得三氧化ニ鋁與氮化鋁的復合薄膜層作為第一導熱絕緣層Cl;其具體過程可以包括采用三甲基鋁和氧氣制備三氧化ニ鋁，采用三甲基鋁和氨氣制備氮化鋁；這種方法的優點是技術容易產業化，沉積的薄膜較均勻，反應在低溫下進行，污染產物較少。相應的第二導熱絕緣層C2也可以采用與第一導熱絕緣層Cl相似的制備過程，本申請文件中不再贅述。(3)溫差發電片B :相應的溫差發電片B是由熱電材料制成的溫差發電層B2以及兩端的熱端電極層BI和冷端電極層B3組成；其具體制作過程可以為在第一導熱絕緣層Cl制備完成后，熱端電極層BI和冷端電極層B3均可以采用掩膜板鍍鋁電極制成或者直接采用銅片制成，溫差發電片B可以通過濺射法制得，也可以通過直接焊接熱電半導體顆粒制作而成。(4)散熱層D :相應的散熱層D可以采用較高熱導率的金屬材料制成，并通過風冷或水冷的方式進行冷卻；相應的較高熱導率的金屬材料可以為銅、鋁、銅合金、鋁合金等。ー種太陽能發電系統，其具體結構可以包括至少ー個上述技術方案中所述的太陽能發電裝置；該太陽能發電系統可以具備現有技術中太陽能發電系統的設備和連接線路，并且至少ー個上述技術方案中所述的太陽能發電裝置可以通過并聯或串聯的方式接入到該太陽能發電系統的已有線路中。可見，本實用新型實施例通過第一導熱絕緣層Cl將光伏太陽能電池片A與溫差發電片B相疊合，從而使光伏太陽能電池片A上的熱量能夠最大化地迅速傳導到溫差發電片B，以供溫差發電片B進行發電；這不僅有效降低了光伏太陽能電池片A的溫度，提升了光伏太陽能電池片A的輸出功率，而且能使大部分轉換為熱能的太陽能又轉換為電能，因此大 大提高了太陽能的綜合利用率。以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式
，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。因此，本實用新型的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
權利要求1.一種太陽能發電裝置，其特征在于，包括光伏太陽能電池片(A)以及設于光伏太陽能電池片(A)背光面的溫差發電片(B)； 所述的溫差發電片(B)包括熱端電極層(BI)和冷端電極層(B3)，所述的熱端電極層(BI)和冷端電極層(B3)之間包夾有溫差發電層(B2);所述溫差發電片(B)的熱端電極層(BI)通過第一導熱絕緣層(Cl)疊合于光伏太陽能電池片(A)的背光面。
2.根據權利要求I所述的太陽能發電裝置，其特征在于，所述的第一導熱絕緣層(Cl)由三氧化ニ鋁或氮化鋁制成。
3.根據權利要求I所述的太陽能發電裝置，其特征在于，所述的第一導熱絕緣層(Cl)的厚度大于100納米。
4.根據權利要求I至3中任一項所述的太陽能發電裝置，其特征在于，所述溫差發電片(B)的冷端電極層(B3)外設有散熱層(D)； 所述散熱層(D)通過第二導熱絕緣層(C2)與冷端電極層(B3)相疊合。
5.根據權利要求4所述的太陽能發電裝置，其特征在于，所述的第二導熱絕緣層(C2)由三氧化ニ鋁或氮化鋁制成。
6.根據權利要求4所述的太陽能發電裝置，其特征在于，所述的第二導熱絕緣層(C2)的厚度大于100納米。
7.根據權利要求I至3中任一項所述的太陽能發電裝置，其特征在于，所述的光伏太陽能電池片(A)包括柵電極層(Al)和基片電極層(A4)； 所述的柵電極層(Al)和基片電極層(A4)之間包夾有相互疊合的N型半導體材料層(A2)和P型半導體材料層(A3);其中，柵電極層(Al)與N型半導體材料層(A2)相疊合，而基片電極層(A4)的一面與P型半導體材料層(A3)相疊合，基片電極層(A4)的另一面通過第一導熱絕緣層(Cl)與所述溫差發電片(B)的熱端電極層(BI)相疊合。
8.ー種太陽能發電系統，其特征在于，包括至少ー個上述權利要求I至7中任ー項所述的太陽能發電裝置。
專利摘要本實用新型涉及一種太陽能發電裝置及應用該裝置的太陽能發電系統，該裝置的具體結構可以包括光伏太陽能電池片(A)以及設于光伏太陽能電池片(A)背光面的溫差發電片(B)；所述的溫差發電片(B)包括熱端電極層(B1)和冷端電極層(B3)，所述的熱端電極層(B1)和冷端電極層(B3)之間包夾有溫差發電層(B2)；所述溫差發電片(B)的熱端電極層(B1)通過第一導熱絕緣層(C1)疊合于光伏太陽能電池片(A)的背光面。本實用新型實施例的實現不僅能夠有效降低光伏太陽能電池片的溫度，提升光伏太陽能電池片的輸出功率，而且能夠提升太陽能的綜合利用率。
文檔編號H02N11/00GK202602565SQ201220227920
公開日2012年12月12日 申請日期2012年5月18日 優先權日2012年5月18日
發明者李濤, 侯延冰, 滕楓, 唐愛偉 申請人:北京交通大學