本發(fā)明涉及太陽(yáng)能資源化利用，具體為一種基于蒸發(fā)冷卻的光伏余熱利用發(fā)電裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、化石燃料也稱礦石燃料，是一種烴或烴的衍生物的混合物，主要包括煤炭、石油和天然氣等，是由死去的有機(jī)物和植物在地下經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的分解過(guò)程而形成的，屬于不可再生資源。目前，化石燃料的過(guò)度消耗將導(dǎo)致能源枯竭等一系列問(wèn)題。目前，針對(duì)化石燃料的過(guò)度消耗，使得可再生能源和環(huán)保能源轉(zhuǎn)換技術(shù)研究成為熱門的研究方向。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球工業(yè)能源消耗中，超過(guò)60%的能量以余熱形式排放，極大地浪費(fèi)了能源資源。隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)以及能源成本的上升，對(duì)高效、清潔的能源技術(shù)需求日益迫切。相較于傳統(tǒng)燃煤、燃?xì)馐交蛘吆四馨l(fā)電，太陽(yáng)能發(fā)電裝置是利用其內(nèi)的太陽(yáng)能芯片的光發(fā)電效應(yīng)直接將光能轉(zhuǎn)換為電能，因而不會(huì)伴隨產(chǎn)生二氧化碳、氮氧化物以及硫氧化物等溫室效應(yīng)氣體及污染型氣體，并可減少對(duì)石油燃料的依賴而提供安全自主的電力來(lái)源。盡管太陽(yáng)能發(fā)電已受到較多研究者的關(guān)注，且也廣泛應(yīng)用。但是，當(dāng)太陽(yáng)能照射在太陽(yáng)能發(fā)電板上時(shí)，發(fā)電板通過(guò)光生伏效應(yīng)只將15％的太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)化為電能，而未被利用的太陽(yáng)輻射能除了一部分被反射外，其余大部分被太陽(yáng)能發(fā)電板吸收轉(zhuǎn)化為熱能，迫使太陽(yáng)能發(fā)電板的溫度升高，當(dāng)溫度高于80℃時(shí)，太陽(yáng)能電池的發(fā)電效率將大大降低，甚至不發(fā)電，長(zhǎng)時(shí)間的高溫將導(dǎo)致太陽(yáng)能電池不可逆轉(zhuǎn)地?fù)p壞。因此，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能余熱進(jìn)行轉(zhuǎn)移并利用是推動(dòng)太陽(yáng)能發(fā)電發(fā)展的關(guān)鍵。

2、熱電發(fā)電器件（teg，thermoelectric?generator）是一項(xiàng)前景廣闊的技術(shù)，能夠利用塞貝克效應(yīng)，將廢熱有效且清潔地轉(zhuǎn)化為電能，當(dāng)在熱電材料的兩端形成溫度梯度時(shí)，材料內(nèi)部的載流子（電子或空穴）會(huì)移動(dòng)，產(chǎn)生電流，這種技術(shù)可用于廢熱回收、太陽(yáng)能應(yīng)用等，具有環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的潛力；熱電發(fā)電器件的效率通常以熱電優(yōu)值（zt）來(lái)衡量，zt值越高，熱電轉(zhuǎn)換效率越好。但是，盡管近年來(lái)熱電發(fā)電器件的性能有所提高，但整體熱電轉(zhuǎn)換效率仍然較低，即zt值較低，導(dǎo)致其實(shí)際應(yīng)用的效率受到限制。若將熱電器件與光伏技術(shù)進(jìn)行整合，不僅可以實(shí)現(xiàn)熱電發(fā)電器件較高的能量轉(zhuǎn)換效率，還能進(jìn)一步提升光伏組件的發(fā)電量，有望解決太陽(yáng)能電池發(fā)電效率低、能源利用率差的問(wèn)題以及熱電發(fā)電器件的效率低的問(wèn)題。

3、授權(quán)公開(kāi)號(hào)為cn208257688u的中國(guó)實(shí)用新型，公開(kāi)了一種太陽(yáng)能發(fā)電板余熱利用發(fā)電裝置，包括傾斜設(shè)置的太陽(yáng)能發(fā)電板、支架、半導(dǎo)體溫差發(fā)電板和散熱器，半導(dǎo)體溫差發(fā)電板緊貼在太陽(yáng)能電池板的底板上，且散熱器與半導(dǎo)體溫差發(fā)電板相連構(gòu)成主體組件，支架的上端連接在該主體組件上，下端則固定在承載物上，散熱器將半導(dǎo)體溫差發(fā)電板的多余熱量散發(fā)出去，以使半導(dǎo)體溫差發(fā)電板的溫度維持在其額定溫度范圍內(nèi)，同時(shí)半導(dǎo)體溫差發(fā)電板將太陽(yáng)能發(fā)電板的余熱轉(zhuǎn)換成電能，與太陽(yáng)能發(fā)電板產(chǎn)生的電能共同輸出，從而提高太陽(yáng)能發(fā)電板的發(fā)電量。該方法采用半導(dǎo)體溫差發(fā)電板利用太陽(yáng)能發(fā)電板的余熱進(jìn)行發(fā)電，盡管實(shí)現(xiàn)了利用太陽(yáng)能發(fā)電板余熱利用的目的，提高了太陽(yáng)能發(fā)電板的發(fā)電量，但是，此種結(jié)構(gòu)對(duì)熱管理的要求非常高，該發(fā)電裝置采用散熱器散熱冷卻的方式，不僅冷卻效率低，而且會(huì)產(chǎn)生多余的能量損失，致使半導(dǎo)體溫差發(fā)電板兩側(cè)的溫差梯度小，影響半導(dǎo)體溫差發(fā)電板的熱穩(wěn)定性，無(wú)法實(shí)現(xiàn)余熱的充分利用，尤其對(duì)于光伏板溫度較高的環(huán)境，如若散熱不及時(shí)不僅會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)體燒毀或斷路，還會(huì)引發(fā)熱斑效應(yīng)和電勢(shì)誘導(dǎo)衰減（pid，potential?induced?degradation）效應(yīng)，而損壞電池組，使電池組件功率衰減，嚴(yán)重影響光伏系統(tǒng)的性能和壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的太陽(yáng)能發(fā)電板余熱利用發(fā)電裝置余熱利用率低、穩(wěn)定性差及壽命低的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于蒸發(fā)冷卻的光伏余熱利用發(fā)電裝置及方法。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

3、本發(fā)明提供一種基于蒸發(fā)冷卻的光伏余熱利用發(fā)電裝置，包括光伏板，所述光伏板的背板側(cè)連接有第一陶瓷板；所述第一陶瓷板連接有若干的第一導(dǎo)電條；每個(gè)第一導(dǎo)電條上均連接有p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體；所述p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體分別連接有第二導(dǎo)電條；所述第二導(dǎo)電條依次連接有第二陶瓷板和蒸發(fā)冷卻層；所述光伏板連接有蓄電池儲(chǔ)能；所述第二導(dǎo)電條連接蓄電池儲(chǔ)能；所述蒸發(fā)冷卻層連接有給水儲(chǔ)水循環(huán)系統(tǒng)。

4、可選地，所述蒸發(fā)冷卻層為水凝膠吸濕性水膜。

5、可選地，所述給水儲(chǔ)水循環(huán)系統(tǒng)包括設(shè)置在蒸發(fā)冷卻層外側(cè)的冷凝盒，所述冷凝盒的出水側(cè)連接有冷凝水收集箱，所述冷凝水收集箱的水輸出端連接蒸發(fā)冷卻層，用于為蒸發(fā)冷卻層供水。

6、可選地，所述冷凝盒一側(cè)設(shè)置有第一可調(diào)通風(fēng)口，另一側(cè)設(shè)置有第二可調(diào)通風(fēng)口。

7、可選地，所述冷凝水收集箱的水輸出端設(shè)置有水泵。

8、可選地，所述冷凝水收集箱連接有外接水源。

9、可選地，所述冷凝水收集箱為金屬冷凝水收集箱。

10、可選地，還包括系統(tǒng)外部保護(hù)殼，所述系統(tǒng)外部保護(hù)殼設(shè)置于光伏板外側(cè)，并由光伏板延伸至蒸發(fā)冷卻層的外側(cè)。

11、可選地，所述光伏板與水平方向的夾角大于0°小于90°。

12、一種利用上述裝置的進(jìn)行余熱利用發(fā)電方法，包括：

13、將光伏板接收太陽(yáng)能產(chǎn)生的電流輸送至蓄電池儲(chǔ)能存儲(chǔ)；

14、將光伏板產(chǎn)生的余熱傳送經(jīng)第一陶瓷板傳送至第一導(dǎo)電條并經(jīng)p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體傳遞至蒸發(fā)冷卻層蒸發(fā)散熱，在p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體兩端形成穩(wěn)定溫差，產(chǎn)生電流經(jīng)第二導(dǎo)電條輸送至蓄電池儲(chǔ)能存儲(chǔ)，完成余熱利用發(fā)電過(guò)程。

15、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

16、本發(fā)明一種基于蒸發(fā)冷卻的光伏余熱利用發(fā)電裝置。包括光伏板，所述光伏板的背板側(cè)連接有第一陶瓷板；所述第一陶瓷板連接有若干的第一導(dǎo)電條；每個(gè)第一導(dǎo)電條上均連接有p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體；所述p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體分別連接有第二導(dǎo)電條；所述第二導(dǎo)電條依次連接有第二陶瓷板和蒸發(fā)冷卻層；所述光伏板連接有蓄電池儲(chǔ)能；所述第二導(dǎo)電條連接蓄電池儲(chǔ)能；所述蒸發(fā)冷卻層連接有給水儲(chǔ)水循環(huán)系統(tǒng)。通過(guò)在光伏板背板側(cè)連接第一陶瓷板及后續(xù)的熱電轉(zhuǎn)換組件，能夠捕捉并轉(zhuǎn)換光伏板背面散失的余熱，通過(guò)導(dǎo)電條及半導(dǎo)體的設(shè)置，將這部分熱能直接轉(zhuǎn)換為電能，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的能源利用率；結(jié)合蒸發(fā)冷卻層的應(yīng)用，增強(qiáng)了系統(tǒng)的冷卻效果，相比傳統(tǒng)冷卻方式，蒸發(fā)冷卻能夠在不產(chǎn)生多余能量損失的條件下，通過(guò)水的蒸發(fā)冷卻過(guò)程帶走更多熱量，從而保持熱電發(fā)電器件的熱側(cè)和冷側(cè)的較大溫差，提升熱電發(fā)電器件的發(fā)電效率的同時(shí)，有效降低了光伏板及熱電轉(zhuǎn)換組件的工作溫度，有效避免了光伏組件在高溫下出現(xiàn)的熱斑效應(yīng)和電勢(shì)誘導(dǎo)衰減效應(yīng)，保持組件在適宜的溫度范圍內(nèi)工作，延長(zhǎng)了整個(gè)裝置的使用壽命，并減少了維護(hù)成本。通過(guò)給水儲(chǔ)水循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)置，不僅能夠持續(xù)為蒸發(fā)冷卻層提供足夠的冷卻水，還能進(jìn)一步將蒸發(fā)的水冷凝水收集并循環(huán)使用，這一設(shè)計(jì)不僅減少了對(duì)外部水源的依賴，還充分利用了自然環(huán)境中的水資源，提升了裝置的環(huán)保性能。裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)維復(fù)雜程度低、整體經(jīng)濟(jì)性好。

17、所述蒸發(fā)冷卻層為水凝膠吸濕性水膜，由于水凝膠吸濕性水膜具有出色的吸濕性能，能夠濕度較高的環(huán)境中吸收大量的水，這些水分成為有效的冷卻介質(zhì)，通過(guò)蒸發(fā)過(guò)程帶走光伏板及熱電發(fā)電器件工作過(guò)程中產(chǎn)生的熱量，使熱電發(fā)電器件兩側(cè)保持穩(wěn)定的溫差，且水凝膠吸濕性水膜由環(huán)保材料制成，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，重復(fù)吸水失水循環(huán)穩(wěn)定性能好，能夠持續(xù)、高效地降低系統(tǒng)溫度，無(wú)需額外的能源消耗。

18、所述給水儲(chǔ)水循環(huán)系統(tǒng)包括設(shè)置在蒸發(fā)冷卻層外側(cè)的冷凝盒，所述冷凝盒的出水側(cè)連接有冷凝水收集箱，所述冷凝水收集箱的水輸出端連接蒸發(fā)冷卻層，用于為蒸發(fā)冷卻層供水。所述冷凝盒能夠收集并冷凝來(lái)自蒸發(fā)冷卻層蒸發(fā)后剩余的水蒸氣實(shí)現(xiàn)了水資源的循環(huán)利用，不僅減少了水資源的浪費(fèi)，還降低了系統(tǒng)的補(bǔ)水需求，提高了整體的水利用效率。冷凝水收集箱負(fù)責(zé)收集冷凝盒產(chǎn)生的冷凝水，并進(jìn)行儲(chǔ)存，以確保冷凝水的有序管理和利用，避免了水資源的浪費(fèi)，其共同形成了一個(gè)高效、閉環(huán)的冷卻系統(tǒng)，這不僅提高了系統(tǒng)的能效，還降低了對(duì)外部水資源的依賴。

19、通過(guò)在所述冷凝盒兩側(cè)設(shè)置有可調(diào)通風(fēng)口，在夜間或氣溫較低的情況下，可以通過(guò)調(diào)節(jié)通風(fēng)口的開(kāi)閉，增加系統(tǒng)與外界環(huán)境的熱交換效率。這一改進(jìn)使得系統(tǒng)在不同的氣候條件下都能夠高效運(yùn)行，適應(yīng)性更強(qiáng)。

20、所述冷凝水收集箱的水輸出端設(shè)置有水泵，可將冷凝水收集箱中的水泵至蒸發(fā)冷卻層，蒸發(fā)散熱。

21、所述冷凝水收集箱連接有外接水源，外接水源可以作為冷凝水收集箱的補(bǔ)充，確保在極端天氣如長(zhǎng)時(shí)間干旱或強(qiáng)日照條件下，蒸發(fā)冷卻層仍能獲得足夠的水分進(jìn)行蒸發(fā)冷卻，從而提高整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，使其能夠適應(yīng)更廣泛的環(huán)境條件。

22、所述冷凝水收集箱為金屬冷凝水收集箱金屬冷凝水收集箱通常由不銹鋼或其他高強(qiáng)度金屬制成，具有較高的抗壓、抗拉和抗沖擊能力，在確保冷凝水收集箱在長(zhǎng)期使用過(guò)程中能夠保持結(jié)構(gòu)的完整性和穩(wěn)定性的同時(shí)，金屬具有良好的熱傳導(dǎo)性能，能夠快速地將冷凝水釋放的熱量傳遞到周圍環(huán)境中，以維持冷凝水收集箱內(nèi)部的溫度穩(wěn)定。

23、還包括系統(tǒng)外部保護(hù)殼，所述系統(tǒng)外部保護(hù)殼設(shè)置于光伏板外側(cè)，并由光伏板延伸至蒸發(fā)冷卻層的外側(cè)，為整個(gè)發(fā)電裝置提供了一層額外的物理防護(hù)，能夠抵御外部環(huán)境的侵蝕，如風(fēng)沙、雨雪、紫外線等，減少因環(huán)境因素導(dǎo)致的損壞和維修成本。

24、所述光伏板與水平方向的夾角大于0°小于90°，除夠更有效地接收來(lái)自太陽(yáng)的直射和散射輻射的同時(shí)，有助于減少因風(fēng)壓、雪壓等外部因素引起的光伏板變形和損壞，這提高了系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性，延長(zhǎng)了光伏板的使用壽命。另外利于蒸發(fā)冷卻層冷凝水的收集。

25、本發(fā)明還提供一種利用上述裝置的進(jìn)行余熱利用發(fā)電方法，該方法通過(guò)將光伏板接收太陽(yáng)能產(chǎn)生的電流輸送至蓄電池儲(chǔ)能存儲(chǔ)；將光伏板產(chǎn)生的余熱傳送經(jīng)第一陶瓷板傳送至第一導(dǎo)電條并經(jīng)p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體傳遞至蒸發(fā)冷卻層蒸發(fā)散熱，在p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體兩端形成穩(wěn)定溫差，產(chǎn)生電流經(jīng)第二導(dǎo)電條輸送至蓄電池儲(chǔ)能存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)余熱利用發(fā)電過(guò)程。該方法不僅利用光伏板直接接收太陽(yáng)能產(chǎn)生電能，還通過(guò)創(chuàng)新的余熱利用機(jī)制，將光伏板產(chǎn)生的余熱轉(zhuǎn)化為額外的電能。這種雙重能源轉(zhuǎn)化機(jī)制不僅顯著提高了整個(gè)系統(tǒng)的能源利用效率，還通過(guò)增加系統(tǒng)的熱能轉(zhuǎn)換路徑，增強(qiáng)了系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性和容錯(cuò)能力。無(wú)額外能源消耗且不產(chǎn)生任何有害物質(zhì)或溫室氣體排放，符合綠色、低碳、可持續(xù)的發(fā)展理念，有助于推動(dòng)全球能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型和升級(jí)。