[发明专利]一种基于昼夜温差-辐射冷却的温差发电系统及方法

权利要求书

1.一种基于昼夜温差-辐射冷却的温差发电系统，其特征在于：所述系统由太阳能集热系统、换热和蓄热系统、熔盐加热系统、温差发电系统和辐射冷却部组成；

所述的太阳能集热系统包括槽式反射镜(1)、集热管(2)、集热管支架(3-1)和反射镜支架(3-2)，其中反射镜支架(3-2)将槽式反射镜(1)固定在地表，集热管支架(3-1)将集热管(2)固定在槽式反射镜(1)的焦线处；

所述的换热和蓄热系统包括水循环管路(4)、水泵(5-1)、第一水路控制阀门(6-1)、第二水路控制阀门(6-2)以及熔盐罐(7)，水循环管路(4)与集热管(2)的出水口相连，穿过水泵(5-1)和第一水路控制阀门(6-1)，从下方通入并贯穿熔盐罐(7)后，穿过第二水路控制阀门(6-2)与集热管(2)的入水口相连；

所述的熔盐加热系统包括熔盐循环管路(8)、熔盐泵(5-2)、第一熔盐路控制阀门(6-3)、第二熔盐路控制阀门(6-4)以及加热器(9)，从熔盐罐(7)底部引出熔盐循环管路(8)，熔盐循环管路(8)穿过第一熔盐路控制阀门(6-3)以及熔盐泵(5-2)，通入加热器(9)当中，在充分换热后引出，穿过第二熔盐路控制阀门(6-4)与熔盐罐(7)上部相连；

所述的温差发电系统包括P型半导体(10)、N型半导体(12)、热端导体(13-1)，冷端导体(13-2)以及电回路(14)，两片热端导体(13-1)放置在加热器(9)之上，在两片热端导体(13-1)之间连接电回路(14)，P型半导体(10)放置在其中一片热端导体(13-1)上，(N)型半导体(12)放置在另一片热端导体(13-1)上，在P型半导体(10)和N型半导体(12)上放置冷端导体(13-2)；

所述的辐射冷却部包括辐射冷却薄膜(11)，辐射冷却薄膜(11)覆盖在冷端导体(13-2)上。

2.根据权利要求1所述的一种基于昼夜温差-辐射冷却的温差发电系统，其特征在于：所述的槽式反射镜(1)能够根据不同的工况改变聚光比，且通过改变安装位置使辐射冷却薄膜(11)始终处于槽式反射镜(1)的阴影下。

3.根据权利要求1所述的一种基于昼夜温差-辐射冷却的温差发电系统，其特征在于：所述的熔盐罐(7)内部的熔盐采用储热介质熔融硝酸盐，该熔融硝酸盐为60wt％的NaNO₃和40wt％的KNO₃混合物，适合小规模工程实际应用，能够稳定持续放热且腐蚀性小，且一个换热和蓄热系统能够匹配多个温差发电系统。

4.根据权利要求1所述的一种基于昼夜温差-辐射冷却的温差发电系统，其特征在于：所述的水循环管路(4)、熔盐罐(7)以及熔盐循环管路(8)外壁均包裹硅酸铝纤维棉保温层，以保证熔盐不会出现局部凝固的问题。

5.根据权利要求1所述的一种基于昼夜温差-辐射冷却的温差发电系统，其特征在于：能够根据两片热端导体(13-1)的位置对加热器(9)内部的熔盐循环管路(8)进行布置，减少热损失。

6.根据权利要求1所述的一种基于昼夜温差-辐射冷却的温差发电系统，其特征在于：所述的P型半导体（10）和N型半导体（12）均选取纯质半导体，使两者之间的塞贝克系数差值大于500μV/K，能够有效提升所产生的电势差。

7.根据权利要求1所述的一种基于昼夜温差-辐射冷却的温差发电系统，其特征在于：所述的辐射冷却薄膜(11)采用Ag-SiO₂纳米复合材料，对外界辐射吸收率在0.3以下，在大气窗口波长范围内，自身发射率能够达到0.95，利用对外界辐射吸收率和自身发射率的辐射能量差使薄膜表面温度降低，充分冷却冷端导体(13-2)。

8.权利要求1至7任一项所述的一种基于昼夜温差-辐射冷却的温差发电系统的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1，日间太阳能集热：照射在槽式反射镜(1)上的太阳光被聚集在焦线处加热集热管(2)，提升集热管(2)内部循环水温度，形成高温水蒸气；

步骤2，日间换热和蓄热：打开第一水路控制阀门(6-1)、第二水路控制阀门(6-2)以及水泵(5-1)，水循环管路(4)内部的高温水蒸气与熔盐罐(7)内部的熔盐进行换热，提高熔盐温度，实现蓄热；

步骤3，夜间放热：关闭第一水路控制阀门(6-1)、第二水路控制阀门(6-2)以及水泵(5-1)，打开第一熔盐路控制阀门(6-3)、第二熔盐路控制阀门(6-4)以及熔盐泵(5-2)，使高温熔盐进入加热器(9)中，充分加热热端导体(13-1)；

步骤4，夜间辐射冷却：覆盖在冷端导体(13-2)上的辐射冷却薄膜(11)通过辐射冷却效应降低自身温度，充分冷却冷端导体(13-2)；

步骤5，夜间温差发电：热端导体(13-1)与冷端导体(13-2)之间的温差使P型半导体(10)和N型半导体(12)中的电子和空穴发生定向移动，在电回路(14)当中产生电势差；根据赛贝克公式计算该电势差，公式如下所示：

V＝(S_P-S_N)(T_hot-T_cool)

式中：V为电回路(14)的电势差，S_P为P型半导体10的赛贝克系数，S_N是N型半导体12的赛贝克系数，T_hot是热端导体(13-1)的温度，T_cool是冷端导体(13-2)的温度。