聚光集热式太阳能热电偶发电技术研究

　　0　前言

　　太阳能发电是太阳能利用的一个重要方面,目前人们在太阳能发电方面已经作为大量研究,提出了各种不同的太阳能发电方法,现在应用较多的是太阳能 光伏电池发电。这里主要研究的是利用热电偶的热电效应,将热电偶串并联形成发电组件,将其热端采用聚光集热的方法用太阳能集中加热,冷端由空气自然冷却, 由此形成一种新型的太阳能发电方式。

　　1　热电偶发电原理

　　热电偶发电的基本原理是热电效应。将A和B两种不同的导体首尾相连组成闭合回路,如果两连接点温度(T,T0)不同,则在回路中就会产生热电动 势EAB( T,T0) ,形成热电流,这就是热电效应。热电偶就是将A和B两种不同的金属材料一端焊接而成的,A和B称为热电极,焊接的一端是接触热场的T端称为工作端或测量 端,也称热端;未焊接的一端(接引线)处在温度T0称为自由端或参考端,也称冷端。

　　一个热电偶的输出热电动势很小,若要获得较大的输出电动势可将多个热电偶正向串联使用,如图2所示。根据欧姆定律,这时输出电动势为:

　　2　材料与方法

　　2.1　热电偶的的选用

　　目前我国工业上采用的标准化热电偶有四种分别是:镍铬-考铜(E型)、镍铬-镍铝(K型)、铂铑30-铂铑6(B型)、铂铑10-铂(S型)。E型热电偶在同等的温度差条件下产生的热电动势最大,因此在试验中选用E型热电偶。

　　2.2　补偿导线的使用

　　若热电偶冷端与热端距离小,由于热传导会使冷端与热端温差减小,影响输出电动势的大小,为了增大热电偶冷端和热端的温差,提高热电偶输出电动 势,同时为降低成本试验在热电偶冷端和热端之间加接延伸型补偿导线,增加冷端与热端的距离,补偿导线选用EX型,在保持电势方向一致的情况下,使用氢氧焰 焊将热电偶与补偿导线焊接成一体。将多个热电偶正向串联,热端和冷端分别对齐后,绑扎成束作为发电单元,为防止热电偶相互短路,在热电偶上加套绝缘瓷管。

　　2.3　聚光集热装置

　　聚光集热装置由直径1. 5m的抛物面反射镜面、热电偶发电单元托盘和设备支架组成,其结构如图3所示。热电偶发电单元托盘位于抛物面反射镜面的焦点上,用于放置热电偶发电单元。 绑扎成束的热电偶热端向下放在托盘中,冷端向上处于空气中自然冷却。试验时调整抛物面反射镜面,使镜面正对太阳光方向。

　　3　结果与分析

　　试验在2010年5月进行,选择天气晴朗无云、阳光充足的天气,将100个热电偶串联形成一个发电单元,采用反射镜面部分遮光的方式调整发电单 元热端温度;试验通过改变发电单元中热电偶的直径、长度、冷、热端温度差及加补偿导线等,观测发电单元的热电动势的变化情况。经过多次试验取得典型试验情 况如下: