【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新能源与节能，涉及热能和电能的综合利用，特别涉及一种基于辐射制冷和光热材料的自发电装置。
技术介绍
1、在化石燃料日趋减少的情况下，太阳能已成为人类使用能源的重要组成部分，作为一种清洁可再生能源，太阳能既是一次能源，又是可再生能源，是理想的化石燃料替代能源，已经被广泛应用到各个领域当中。太阳能热电转换技术作为新兴的绿色环保发电方式，具有结构简单、无噪声、无污染等特点，具有广阔的发展前景，但缺点是不稳定，需要太阳光才能正常工作，否则会影响用电质量。
2、辐射制冷技术是一种完全无能耗、无温室气体排放的被动制冷技术。它利用材料自发地将自身热量通过波长为8-13μm的大气透明窗口散逸到寒冷的外太空，并将波长范围约在0.3-2.5μm的太阳光反射回去，从而实现建筑物表面或其他设备表面的自发降温。这种技术有望替代基于空气压缩的制冷系统，将对世界能源格局和全球气候变化产生重大影响。
3、如果将辐射制冷发电与太阳能发电相结合，就可以在给太阳能发电设备降温的同时，还可以额外产生一些电力，可为自动无线电接收装置、自动天气预报站、微波中继站和无人航标灯等微型、小型设备提供全天候的电能。但目前的利用温差发电的发电装置的发电效率仍然有进一步提升的空间。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有辐射制冷装置、太阳能温差发电系统的缺陷，提供了一种可全天候热电转换的高效一体化系统，采用光热薄膜作为热电器件的热端，提高太阳能利用率；以制冷效率高的辐射冷却薄膜作为冷端，结构
2、本专利技术实现上述目的所采用的技术方案如下：
3、一种基于辐射制冷和光热材料的自发电装置，包括光热薄膜层、辐射冷却薄膜层和热电转换组件，所述热电转换组件由上至下依次包括上导热层、热电器件和下导热层，所述热电器件包括至少一个热电单元，所述热电单元包括热电凝胶电解质、和设置在热电凝胶电解质两边的电极；所述上导热层与光热薄膜层相邻设置，下导热层与辐射冷却薄膜层相邻设置。本专利技术通过采用所述技术方案，通过光热薄膜作为热电转换组件的热端，辐射冷却薄膜作为热电转换组件的冷端，在热电转换组件的两端形成温差，由此产生的温差通过热电转换组件中的热电单元转化为电动势，进而产生电能；整个温差发电装置结构简单，成本低，循环使用效果好，能够实现白天集热和全天候制冷，提高能源利用效率，可以作为向电子产品供电的绿色和可持续的电源。
4、优选的，所述辐射冷却薄膜层的辐射冷却薄膜为在太阳光谱范围的反射率不低于90％，在大气窗口的红外发射率不低于90％的复合薄膜；更优选的，所述辐射冷却薄膜由有机聚合物和无机微纳米颗粒构成，并通过导热硅脂粘结在热电转换组件一端，附着在热电转换组件的下导热层表面，作为冷端。更优选的，辐射冷却薄膜层的层厚度为120-170μm。
5、优选的，所述的有机聚合物含有c-o、c-n以及c-y(其中y代表卤素元素，如f、cl和br)等官能团/键，在7-16μm由于弯曲振动具有很强的吸收，可作为辐射冷却的理想材料，更优选的选自聚偏氟乙烯、聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)、聚氧化乙烯、聚乳酸、聚四氟乙烯的至少一种。所述直径为10nm至100nm的无机微纳米颗粒具有低的太阳吸收率，有高太阳反射率(宽带隙)，更优选的选自二氧化硅、二氧化钛、氧化铝、硫酸钡、碳酸钙的至少一种。
6、优选的，所述的上导热层和下导热层为导热硅脂。更优选的，所述导热硅脂选自商用的导热硅脂，更优选为thermalrighttf8导热硅脂，导热系数13.8w/(m*k)。
7、优选的，所述光热薄膜层在太阳吸收光谱下的吸光度不低于90％；更优选的，光热薄膜层的优选层厚度为10～30μm；更优选的，光热薄膜层的光热材料选自多壁碳纳米管、单层mxene、石墨烯、炭黑、铜锌颗粒、碳纤维、碳化木质素纳米颗粒的至少一种。
8、优选的，所述的热电凝胶电解质，包括高塞贝克系数的氧化还原对、水溶性高分子聚合物和导电聚合物，其中氧化还原对：水溶性高分子聚合物：导电聚合物投料比按照质量比例是(5～20):(10～40):(1～10)。通过导电聚合物作为导电基质并引入高塞贝克系数的氧化还原对来提供良好的热电性能，并加入水溶性高分子聚合物形成交联导电网状结构，可以保持一定的形状，具有高度的柔韧性、生物相容性和优异的机械性能。更优选的，所述的氧化还原电对的高塞贝克系数不低于0.6mvk-1。
9、优选的，所述的热电凝胶电解质的导电聚合物选自聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯、聚乙炔、聚对苯乙烯的至少一种，水溶性高分子聚合物选自聚乙烯醇、聚丙烯酰胺的至少一种，氧化还原对选自so42-和so32-、[fe(cn)6]3-和[fe(cn)6]4-、i-和i3-、fe2+和fe3+的至少一种。
10、优选的，所述电极包括金属铜片。
11、优选的，所述光热薄膜层的上方设置有温室，所述温室由表便光热薄膜层与有机玻璃构成的腔室、以及充入腔室内的温室物质构成。更优选的，所述温室物质包括温室气体和相变储热材料的至少一种；更优选的，所述温室气体或相变储热材料包括二氧化碳、水蒸气、甲烷、一氧化碳、臭氧、液体石蜡的至少一种。通过在热端光热薄膜层上加装有机玻璃外壳，形成温室，使得热端温度升高，进一步提升发电效率。
12、优选的，所述自发电装置还包括有用于支撑的隔热支架。
13、优选的，所述隔热支架表面设有绝热层，用于阻隔隔热支架与热电转换组件之间的热交换。更优选所述绝热层包括玻璃纤维、聚氨酯、聚苯乙烯、硅酸铝的至少一种。
14、优选的，本专利技术所述的一种基于辐射制冷和光热材料的自发电装置，包括：辐射冷却薄膜层、光热薄膜层和热电转换组件，热电转换组件包括由上至下依次布置的上导热层、热电器件、下导热层，热电器件由一个或一个以上的热电单元平行或串联而成，非联结端电极导体与上导热层接触，联结端电极导体与下导热层接触，所述热电单元包括热电凝胶电解质、和设置在热电凝胶电解质两边的电极；上导热层与光热薄膜层接触设置，下导热层与辐射冷却薄膜层接触设置。所述自发电装置还包括设置在光热薄膜层上方的温室、横穿热电转换组件的隔热支架。
15、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
16、1)本专利技术是一种利用太阳能光伏可再生能源和大气环境温度发电的新型发电方式，无需电能和其他传统能源，清洁、无能耗。同时该装置可使热电转换组件两端形成较大的温差，产生较大的电动势。
17、2)采用光热材料集热/辐射制冷双效系统可以实现白天集热和全天候制冷，实现装置的多功能、全天候和跨季节利用，提高能源综合利用效率。
18、3)以辐射冷却材料作为冷端，兼具制冷功能，功能更多样。
19、4)以热电凝胶电解质热电器件代替以往温差发电装置中的温差发电金属片，适用场景更为广泛。
20、5)装置简单，成本低，效率高，解决太阳能吸本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于辐射制冷和光热材料的自发电装置，其特征在于，包括光热薄膜层(1)、辐射冷却薄膜层(2)和热电转换组件，所述热电转换组件由上至下依次包括上导热层(4)、热电器件(3)和下导热层(5)，所述热电器件(3)包括至少一个热电单元，所述热电单元包括热电凝胶电解质、和设置在热电凝胶电解质两边的电极；所述上导热层(4)与光热薄膜层(1)相邻设置，下导热层(5)与辐射冷却薄膜层(2)相邻设置。
2.根据权利要求1所述一种基于辐射制冷和光热材料的自发电装置，其特征在于，所述的辐射冷却薄膜为在太阳光谱范围的反射率不低于90％，在大气窗口的红外发射率不低于90％的复合薄膜。
3.根据权利要求2所述一种基于辐射制冷和光热材料的自发电装置，其特征在于，所述辐射冷却薄膜层(2)的层厚度为120-170μm。
4.根据权利要求2所述一种基于辐射制冷和光热材料的自发电装置，其特征在于，所述辐射冷却薄膜由有机聚合物和无机微纳米颗粒构成；所述的有机聚合物选自聚偏氟乙烯、聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)、聚氧化乙烯、聚乳酸、聚四氟乙烯的至少一种，所述的无机微纳米颗粒选自
5.根据权利要求1所述一种基于辐射制冷和光热材料的自发电装置，其特征在于，所述光热薄膜层(1)在太阳吸收光谱下的吸光度不低于90％。
6.根据权利要求5所述一种基于辐射制冷和光热材料的自发电装置，其特征在于，所述光热薄膜层(1)的层厚度为10～30μm。
7.根据权利要求5所述一种基于辐射制冷和光热材料的自发电装置，其特征在于，所述光热薄膜层(1)的光热材料选自多壁碳纳米管、单层MXene、石墨烯、炭黑、铜锌颗粒、碳纤维、碳化木质素纳米颗粒的至少一种。
8.根据权利要求1所述一种基于辐射制冷和光热材料的自发电装置，其特征在于，所述的热电凝胶电解质包括高塞贝克系数的氧化还原对、水溶性高分子聚合物和导电聚合物。
9.根据权利要求8所述一种基于辐射制冷和光热材料的自发电装置，其特征在于，导电聚合物选自聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯、聚乙炔、聚对苯乙烯的至少一种，水溶性高分子聚合物选自聚乙烯醇、聚丙烯酰胺的至少一种，氧化还原对选自SO42-和SO32-、[Fe(CN)6]3-和[Fe(CN)6]4-、I-和I3-、Fe2+和Fe3+的至少一种。
10.根据权利要求1所述一种基于辐射制冷和光热材料的自发电装置，其特征在于，述光热薄膜层(1)的上方设置有温室(6)，所述温室(6)由光热薄膜层(1)与有机玻璃构成的腔室、以及充入腔室内的温室物质构成。
...【技术特征摘要】
1.一种基于辐射制冷和光热材料的自发电装置，其特征在于，包括光热薄膜层(1)、辐射冷却薄膜层(2)和热电转换组件，所述热电转换组件由上至下依次包括上导热层(4)、热电器件(3)和下导热层(5)，所述热电器件(3)包括至少一个热电单元，所述热电单元包括热电凝胶电解质、和设置在热电凝胶电解质两边的电极；所述上导热层(4)与光热薄膜层(1)相邻设置，下导热层(5)与辐射冷却薄膜层(2)相邻设置。
2.根据权利要求1所述一种基于辐射制冷和光热材料的自发电装置，其特征在于，所述的辐射冷却薄膜为在太阳光谱范围的反射率不低于90％，在大气窗口的红外发射率不低于90％的复合薄膜。
3.根据权利要求2所述一种基于辐射制冷和光热材料的自发电装置，其特征在于，所述辐射冷却薄膜层(2)的层厚度为120-170μm。
4.根据权利要求2所述一种基于辐射制冷和光热材料的自发电装置，其特征在于，所述辐射冷却薄膜由有机聚合物和无机微纳米颗粒构成；所述的有机聚合物选自聚偏氟乙烯、聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)、聚氧化乙烯、聚乳酸、聚四氟乙烯的至少一种，所述的无机微纳米颗粒选自二氧化硅、二氧化钛、氧化铝、硫酸钡、碳酸钙的至少一种。
5.根据权利要求1所述一种基于辐射制冷和光热材料的自发电装置，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭宇杰，董亦淇，张俊，张文魁，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：
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