太阳能发电装置[实用新型专利]

(12)实用新型专利

(10)授权公告号 CN 204927317 U (45)授权公告日 2015.12.30

(21)申请号 201520523674.X(22)申请日 2015.07.17

(73)专利权人中国华能集团清洁能源技术研究

院有限公司

地址102209 北京市昌平区北七家镇未来科

技城南区华能创新基地实验楼A楼专利权人华能集团技术创新中心(72)发明人彭文博 刘大为 李启明 高虎

朱连峻 金安君(74)专利代理机构北京康信知识产权代理有限

责任公司 11240

代理人韩建伟 张永明(51)Int.Cl.

(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利

H01L 31/0525(2014.01)H01L 31/052(2014.01)H01L 31/0232(2014.01)

()实用新型名称

太阳能发电装置(57)摘要

本实用新型公开了一种太阳能发电装置。该太阳能发电装置包括：光伏发电模块，用于将光能转化为电能；温差发电模块，用于将热能转化为电能；聚光透镜，用于汇聚太阳光；分光器，用于将聚光透镜汇聚的太阳光分为两路光，一路光入射至光伏发电模块进行光伏发电，另外一路入射至温差发电模块进行温差发电；第一散热器，设置在光伏发电模块中，用于对光伏发电模块中的太阳能电池进行散热；以及第二散热器，设置在温差发电模块中，用于对温差发电模块中的热电器件进行散热。通过本实用新型，解决了层叠式发电结构的光电转换和热电转换结合时转换效率比较低的技术问题。

权利要求书2页 说明书6页 附图2页

C N 2 0 4 9 2 7 3 1 7 U CN 204927317 U

权 利 要 求 书

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1.一种太阳能发电装置，其特征在于，包括：

光伏发电模块，用于将光能转化为电能；温差发电模块，用于将热能转化为电能；聚光透镜，用于汇聚太阳光；分光器，用于将所述聚光透镜汇聚的太阳光分为两路光，一路光入射至所述光伏发电模块进行光伏发电，另外一路入射至所述温差发电模块进行温差发电；

第一散热器，设置在所述光伏发电模块中，用于对所述光伏发电模块中的太阳能电池进行散热；以及

第二散热器，设置在所述温差发电模块中，用于对所述温差发电模块中的热电器件进行散热。

2.根据权利要求1所述的太阳能发电装置，其特征在于，所述分光器将所述汇聚的太阳光中波长小于特征波长的短波段光反射到所述光伏发电模块,将所述汇聚的太阳光中波长大于所述特征波长的长波段光透射到所述温差发电模块。

3.根据权利要求2所述的太阳能发电装置，其特征在于，所述分光器为根据所述太阳能电池的类型设置的、具有相应特征波长的分光器。

4.根据权利要求1所述的太阳能发电装置，其特征在于，所述聚光透镜为菲涅尔透镜，由超白玻璃或透明塑料制作而成，聚光比在100和1000之间，分光器为分光谱半反半透镜。

5.根据权利要求1所述的太阳能发电装置，其特征在于，所述光伏发电模块还包括匀光器，所述太阳能电池设置在所述匀光器和所述第一散热器之间，其中：

所述匀光器设置在所述太阳能电池的太阳光接收面，用于将入射至所述光伏发电模块的光反射为均匀光斑后照射到所述接收面；

所述第一散热器与所述太阳能电池的背面接触连接。6.根据权利要求5所述的太阳能发电装置，其特征在于，所述第一散热器与所述太阳能电池的接触面涂有高导热石墨或硅脂层。

7.根据权利要求5所述的太阳能发电装置，其特征在于，所述匀光器的形状为倒梯形椎体。

8.根据权利要求7所述的太阳能发电装置，其特征在于，所述倒梯形椎体由四块反射面拼装而成，其中，每个所述反射面为在梯形基板上镀铝、银/或银铝复合反射膜形成；或者，所述倒梯形椎体为倒梯形椎体状石英或超白玻璃。

9.根据权利要求8所述的太阳能发电装置，其特征在于，所述梯形基板包括下述任意一种材料：

铝片、钢片、铜片、玻璃片、石英片和塑料片。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的太阳能发电装置，其特征在于，所述第一散热器的结构为板翅式或者针翅式。

11.根据权利要求1所述的太阳能发电装置，其特征在于，所述温差发电模块还包括吸光板，所述热电器件设置在所述吸光板和所述第二散热器之间，其中：

所述吸光板与所述热电器件的热端相接触；所述第二散热器与所述热电器件的冷端相接触。12.根据权利要求11所述的太阳能发电装置，其特征在于，所述吸光板以高导热金属

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权 利 要 求 书

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材料为基板，镀有选择性光谱吸收层，用于将接收到的光能转化为热能。

13.根据权利要求11所述的太阳能发电装置，其特征在于，所述吸光板与所述热端的接触面，以及所述第二散热器与所述冷端的接触面军涂有高导热石墨或硅脂层。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的太阳能发电装置，其特征在于，所述吸光板和所述第二散热器通过螺栓压紧以对所述热电器件具有一均匀夹持力。

15.根据权利要求1所述的太阳能发电装置，其特征在于，所述第一散热器和所述第二散热器均采用金属材料加工而成。

16.根据权利要求15所述的太阳能发电装置，其特征在于，所述金属材料为铜或者铝。17.根据权利要求1所述的太阳能发电装置，其特征在于，所述太阳能发电装置还包括：

固定框架，用于固定所述光伏发电模块、所述温差发电模块、所述聚光透镜、所述分光器、所述第一散热器和所述第二散热器。

18.根据权利要求1所述的太阳能发电装置，其特征在于，所述光伏发电模块和所述温差发电模块均包括：最大功率点跟踪控制器。

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说 明 书太阳能发电装置

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技术领域

[0001]

本实用新型涉及太阳能领域，具体而言，涉及一种太阳能发电装置。

背景技术

常规光伏发电技术只能利用太阳能中中短波段(如波长<1100nm)的能量，长波段能量无法不但不能转换成电能，还会引起太阳电池发热降低其光电转换效率。如果使用叠层太阳电池技术可以一定程度的拓展光伏发电技术对太阳光谱的利用率，但是成本极高，而且也不能利用100％光谱区间。

[0003] 太阳能温差发电技术需要将太阳能转变为热能再通过热电技术将热能转变为电能，该技术可利用太阳能全光谱能量，但是由于光转热，以及热转电的效率偏低，其整体综合光电效率低于目前的光伏发电技术。[0004] 现有技术方案中，也有太阳能全光谱利用的装置。申请号为200810117063.X的发明专利“高效低成本太阳能热电联产系统”，采用反射聚光器聚光，汇聚光先通过吸光热媒吸收一部分太阳光能量，剩余的部分透射到光伏电池发电。该装置仅是光伏电池发电，另一部分能量只能转换为低品质热能不能直接转换为电力。另外，热媒的光谱选择性吸收能力不强，一方面会吸收部分光伏可利用波段的能量，另一方面光伏不可利用波段能量的收集效率也不高，能量损失大。申请号为200710063481.0的发明专利“太阳能光电光热一体化聚集器”、申请号为201220068262.8的实用新型专利“太阳能光伏光热复合组件”以及申请号为201220090618.8的实用新型专利“一种光伏光热一体化组件”，三者的基本结构较为类似，均是在光伏电池的背面安装散热供热器，利用光伏电池本身的余热进行供热。在叠层结构光伏热电复合应用中，由于光伏电池正常工作时温度不宜过高，因此其背面安置的温差发电器件的热电转换效率低。同时长波段光能已经在光伏电池低电极层被反射，无法穿透到温差发电器件热端，因此本装置无法有效利用太阳能全光谱能量。申请号为201110103847.9的发明专利“太阳能光伏热电制热模块及光伏热电热水系统”、申请号为201010214752.X的发明专利“一种光热混合发电及热利用一体化的太阳能综合利用系统”，两者均是一种叠层式的结构，光伏电池、热电芯片组以及散热器三者层叠在一起，热电芯片利用光伏电池的余热发电，散热器则进一步利用余热供热。申请号为200880025371.8的发明专利“太阳能热电和太阳能热的热电联产”，是吸收太阳辐射传递给热电模块发电，热电模块的冷端热量进行供热，没有集成光伏发电方式，光电转换效率相对较低。[0005] 在这些技术方案中，多数采用叠层式结构，将光伏电池的余热供给热电芯片组进行发电，但是由于光伏电池的余热的品质不好、供热温度较低不能直接转换为电能，或者由于收集较高的热量供给热电芯片组使得光伏发电组和热电芯片的温度过高，降低光伏电池的光电转换效率和热电芯片的热电转换效率。综上所述，现有的方案中存在层叠式发电结构的光电转换和热电转换结合时转换效率比较低的问题。

[0002] [0006]

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

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说 明 书

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实用新型内容

[0007] 本实用新型实施例提供了一种太阳能发电装置，以至少解决层叠式发电结构的光电转换和热电转换结合时转换效率比较低的技术问题。[0008] 根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种太阳能发电装置，包括：光伏发电模块，用于将光能转化为电能；温差发电模块，用于将热能转化为电能；聚光透镜，用于汇聚太阳光；分光器，用于将所述聚光透镜汇聚的太阳光分为两路光，一路光入射至所述光伏发电模块进行光伏发电，另外一路入射至所述温差发电模块进行温差发电；第一散热器，设置在所述光伏发电模块中，用于对所述光伏发电模块中的太阳能电池进行散热；以及第二散热器，设置在所述温差发电模块中，用于对所述温差发电模块中的热电器件进行散热。[0009] 进一步地，所述分光器将所述汇聚的太阳光中波长小于特征波长的短波段光反射到所述光伏发电模块,将所述汇聚的太阳光中波长大于所述特征波长的长波段光透射到所述温差发电模块。[0010] 进一步地，所述分光器为根据所述太阳能电池的类型设置的、具有相应特征波长的分光器。

[0011] 进一步地，所述聚光透镜为菲涅尔透镜，由超白玻璃或透明塑料制作而成，聚光比在100和1000之间，分光器为分光谱半反半透镜。[0012] 进一步地，所述光伏发电模块还包括匀光器，所述太阳能电池设置在所述匀光器和所述第一散热器之间，其中：所述匀光器设置在所述太阳能电池的太阳光接收面，用于将入射至所述光伏发电模块的光反射为均匀光斑后照射到所述接收面；所述第一散热器与所述太阳能电池的背面接触连接。[0013] 进一步地，所述第一散热器与所述太阳能电池的接触面涂有高导热石墨或硅脂层。

[0014] 进一步地，所述匀光器的形状为倒梯形椎体。[0015] 进一步地，所述倒梯形椎体由四块反射面拼装而成，其中，每个所述反射面为在梯形基板上镀铝、银或银铝复合反射膜形成；或者，所述倒梯形椎体为倒梯形椎体状石英或超白玻璃。

[0016] 进一步地，所述梯形基板包括下述任意一种材料：[0017] 铝片、钢片、铜片、玻璃片、石英片和塑料片。[0018] 进一步地，所述第一散热器的结构为板翅式或者针翅式。[0019] 进一步地，所述温差发电模块还包括吸光板，所述热电器件设置在所述吸光板和所述第二散热器之间，其中：所述吸光板与所述热电器件的热端相接触；所述第二散热器与所述热电器件的冷端相接触。[0020] 进一步地，所述吸光板以高导热金属材料为基板，镀有选择性光谱吸收层，用于将接收到的光能转化为热能。[0021] 进一步地，所述吸光板与所述热端的接触面，以及所述第二散热器与所述冷端的接触面军涂有高导热石墨或硅脂层。

进一步地，所述吸光板和所述第二散热器通过螺栓压紧以对所述热电器件具有一

均匀夹持力。

[0023] 进一步地，所述第一散热器和所述第二散热器均采用金属材料加工而成。

[0022]

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说 明 书

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进一步地，所述金属材料为铜或者铝。[0025] 进一步地，所述太阳能发电装置还包括：固定框架，用于固定所述光伏发电模块、所述温差发电模块、所述聚光透镜、所述分光器、所述第一散热器和所述第二散热器。[0026] 进一步地，所述光伏发电模块和所述温差发电模块均包括：最大功率点跟踪控制器。

[0027] 在本实用新型实施例中，采用光伏发电模块，用于将光能转化为电能；温差发电模块，用于将热能转化为电能；聚光透镜，用于汇聚太阳光；分光器，用于将聚光透镜汇聚的太阳光分为两路光，一路光入射至光伏发电模块进行光伏发电，另外一路入射至温差发电模块进行温差发电；第一散热器，设置在光伏发电模块中，用于对光伏发电模块中的太阳能电池进行散热；以及第二散热器，设置在温差发电模块中，用于对温差发电模块中的热电器件进行散热，在光伏发电模块和温差发电模块中均设置有散热器分别对太阳能电池和热电器件散热，将多余热量散出，降低光伏发电模块和温差发电模块的温度以保证光伏发电模块的发电效率和温差发电模块的发电效率，从而避免了温度过高降低发电效率的问题，达到了提高发电效率的效果。附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，

本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

[0029] 图1是根据本实用新型实施例的太阳能发电装置的示意图；[0030] 图2是根据本实用新型实施例的发电模块的结构示意图；[0031] 图3是根据本实用新型实施例的温差发电模块的结构示意图；以及[0032] 图4是根据本实用新型实施例的光路图。[0033] 10、光伏发电模块；20、温差发电模块；30、聚光透镜；40、分光器；60、固定框架；102、第一散热器；104、匀光器；106、太阳能电池；108、最大功率；202、吸光板；204、热电器件；206、第二散热器；208、螺栓。

[0028]

具体实施方式

[0034] 为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。[0035] 需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、

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说 明 书

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方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。[0036] 根据本实用新型实施例，提供了一种太阳能发电装置的实施例。图1是根据本实用新型实施例的太阳能发电装置的示意图。如图1所示，该太阳能发电装置包括：光伏发电模块10、温差发电模块20、聚光透镜30、分光器40、第一散热器102和第二散热器。其中，光伏发电模块10用于将光能转化为电能。温差发电模块20用于将热能转化为电能。聚光透镜30用于汇聚太阳光。分光器40用于将聚光透镜汇聚的太阳光分为两路光，一路光入射至光伏发电模块进行光伏发电，另外一路入射至温差发电模块进行温差发电。第一散热器102设置在光伏发电模块中，用于对光伏发电模块中的太阳能电池进行散热。第二散热器设置在温差发电模块中，用于对温差发电模块中的热电器件进行散热。[0037] 如图1所示，太阳光照射到聚光透镜30后被汇聚至分光器40上，分光器40将波长小于特征波长的短波段光反射到光伏发电模块10,将汇聚的太阳光中波长大于特征波长的长波段光透射到温差发电模块20。反射到光伏发电模块10中的太阳光在光伏发电模块中进行光伏发电，透射到温差发电模块20中的太阳光在温差发电模块中进行热电发电。在光伏发电模块10中设置有第一散热器102，在温差发电模块中设置有第二散热器，通过第一散热器对光伏发电模块中的太阳能电池进行散热，以保证光伏发电模块的温度合适，不会由于温度较高降低光伏发电模块的光电转换效率；通过第二散热器对温差发电模块中的热电器件进行散热，以保证热电器件的温度合适，并且增加热电器件的温差，提高热电器件热电转换效率。

[0038] 通过上述实施例，将聚焦后的太阳光分为两路光，一路进行光伏发电，另外一路进行温差发电，使得光谱中能够进行光伏发电的光照射到光伏发电模块上发电，能够进行温差发电的光照射到温差发电模块上发电，实现了有效收集全光谱的太阳光并对不同波长的光进行有效利用，避免了能量浪费和损失。同时，光伏发电模块和温差发电模块中都设置有散热器，分别对光伏发电模块和温差发电模块进行散热，避免温度过高降低光伏发电模块和温差发电模块转换效率,解决了现有技术中层叠式发电结构的光电转换和热电转换结合时转换效率比较低的问题，达到了提高光电转换效率的效果。[0039] 可选地，该实施例中的太阳能发电装置还包括固定框架60，用于固定光伏发电模块、温差发电模块、聚光透镜、分光器、第一散热器和第二散热器。[0040] 可选地，分光器为根据所述太阳能电池的类型设置的、具有相应特征波长的分光器。特征波长根据所选用的太阳电池类型可选择不同的波段，常见的为900nm，1100nm，1500nm,1800nm等。光伏电池安装在所述匀光器与散热器之间，可根据特征波长的不同选择不同类型。如：900nm特征波长可选择GaAs单节太阳电池，单节染料敏化太阳电池、单结硅薄膜太阳电池、晶体硅太阳电池、碲化镉太阳电池和铜铟镓硒太阳电池。1100nm和1500nm特征波长可选择GaAs单节太阳电池，单节染料敏化太阳电池、单结硅薄膜太阳电池、双结和三结硅薄膜太阳电池，晶体硅太阳电池、碲化镉太阳电池和铜铟镓硒太阳电池。1800nm特征波长可选择GaAs单节太阳电池，单节染料敏化太阳电池、单结硅薄膜太阳电池、双结和三结硅薄膜太阳电池，晶体硅太阳电池、碲化镉太阳电池、铜铟镓硒太阳电池和三结叠层三五族太阳电池。本实施例可以根据截至波长调整太阳能电池或者调整分光器，使得本实施例的太阳能发电装置的设置更加灵活。[0041] 具体地，聚光透镜为菲涅尔透镜，由超白玻璃或透明塑料制作而成，聚光比在100

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说 明 书

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和1000之间，分光器为分光谱半反半透镜。分光谱半反半透镜将能够被光伏发电利用的光分离出来并反射至光伏发电模块，不能被光伏发电模块利用的光被分光谱半反半透镜分离出来并透射至温差发电模块，从而使得全光谱的光都能够被有效利用，提高太阳光的利用率，也就提高了光电转换效率。

[0042] 图2是根据本实用新型实施例的发电模块的结构示意图。如图2所示，该光伏发电模块包括：匀光器104、第一散热器102、太阳能电池106和最大功率108。太阳能电池106设置在匀光器104和第一散热器102之间，其中：匀光器104设置在太阳能电池106的太阳光接收面，用于将入射至光伏发电模块的光反射为均匀光斑后照射到接收面；第一散热器102与太阳能电池106的背面接触连接。[0043] 匀光器104可以是倒梯形椎体，将入射光通过侧壁的多次反射形成均匀光斑透射到太阳能电池106的太阳光接收面，以便太阳能电池106进行光电转换。倒梯形椎体可以由四块反射面拼装而成，其中，每个反射面为在梯形基板上镀铝、银/或银铝复合反射膜形成；或者，倒梯形椎体为倒梯形椎体状石英或超白玻璃。梯形基板包括下述任意一种材料：铝片、钢片、铜片、玻璃片、石英片和塑料片，在梯形基板上镀反射膜前需要经过抛光处理。[0044] 设置在太阳能电池106背面的第一散热器102采用金属材料加工而成，以铜或者铝为主，其结构为板翅式或者针翅式。同时，在第一散热器102和太阳能电池106的接触面涂覆高导热石墨或硅脂层，促进第一散热器102更好的对太阳能电池106散热。

[0045] 图3是根据本实用新型实施例的温差发电模块的结构示意图。如图3所示，该温差发电模块包括：吸光板202、热电器件204、第二散热器206和螺栓208。吸光板以铜或铝等高导热材料为基板，基板通过抛光后镀选择性光谱吸收层，该光谱吸收层由多层光学薄膜膜系构成，对特征波长以上波段的光具有高效的吸收特性，可以将光能转化为热能。由于吸光板上镀有高效的光谱吸收层，能够吸收分光器分出的特征波长以上的、不能被光伏发电模块转换的光，避免光能的浪费，将更多的光转换成热能，以备热电器件将热能转换为电能。

[0046] 具体地，由于温差发电模块的发电原理是在温差发电模块的热端和冷端产生温差进行发电，温差发电模块中的热电器件204设置在吸光板202和第二散热器206之间，吸光板202为热电器件204提供热能，因此，其与热电器件204的热端接触；第二散热器206为热电器件204散热，因此，其与热电器件204的冷端接触。[0047] 为了更好的传导热能和散热，在吸光板202与热端的接触面涂覆高导热石墨或硅脂层，以促进吸光板202产生的热量传导给热电器件204的热端，避免热量的流失；在吸光板202与冷端的接触面涂覆高导热石墨或硅脂层，将多余的热能通过第二散热器散出以促进热电器件204散热，降低热电器件204的温度，提高温差发电模块的发电效率。[0048] 为了给热电器件204的接触面提供均匀的接触力，吸光板202和第二散热器206通过螺栓208压紧以对热电器件204具有一均匀夹持力。

[0049] 第二散热器206可以是与第一散热器102相同的散热器，均采用金属材料加工而成，该金属材料优选采用导热效果较好的铜或者铝。优选地，在温差发电模块和光伏发电模块中还分别设置有最大功率点跟踪控制器，最大功率点跟踪控制器可以通过集成电路技术实现，能够保证太阳能电池和热电器件在任何光照情况下都能最大程度的接收太阳光，输出当前的最大功率，同时将输出参数通

[0050]

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说 明 书

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过DC/DC变换调整为恒压或恒流输出，方便不同装置间的集成。[0051] 图4是根据本实用新型实施例的光路图。如图4所示，太阳光经过聚光透镜30汇聚到分光器40上，分光器40将汇聚的光分为两路，一路入射到匀光器104，并通过匀光器104反射给太阳能电池106进行光电转换；另外一路入射到热电器件204，由热电器件204进行热电转换。

[0052] 通过上述实施例，可以按照特征波长将太阳光分成两路，小于特征波长的光能够被光伏发电模块利用进行光伏发电，大于特征波长的光能够被温差发电模块利用进行热电发电，实现了对全光谱的光的利用。同时，在光伏发电模块和温差发电模块中均设置有散热器分别对太阳能电池和热电器件散热，将多余热量散出，降低光伏发电模块和温差发电模块的温度以保证光伏发电模块的发电效率和温差发电模块的发电效率，从而避免了温度过高降低发电效率的问题，达到了提高发电效率的效果。[0053] 上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。[00] 在本实用新型的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。[0055] 以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

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图2

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图3

图4

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