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一种光伏发电-海 水 淡化复合装置

阅读：265发布：2020-05-13

专利汇可以提供一种光伏发电-海水淡化复合装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了一种光伏发电 - 海水淡化复合装置，包括直接接触式膜蒸馏组件和聚光电池组件；所述聚光电池组件用于吸收部分太阳光发电，另一部分太阳光透过所述聚光电池组件进入所述直接接触式膜蒸馏组件；所述直接接触式膜蒸馏组件包括膜组件料液流道、掺杂有纳米颗粒的蒸汽透过膜、膜组件蒸汽流道；所述膜组件蒸汽流道与冷凝装置连接；所述膜组件料液流道与海水供给系统连通；所述膜组件料液流道内的蒸汽可通过掺杂有纳米颗粒的蒸汽透过膜进入所述膜组件蒸汽流道；所述掺杂有纳米颗粒的蒸汽透过膜吸收另一部分太阳光。本发明解决聚光太阳能电池的冷却问题和膜蒸馏海水淡化存在的温差极化导致膜通量降低的问题，实现光伏发电和海水淡化同时进行。，下面是一种光伏发电-海水淡化复合装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种光伏发电-海水淡化复合装置，其特征在于，包括直接接触式膜蒸馏组件(11)和聚光电池组件；
所述聚光电池组件用于吸收部分太阳光发电，另一部分太阳光透过所述聚光电池组件进入所述直接接触式膜蒸馏组件(11)；
所述直接接触式膜蒸馏组件(11)包括膜组件料液流道(14)、掺杂有纳米颗粒的蒸汽透过膜(13)、膜组件蒸汽流道(12)；所述膜组件蒸汽流道(12)与冷凝装置连接，用于将蒸汽冷凝成淡水；所述膜组件料液流道(14)与海水供给系统连通；所述膜组件料液流道(14)与膜组件蒸汽流道(12)之间设有掺杂有纳米颗粒的蒸汽透过膜(13)，所述膜组件料液流道(14)内的蒸汽可通过掺杂有纳米颗粒的蒸汽透过膜(13)进入所述膜组件蒸汽流道(12)；所述掺杂有纳米颗粒的蒸汽透过膜(13)吸收另一部分太阳光，用于加热所述膜组件料液流道(14)内的海水。
2.根据权利要求1所述的光伏发电-海水淡化复合装置，其特征在于，所述掺杂有纳米颗粒的蒸汽透过膜(13)为掺杂有氧化铟锡纳米颗粒的聚偏氟乙烯膜或掺杂有氧化铟锡纳米颗粒的聚四氟乙烯膜。
3.根据权利要求1所述的光伏发电-海水淡化复合装置，其特征在于，所述聚光电池组件包括高透过玻璃盖板(3)、聚光多结太阳能电池(5)、红外透过电池玻璃基板(6)、红外透过冷却微通道玻璃基板(9)和侧壁(10)；所述侧壁(10)上根据太阳光入射的方向依次安装高透过玻璃盖板(3)、红外透过电池玻璃基板(6)和红外透过冷却微通道玻璃基板(9)；所述聚光多结太阳能电池(5)安装在所述高透过玻璃盖板(3)和所述红外透过电池玻璃基板(6)之间；所述聚光多结太阳能电池(5)用于吸收短波长波段发电，所述聚光多结太阳能电池(5)、红外透过电池玻璃基板(6)和冷却微通道玻璃基板(9)可透过红外光波段。
4.根据权利要求3所述的光伏发电-海水淡化复合装置，其特征在于，所述聚光电池组件还包括冷却微通道(7)，所述红外透过电池玻璃基板(6)与红外透过冷却微通道玻璃基板(9)之间设有若干冷却微通道(7)，若干所述冷却微通道(7)内填充循环冷却工质。
5.根据权利要求4所述的光伏发电-海水淡化复合装置，其特征在于，所述冷却微通道(7)的高度在100-200微米。
6.根据权利要求3所述的光伏发电-海水淡化复合装置，其特征在于，所述高透过玻璃盖板(3)上贴有所述减反射层(2)。
7.根据权利要求3所述的光伏发电-海水淡化复合装置，其特征在于，所述聚光多结太阳能电池(5)安装在所述高透过玻璃盖板(3)和所述红外透过电池玻璃基板(6)之间的间隙里填充硅胶封装剂(4)，所述硅胶封装剂(4)为掺有抗紫外添加剂的聚二甲基硅氧烷。
8.根据权利要求3所述的光伏发电-海水淡化复合装置，其特征在于，所述聚光多结太阳能电池(5)为AlGaInP/AlGaAs/GaAs三结电池。
9.根据权利要求1所述的光伏发电-海水淡化复合装置，其特征在于，所述膜组件料液流道(14)的输入端通过第一泵(16)与海水储罐(15)相连，所述膜组件料液流道(14)输出端与浓盐水储罐(20)连接；所述膜组件蒸汽流道(12)通过第二泵(17)与淡水储罐(18)闭环连接，所述淡水储罐(18)内设有冷却水盘管(19)。

说明书全文

一种光伏发电-海 水 淡化复合装置

技术领域

[0001] 本发明涉及太阳能利用技术领域，特别涉及一种光伏发电-海水淡化复合装置。

背景技术

[0002] 21世纪人类对来自清洁能源的电能及纯净水源有着越来越强的需求，但是获得这些资源面临着巨大的技术挑战，尤其对中国这样的人口大国，电力和清洁水源也日趋渐紧，利用太阳能发电同时又供纯净水已成为研究的重要课题。

[0003] 但是，由于缺乏有竞争力的装机成本和上网电价，光伏产业一直没有取得突飞猛进的发展。其中聚光光伏技术在提高光电转换效率、降低光伏发电成本被寄予厚望。聚光光伏系统通常采用高效的III–V族多结太阳能电池来发电，但是该电池可以把太阳光谱中的紫外和可见光波段高效转化为电能而对红外光波段利用很少使之转化为热，而且热量会随着聚光比的增加而增加。温度的升高会使太阳电池开路电压急剧降低以及转换效率的下降，长时间的高温还会缩短电池的使用寿命。另一方面由于构成电池组件的不同材料具有不同的热膨胀系数，长期热应力的作用会使组件结构永久破坏。因此，从根源上解决聚光太阳能电池的冷却问题以保证电池在较高效率下可靠工作，进而对降低光伏发电成本有重要意义。

[0004] 膜蒸馏作为一种新型分离技术，具有操作温度低、设备简单、脱盐率高等特点，在海水淡化、苦咸水脱盐等过程具有良好的应用前景。另外，由于膜蒸馏过程所需的热源温度低，因此近年来利用太阳能等清洁能源驱动膜蒸馏提取纯净水已成为解决沿海地区或干旱少雨地区饮用水问题的一种有效方式。目前，太阳能驱动膜蒸馏技术大都通过太阳能集热器、盐梯度太阳能池和太阳能蒸发器等技术收集太阳辐射能，然后驱动膜蒸馏净化海水，很少有人把太阳光直接照射在膜组件上进行海水淡化。在这些膜蒸馏过程中，由于伴随的传热是从膜组件的料液侧到其渗透液侧，同时膜表面还存在边界层，所以温差极化极易产生，进而降低膜通量。

发明内容

[0005] 针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种光伏发电-海水淡化复合装置，以解决聚光太阳能电池的冷却问题和膜蒸馏海水淡化存在的温差极化导致膜通量降低的问题，实现光伏发电和海水淡化同时进行，达到太阳能全光谱利用的目的。

[0006] 本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

[0007] 一种光伏发电-海水淡化复合装置，包括直接接触式膜蒸馏组件和聚光电池组件；

[0008] 所述聚光电池组件用于吸收部分太阳光发电，另一部分太阳光透过所述聚光电池组件进入所述直接接触式膜蒸馏组件；

[0009] 所述直接接触式膜蒸馏组件包括膜组件料液流道、掺杂有纳米颗粒的蒸汽透过膜、膜组件蒸汽流道；所述膜组件蒸汽流道与冷凝装置连接，用于将蒸汽冷凝成淡水；所述膜组件料液流道与海水供给系统连通；所述膜组件料液流道与膜组件蒸汽流道之间设有掺杂有纳米颗粒的蒸汽透过膜，所述膜组件料液流道内的蒸汽可通过掺杂有纳米颗粒的蒸汽透过膜进入所述膜组件蒸汽流道；所述掺杂有纳米颗粒的蒸汽透过膜吸收另一部分太阳光，用于加热所述膜组件料液流道内的海水。

[0010] 进一步，所述掺杂有纳米颗粒的蒸汽透过膜为掺杂有氧化铟锡纳米颗粒的聚偏氟乙烯膜或掺杂有氧化铟锡纳米颗粒的聚四氟乙烯膜。

[0011] 进一步，所述聚光电池组件包括高透过玻璃盖板、聚光多结太阳能电池、红外透过电池玻璃基板、红外透过冷却微通道玻璃基板和侧壁；所述侧壁上根据太阳光入射的方向依次安装高透过玻璃盖板、红外透过电池玻璃基板和红外透过冷却微通道玻璃基板；所述聚光多结太阳能电池安装在所述高透过玻璃盖板和所述红外透过电池玻璃基板之间；所述聚光多结太阳能电池用于吸收短波长波段发电，所述聚光多结太阳能电池、红外透过电池玻璃基板和冷却微通道玻璃基板可透过红外光波段。

[0012] 进一步，所述聚光电池组件还包括冷却微通道，所述红外透过电池玻璃基板与红外透过冷却微通道玻璃基板之间设有若干冷却微通道，若干所述冷却微通道内填充循环冷却工质。

[0013] 进一步，所述冷却微通道的高度在100-200微米。

[0014] 进一步，所述高透过玻璃盖板上贴有所述减反射层。

[0015] 进一步，所述聚光多结太阳能电池安装在所述高透过玻璃盖板和所述红外透过电池玻璃基板之间的间隙里填充硅胶封装剂，所述硅胶封装剂为掺有抗紫外添加剂的聚二甲基硅氧烷。

[0016] 进一步，所述聚光多结太阳能电池为AlGaInP/AlGaAs/GaAs三结电池。

[0017] 进一步，所述膜组件料液流道的输入端通过第一泵与海水储罐相连，所述膜组件料液流道输出端与浓盐水储罐连接；所述膜组件蒸汽流道通过第二泵与淡水储罐闭环连接，所述淡水储罐内设有冷却水盘管。

[0018] 本发明的有益效果在于：

[0019] 1.本发明所述的光伏发电-海水淡化复合装置，通过具有分频作用的聚光电池组件利用波长小于880nm的短波长波段太阳光来发电，使大于880nm的红外光波段透过聚光电池组件到达直接接触式膜蒸馏组件上以提供膜蒸馏海水淡化所需的热能，实现光伏发电和海水淡化同时高效进行，达到太阳能全光谱利用的目的。

[0020] 2.本发明所述的光伏发电-海水淡化复合装置，掺杂有纳米颗粒的蒸汽透过膜可以直接高效吸收太阳光中的红外波段来加热流过膜组件料液流道的海水，减小已有膜蒸馏过程存在的温差极化，从而提高膜通量。

[0021] 3.本发明所述的海水淡化-光伏发电复合装置，无需太阳能集热器、盐梯度太阳能池和太阳能蒸发器等就可以实现太阳能驱动的海水淡化，设备初始投资和操作成本都低，有良好的推广应用前景。附图说明

[0022] 图1为本发明所述的光伏发电-海水淡化复合装置示意图。

[0023] 图2为本发明所述的直接接触式膜蒸馏组件的海水淡化原理图。

[0024] 图中：

[0025] 1-碟式聚光器；2-减反射层；3-高透过玻璃盖板；4-硅胶封装剂；5-聚光多结太阳能电池；6-红外透过电池玻璃基板；7-冷却微通道；8-冷却工质引流口；9-红外透过冷却微通道玻璃基板；10-侧壁；11-直接接触式膜蒸馏组件；12-膜组件蒸汽流道；13-掺杂有纳米颗粒的蒸汽透过膜；14-膜组件料液流道；15-海水储罐；16-第一泵；17-第二泵；18-淡水储罐；19-冷却水盘管；20-浓盐水储罐。

具体实施方式

[0026] 下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

[0027] 如图1所示，本发明所述的光伏发电-海水淡化复合装置，包括碟式聚光器1、聚光电池组件和直接接触式膜蒸馏组件11，所述聚光电池组件接收用所述碟式聚光器1汇聚的全波段太阳光线，利用波长小于880nm的短波长波段太阳光来发电，使大于880nm的红外光波段透过所述聚光电池组件到达所述直接接触式膜蒸馏组件11上以提供膜蒸馏海水淡化所需的热能。

[0028] 所述聚光电池组件包括减反射层2、高透过玻璃盖板3、硅胶封装剂4、聚光多结太阳能电池5、红外透过电池玻璃基板6、冷却微通道7、冷却工质引流口8、红外透过冷却微通道玻璃基板9和侧壁10；所述高透过玻璃盖板3上贴有所述减反射层2，且正对于所述碟式聚光器1，所述聚光多结太阳能电池5设置在所述高透过玻璃盖板3和所述红外透过电池玻璃基板6之间，其间隙由所述硅胶封装剂4填充；所述冷却微通道7采用聚二甲基硅氧烷利用冲压工艺在所述红外透过冷却微通道玻璃基板9上形成，然后设置在所述红外透过电池玻璃基板6的另一面，冷却工质通过所述冷却工质引流口8进出入所述冷却微通道7对所述聚光多结太阳能电池5进行散热；按照入射太阳光线的方向，高透过玻璃盖板3、聚光多结太阳能电池5、红外透过电池玻璃基板6、红外透过冷却微通道玻璃基板9依次固定安装在侧壁10上。所述高透过玻璃盖板3、红外透过电池玻璃基板6、红外透过冷却微通道玻璃基板9均可采用石英玻璃。所述硅胶封装剂4可采用掺有抗紫外添加剂的聚二甲基硅氧烷以防其在聚光条件下老化。所述冷却微通道7的高度控制在100-200微米。

[0029] 所述直接接触式膜蒸馏组件11按接收光方向依次包括膜组件料液流道14、掺杂有纳米颗粒的蒸汽透过膜13、膜组件蒸汽流道12；所述直接接触式膜蒸馏组件11通过所述掺杂有纳米颗粒的蒸汽透过膜13直接吸收大于880nm的红外波段太阳光为海水淡化提供热源。

[0030] 如图2所示，海水储罐15通过第一泵16与所述膜组件料液流道14的输入端相连，从所述膜组件料液流道14输出端流出的浓盐水流入浓盐水储罐20；淡水储罐18通过第二泵17与所述膜组件蒸汽流道12的输入端相连，从所述膜组件蒸汽流道12输出端流出的热淡水流入所述淡水储罐18，所述淡水储罐18中的热淡水通过罐内设置的所述冷却水盘管19来冷却成常温淡水。所述掺杂有纳米颗粒的蒸汽透过膜13采用掺杂有氧化铟锡纳米颗粒的聚偏氟乙烯膜或掺杂有氧化铟锡纳米颗粒的聚四氟乙烯膜。

[0031] 所述聚光多结太阳能电池5采用可以利用波长小于880nm的太阳光进行光伏发电而对其它红外光波段透过的AlGaInP/AlGaAs/GaAs三结电池。

[0032] 工作原理：

[0033] 来自碟式聚光器1的汇聚太阳光通过聚光电池组件中的高透过玻璃盖板3，进一步汇聚到设置在均采用石英玻璃的高透过玻璃盖板3和红外透过电池玻璃基板6间的聚光多结太阳能电池5。其中，太阳光谱中小于880nm的波段被AlGaInP/AlGaAs/GaAs三结电池吸收，大部分变成电能，小部分变成热能。在高透过玻璃盖板3和聚光多结太阳能电池5间及聚光多结太阳能电池5和红外透过电池玻璃基板6间均填充有采用掺有抗紫外添加剂的聚二甲基硅氧烷的硅胶封装剂4以实现电池的封装。为了提高系统光学效率，在聚光电池组件中的高透过玻璃盖板3上贴有减反射层2。小部分的热能经红外透过电池玻璃基板6和红外透过冷却微通道玻璃基板9间布置的冷却微通道7内流过的工质带走。太阳光谱中大于880nm的波段依次穿过红外透过电池玻璃基板6、冷却微通道7和红外透过冷却微通道玻璃基板9后入射到直接接触式膜蒸馏组件11上，被掺杂有氧化铟锡纳米颗粒的蒸汽透过膜13吸收来加热流过膜组件料液流道14的海水，减小已有膜蒸馏过程存在的温差极化，从而提高膜通量。

[0034] 为了实现海水淡化，来自海水储罐15的海水通过第一泵16与膜组件料液流道14的输入端相连，海水在膜组件料液流道14中边流动边被掺杂有纳米颗粒的蒸汽透过膜13吸收的太阳光加热，在掺杂有纳米颗粒的蒸汽透过膜13的共同作用下，海水中的水会变成蒸汽，产生的蒸汽由膜组件料液流道14渗透到膜组件蒸汽流道12中，然后通过来自淡水储罐18的常温淡水由第二泵17输送到膜组件蒸汽流道12中来冷却，最终从膜组件蒸汽流道12输出端流出的热淡水流入淡水储罐18中，淡水储罐18中的热淡水通过罐内设置的冷却水盘管19来冷却成常温淡水。淡水储罐18中的常温淡水一部分继续输送到膜组件蒸汽流道12中来冷却蒸汽，一部分供用户使用。其中聚光电池组件产生的电能可以为海水淡化所用泵供电，多余的电可供用户使用，保证整个装置自驱动，实现太阳能的综合利用。

[0035] 所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

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