CN104617863B - 基于透镜聚光原理的光伏‑光催化复合系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于透镜聚光原理的光伏‑光催化复合系统，属太阳能综合利用工程领域。本系统将太阳能光伏发电与太阳能光催化相结合，实现了光电转换和净化污水双重功能。其中光催化系统由平板型透明玻璃盖板、光催化剂、污水、抛物型透明玻璃盖板组成，呈现以水为填充介质的凸透镜型结构，汇聚太阳光至光伏电池，使光催化系统和光伏系统工作在不同的聚光比下，从而达到各自最大的技术经济效益；光伏系统的铝片将有一定间距且相对独立的光催化系统和光伏系统复合在一起，同时兼具增强散热和汇聚光线的作用，提高了光伏电池的发电效率。本发明扩大了太阳能光谱利用范围，提高了太阳能利用的总效率，节约了额外设置聚光器的投资和运行成本。
Description
技术领域：
本发明的名称为一种基于透镜聚光原理的光伏-光催化复合系统，属太阳能综合利用工程领域。
背景技术：
太阳能作为一种清洁的可再生能源，受到越来越多国内外学者的关注。其中，太阳能光伏发电技术以其安全可靠、无污染且易于建设等优点成为太阳能资源利用的重要方式。然而，太阳能电池在工作过程中具有光谱选择性，只有部分太阳辐射(主要集中于可见光区域)被转化为电能，其余绝大部分将转化为热能，使光伏电池的温度升高。由于光伏电池的效率随温度的升高而降低，尤其在聚光伏系统中，产生的热能将大大影响其电能的输出。
水净化问题是21世纪所面临的严峻挑战，不卫生的饮水将对人们的健康产生威胁，尤其在发展中国家，由于饮水问题带来的疾病将占其总数的80％。近年来，在紫外光照射下以半导体材料为光催化剂的光催化过程显示出了较大的潜力。光催化过程可以氧化污水中的多种有机物，且光催化反应条件温和，处理过程在常温、常压下进行。其中，TiO2光催化剂在近紫外线区吸光系数大，光活性高，光催化作用持久，而且化学性质稳定，对人体和环境无害，资源丰富。然而，由于现有半导体材料光催化剂大都仅吸收紫外区域的光照辐射，使太阳能的利用效率较低。
近年来，相关学者提出了一种光伏-光催化为一体的复合系统，该系统主要包括平板型及环型两种结构，将光催化系统直接置于光伏电池板上从而构成了光催化系统和光伏系统直接相连的一体化复合结构，光催化系统和光伏系统同时得到聚光比相同的太阳辐射。其中光催化剂可吸收太阳辐射的紫外光，其余被光伏电池吸收，从而提高了太阳能的光谱利用率。然而，太阳辐射在穿过催化系统时将产生一定损失，减少了到达光伏电池表面的太阳辐射强度，使得光伏电池的效率降低，因而这种结构更有利于光催化系统而不利于光伏系统的工作运行。
基于以上现状，提出一种同时兼顾光伏系统及光催化系统技术经济效益的基于透镜聚光原理的光伏-光催化复合系统。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种基于透镜聚光原理的光催化系统与光伏系统间接相连的独立分体式复合系统，以充分利用太阳能光谱，将太阳能光伏发电和太阳能光催化有机结合起来，提高太阳能利用效率；同时利用光催化系统凸透镜型结构的聚光作用及铝片的散热作用，从而可以保证光伏系统及光催化系统在不同聚光比下能同时高效运行。
本发明所采用的技术方案是:
一种基于透镜聚光原理的光伏-光催化复合系统主要由光催化系统和光伏系统组成，其中光催化系统由平板型透明玻璃盖板1、光催化剂2、污水3、抛物型透明玻璃盖板4组成；光伏系统由光伏电池5、底板6和铝片7组成。
一定厚度的光催化剂2分别贴覆于平板型透明玻璃盖板1和抛物型透明玻璃盖板4内侧，光催化剂2净化流动于其间的污水；抛物型透明玻璃盖板4为抛物型，从而整个光催化系统呈现以水为填充介质的凸透镜型结构，汇聚太阳光至光伏电池5。
光伏电池5吸收太阳辐射后将其部分转化为电能，其余以热量形式由铝片7通过导热作用及与上部空气的对流、辐射作用散失；铝片7将有一定间距且相对独立设置的光催化系统和光伏系统连接起来，由紧贴于光伏电池5和底板6之间的平板型和延伸于两侧的抛物型两部分组成。
本发明与现有太阳能利用系统相比具有以下特点：(1)本系统将太阳能光催化系统和太阳能光伏发电系统有机结合起来，具有污水净化和光电转换双重功能，扩大了太阳能光谱利用范围，提高了太阳能利用效率。(2)光催化系统呈现以水为填充介质的凸透镜型结构，可汇聚太阳光至光伏电池，实现光催化系统与光伏电池在各自吸收光谱下的不同聚光比，提供光催化系统适宜的反应条件，提高光伏电池的电能输出，同时降低了额外聚光系统的成本，即提高了整个复合系统的技术经济效益。(3)通过改变光催化系统凸透镜型结构的厚度及抛物型铝片的高度调节聚光比，从而可以适应和满足不同的负荷需求，调节方便。(4)紧贴于光伏电池和底板之间的平板型铝片将光伏电池产生的热量有效导出，延伸出两侧的抛物型铝片将有一定间距且相对独立的光催化系统和光伏系统连接起来，一方面增加了散热面积，降低电池表面的温度；另一方面可反射穿过光催化系统而未直接投射至光伏电池表面的太阳辐射，汇聚所有穿过光催化系统的太阳辐射于光伏电池表面，降低太阳辐射损失。
附图说明：
图1为本发明实施示意图，图2为图1的A-A剖面视图；
其中：1-平板型透明玻璃盖板；2-光催化剂；3-污水；4-抛物型透明玻璃盖板；5-光伏电池；6-底板；7-铝片。
具体实施方式：
以下结合说明书附图中的图1和图2对本发明具体实施进行详细说明。
本发明主要由平板型透明玻璃盖板1、光催化剂2、污水3、抛物型透明玻璃盖板4、光伏电池5、底板6和铝片7组成；一定厚度的光催化剂2分别贴覆于平板型透明玻璃盖板1和抛物型透明玻璃盖板4内侧，光催化剂2净化流动于其间的污水；铝片7将有一定间距且相对独立设置的光催化系统和光伏系统连接起来，由紧贴于光伏电池5和底板6之间的平板型和延伸于两侧的抛物型两部分组成。
本发明的工作过程如下：
太阳辐射穿过平板型透明玻璃盖板1后，其中位于紫外线区域的太阳辐射被光催化剂2吸收，催化降解有机物质，净化流通于光催化剂间的污水3；其余光谱区域的太阳辐射经过光的折射、反射、吸收等作用后，穿过抛物型透明玻璃盖板4，一部分太阳辐射直接汇聚至光伏电池5，另一部分未汇聚的太阳辐射经抛物型铝片7的反射作用也投射至光伏电池5；光伏电池5将吸收的太阳辐射部分经光电转换产生电能，其余的以热能的形式一部分直接通过与上部空气的对流、辐射作用散失，其余通过紧贴于光伏电池5和底板6之间的平板型及两侧延伸的抛物型铝片7导出，然后以对流和辐射的形式传递至周围环境。
Claims (1)
1.一种基于透镜聚光原理的光伏-光催化复合系统，主要由光催化系统和光伏系统构成，其中光催化系统由平板型透明玻璃盖板(1)、光催化剂(2)、污水(3)、抛物型透明玻璃盖板(4)组成；光伏系统由光伏电池(5)、底板(6)和铝片(7)组成；一定厚度的光催化剂(2)分别贴覆于平板型透明玻璃盖板(1)和抛物型透明玻璃盖板(4)内侧，光催化剂(2)净化流动于其间的污水；抛物型透明玻璃盖板(4)为抛物型，从而整个光催化系统呈现以水为填充介质的凸透镜型结构，汇聚太阳辐射至光伏电池(5)；光伏电池(5)吸收太阳辐射后将其部分转化为电能，其余以热量形式一部分直接通过与上部空气的对流、辐射作用散失，其余通过导热作用由铝片(7)散失；铝片(7)将有一定间距且相对独立设置的光催化系统和光伏系统连接起来，由紧贴于光伏电池(5)与底板(6)之间的平板型和延伸于两侧的抛物型两部分组成。
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