CN104944487B - 电淡复合型太阳能装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电淡复合型太阳能装置，倾斜放置于支架上或其他支撑物上，包括有从上往下依次贴合的太阳能发电层、蒸发层和冷凝层，所述太阳能发电层包括有透明盖板和光电板芯，蒸发层是内部设有蛇形结构的蓄水槽(未标示)的空腔，冷凝层是与蒸发层的顶部连通的空腔。蒸发层与太阳能发电层的光电板芯贴合，冷凝层与蒸发层贴合或是一体结构，所述蒸发层设有溶液进口管和溶液出口，所述冷凝层设有淡水采集口，本发明基于水冷降低发电板温度，提高光电效率和延长使用寿命，同时利用回收的热能加热引入的冷却海水或者苦咸水等，制取生活淡水加以利用，通过一个装置实现发电、制淡两功能，大大提高了太阳能使用效率，利于大规模应用及推广。

Description

电淡复合型太阳能装置

技术领域

本发明提供了一种利用太阳能同时产生电力和淡水的装置，具体涉及一种发电及制淡一体化的电淡复合型太阳能装置。

背景技术

随着现代工业的发展，全球能源危机和大气污染问题日益突出，可再生能源的研究和推广得到重视。丰富的太阳辐射能是重要的能源，是取之不尽、用之不竭的、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。光伏发电系统由于全部采用电子元器件构成，不涉及机械转动部件,所以光伏发电设备极为精炼,可靠稳定寿命长、安装维护简便。同时还具有建设周期短、安全可靠、无噪声、低污染、可就地发电，并且太阳能资源没有地域限制，分布广泛且取之不尽，用之不竭等供电的优点。

市场上光伏产品效率为15％左右，即是说太阳光能量仅仅15％左右转换为电能，去除玻璃盖板和板芯反射的部分，有70％左右太阳光能量转换为热能，因而在发电过程中，板芯温度会高于环境温度。有报道说，在夏天中午无风的情况下，测试过光伏组件温度能达到110度以上。随着板芯温度的升高光电板发电效率降低，温度升高30度，光伏发电效率绝对值降低2％左右。现在市面上的光伏发电板采用自然风冷方式降温散热，散热效果差，导致发电时发电板温度远远高于环境温度，发电效率显著降低，同时影响使用寿命.而PV/T产品和技术虽然实现了电、热双重利用，且在初始阶段实现低温冷却光电高效，但是随着集热温度升高发电效率降低，在后期可能会引起光电效率低于无T部分的光电产品效率。虽然整体上太阳能效率提高，但是从成本、对比电热独立联合使用效率、产品寿命等方面而言，性价比低。

中国公开号为1843947的专利，公开了一种太阳能多效海水淡化及其发电设施，其由箱体支架、双层保温棚、太阳能加热器、单效海水蒸发器、一效海水蒸发器、海水输入管、盐水输出管、引风机、水蒸气冷却帘、淡水输出管、淡水汇水槽组成的多效海水淡化装置,由双层保温棚、淡水输出管、淡水汇水槽、盐水池、盐泵、池壁组成的太阳池,由双层保温棚、箱体支架、保温板、盐水输出、输入管、海水输出、输入管、高压气体输出阀、低压气体输入管、高压气体输出管、高压气体输入阀、换能器、制冷剂输出阀、汽轮发电机、空气压缩机组成的太阳能发电装置三部份组成。如上述公开的专利，现有技术多是采用分离的太阳能装置、蒸发装置和冷凝装置，虽然解决了太阳能装置的降温问题，但是整体装置占用安装空间，也不易于整体装置的转移。海边、戈壁滩、盐碱地、沙漠等地的植被种植需要大量淡水以进行治理改造，因此需要大面积布置发电装置与淡化装置，而大量分立的器件不仅占用安装空间，还需要铺设大量相连接导管，增加了安装复杂度及费用，因此不利于大规模应用及推广。

发明内容

本发明充分利用太阳能资源，通过水冷方式解决光伏板散热问题，提高光伏发电板效率和延长使用寿命，同时利用回收的热量制取淡水，将发电、制淡进行一体化设计和制造，在提供电力的同时提供蒸馏淡水应用。

推广本产品不占用耕地、费用低廉且输出电力效率提高，减少地面吸热，具有众多优势。

为达到上述发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种电淡复合型太阳能装置，包括有太阳能发电层、设置于太阳能发电层的背阳面并与之贴合的蒸发层和与蒸发层顶部连通的冷凝层，所述蒸发层是内部平行设有至少两个以上敞口的蓄水槽，相邻蓄水槽之间设有导流部，通过导流部将蓄水槽多余溶液输送到下一层蓄水槽，冷凝层是用以冷凝水蒸气的空腔，蒸发层顶部的蓄水槽从蒸发层外接入有溶液进口管，且蒸发层底部设有浓溶液出口，冷凝层底部设有淡水采集出口。上述太阳能发电层、蒸发层及冷凝层共同组成发电和制淡前后两大部分，采用蒸发层与太阳能发电层贴合设置的结构，可有效利用太阳能发电层的温升来加热蒸发层的溶液，即降低的太阳能发电层的温度，又实现了溶液的制淡。

进一步，还包括有框架，蒸发层包括有导热密封板和隔板，冷凝层包括有背板，导热密封板与太阳能发电层贴合设置，框架将从上往下间隔设置的太阳能发电层、导热密封板、隔板和背板围合密封，并且隔板在顶部的一侧不与框架接合而留出供蒸汽流通的空隙，该空隙连通冷凝层，隔板在蒸发层的一面设置上述至少两个以上敞口的蓄水槽及相邻蓄水槽之间的导流部。上述太阳能发电层、蒸发层及冷凝层由框架固定密封为板状结构的一体化装置，易于整体装置的转移，以及节省装置的地面安装面积。

进一步，所述蓄水槽为蛇形的蓄水结构，包括有N个平行间隔设置的平板和N-1个“U”型导管，N为至少两个以上，所述平板、“U”型导管及溶液进口管的宽度相同，并且在宽度方向的两侧封闭，或者在宽度方向的两侧与导热密封板和隔板密封连接，蒸发层顶部的第一平板的一侧上表面与溶液进口管的管口底侧外壁密封连接，该第一平板的另一侧上表面与第一“U”型导管的管身中部外壁密封连接，且第一“U”型导管的上管口朝向平板，第一“U”型导管的下管口的底侧外壁与第二平板的同一侧上表面密封连接，该第二平板的另一侧上表面与第二“U”型导管的管身中部外壁密封连接，各个平板与“U”型导管依次以上述方式首尾密封连接，在蒸发层底部的平板一侧接或者不接“U”型导管的中部，平板与其两侧的“U”型导管外壁组成蓄水槽，“U”型导管则作为导流部。上述结构的蛇形蓄水槽，在每相邻两个水平板间有单面蒸汽开口，即是仅为左面开口或者仅为右面开口；上下两个隔间开口面相反，即是开口仅为左面的上下两个隔间的开口为仅为右面。左面开口与右面开口作为蒸汽通道，供蓄水槽上的蒸汽流出后，通过顶部的缝隙进入冷凝层形成水滴。

所述导热密封板、隔板和背板以次通过支撑件相互支撑，采用支撑件可增加各个板材的承重。

所述太阳能发电层包括有透明盖板、被透明盖板覆盖的光电板芯和光电板芯四周喷涂的太阳光选择吸收性涂层，光电板芯与所述导热密封板贴合设置。所述导热密封板是导热性良好的薄玻璃板、金属板或者聚酯纤维板。光电板芯与导热密封板接触贴合或者胶接，导热密封板用来保护光电板芯不被海水、盐水、咸水等溶液腐蚀和损伤。导热密封板完全隔离板芯和后面制淡部分，还能传导光电板芯的热量，用于加热蒸发层的溶液。

所述蒸发层的溶液进口管还连接有为蒸发层输入溶液的水泵，可通过外部控制电路自动控制水泵的工作周期。

所述水泵由太阳能发电层供电，水泵由太阳能光伏板自动控制，形成独立循环系统，即是在有太阳时光伏板输出电力的同时，采用部分自产电力启动水泵形成溶液流动冷却发电板，降低光电板芯温度，提高光伏发电效率，同时蒸发的蒸汽冷凝为淡水，供应生产生活应用。

进一步，所述太阳光选择吸收性涂层喷涂在光电板芯的下部，所述导热密封板则与太阳光选择吸收性涂层贴合设置。因此所述发电层部分同一平面分为上下两部分，上部分为光电板芯，下部分为选择吸收性涂层，污水或者海水或者等溶液进入蒸发层流动并逐渐受热，温度逐渐升高，因而在上部分发电的溶液温度低，发电效率高，后期为吸热部分(类似集热器)产生热溶液有出口流出采集进行热利用，而通过槽道空间蒸发冷凝后产生淡水，形成电、淡、热三联供系统。

本发明的技术，以背部导热作为制淡热源，以电力和淡水需求为目标，采用按需供应的策略实现综合的优化；以相变吸热代替传统PV/T产品的单相吸热，吸热容量大；采用一体制造利用技术代替传统PV/T分体制造利用技术，投资、占地优势明显。

附图说明

图1为本发明的电淡复合型太阳能装置的立体结构图。

图2是图1的A处结构的局部放大示意图。

图3为本发明的电淡复合型太阳能装置的蒸发层隔板的俯视图。

图4为图3在B处结构的局部放大示意图。

附图标记：

1-太阳能发电层，101-透明盖板，102光电板芯，103-太阳光选择吸收性涂层，2-蒸发层，201-导热密封板，202-隔板，203-缝隙，210-平板，211-第一平板，212-第二平板，230-“U”型导管，231-第一“U”型导管，232-第二“U”型导管，3-冷凝层，4-溶液进口管，41-水泵，5-溶液出口，6-淡水采集出口，7-框架。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明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发明一部分实施例，而不是全部实施例。

实施例

本发明的电淡复合型太阳能装置，可将部分太阳光通过光电材料产生电力输出，大部分太阳光被转换为热量，此热量通过导热在太阳能发电层背部进行制淡，对比传统的技术，太阳能发电层发电效率提高寿命延长，同时有额外淡水产生。

请参阅图1至图4所示的本发明的电淡复合型太阳能装置的实施例，图1是本发明实施例的立体结构示意图，图2是图1的A处结构的局部放大示意图，本发明的电淡复合型太阳能装置的蒸发层隔板的俯视图，图4为图3在B处结构的局部放大示意图。

本实施例的电淡复合型太阳能装置，是一个板状结构的装置，可在高度方向倾斜放置于支架上或其他支撑物上，该电淡复合型太阳能装置包括有从上往下依次贴合的太阳能发电层1、蒸发层2和冷凝层3，蒸发层2在顶部与冷凝层3连通，所述蒸发层2的顶部设有溶液进口管4，且底部设有溶液出口5，所述冷凝层3的底部设有淡水采集口6。所述蒸发层2与冷凝层3在本实施例是相贴合设置。另一个实施例是采用冷凝层3与蒸发层2分离的结构设置。

进一步的实施例如下，上述太阳能发电层1、蒸发层2和冷凝层3是相贴合设置的结构，则采用框架7将上述三者周边密封，具体的参阅图2所示的A处结构局部放大图，蒸发层2与冷凝层3是由板材及框架7组合而成的两个腔体，板材包括有依次隔空放置的导热密封板201、隔板202和背板301，框架7将上述板材的四周边沿围合密封，导热密封板201与隔板202之间的腔体为蒸发层2，隔板202与背板301之间的腔体为冷凝层3，隔板202在蒸发层2顶部的一侧不与框架7接合，并留出可通过水蒸气的缝隙203，使得水蒸汽从蒸发层2进入冷凝层3冷凝从而产生淡水。所述蒸发层2内部平行设有至少两个以上敞口的蓄水槽(未标示)，相邻蓄水槽之间设有导流部(未标示)，通过导流部将蓄水槽多余溶液输送到下一层蓄水槽。

请参阅图3和图4，蓄水槽及导流部采用如下实现方式：

隔板202在蒸发层2的一面上，垂直设有N个平行间隔设置的平板210和N-1个“U”型导管230，N为至少两个以上，所述平板210、“U”型导管230及溶液进口管4的宽度相同，蒸发层2顶部的第一平板211的一侧上表面与溶液进口管4的管口底侧外壁密封连接，该第一平板211的另一侧上表面与第一“U”型导管231的管身中部外壁密封连接，且第一“U”型导管231的上管口朝向第一平板211，第一“U”型导管231的下管口的底侧外壁与下方相邻的第二平板212的同一侧上表面密封连接，该第二平板212的另一侧上表面与第二“U”型导管中部密封连接，各个平板210与“U”型导管230依次以上述方式首尾密封连接，并且在宽度方向的两侧封闭，或者两侧与导热密封板201和隔板202密封连接，上述平板210与其两侧的“U”型导管230外壁组成蓄水槽，“U”型导管230则作为导流部。

上述蛇形结构的蓄水槽及导流部，在每相邻两个水平板间有单面蒸汽开口，即是仅为左面开口或者仅为右面开口；上下两个隔间开口面相反，即是开口仅为左面的山下两个隔间的开口为仅为右面。左面开口与右面开口作为蒸汽通道，供蓄水槽上的蒸汽流出后，通过顶部的缝隙进入冷凝层形成水滴。

进一步，所述太阳能发电层1包括有透明盖板101和光电板芯102，蒸发层2是内部设有蛇形的蓄水槽(未标示)的空腔，冷凝层3是与蒸发层2的顶部连通的空腔。蒸发层2与太阳能发电层1的光电板芯102贴合，冷凝层3与蒸发层2的下表面贴合或是一体结构。

在所述光电板芯102在四周边缘处还喷涂有太阳光选择吸收性涂层103，该太阳光选择吸收性涂层103用于吸收太阳光并转换为热能，可增加蒸发层2的加热能力。

所述导热密封板201是导热性良好的薄玻璃板、金属板或者聚酯纤维板，导热密封板201能够隔绝待蒸发的溶液，防止光电板芯102被海水、盐水及污染水等溶液腐蚀和损坏。

进一步，所述溶液进口管4还连接有为蒸发层2输入溶液的水泵41。该水泵41有太阳能发电层供电。

上述实施例的电淡复合型太阳能装置在使用时，先将本实施例的电淡复合型太阳能装置放置在支架上，由水泵41将苦咸水、污水、海水或者工业废液等通过溶液进口管4注入到装置的蒸发层2中，并依次注满蓄水槽，进而由溶液出口5导出。太阳光透过透明盖板101照射到光电板芯102上，因为非聚光光伏发电转换效率低，只有照射到的小部分太阳能转换为电力输出，大部分太阳能转换为热能使得光电板芯101温度升高，同时光电板芯101周边的太阳光选择吸收性涂层103吸收太阳光转换为热能升温，这些热量通过导热密封板201导热传递给蒸发层2的蓄水槽，使得其中的平板210和“U”型导管230以及其中接触到的溶液吸收热量升温蒸发，蒸汽经过平板210从平板未被“U”型导管230封闭的一侧流出，蒸汽由蒸发冷凝层隔板202的缝隙203流入到隔板202与背板301之间的冷凝层3，在背板301上进行冷凝，其热量由环境带走。凝结水由淡水采集口6进行收集和处理。

水泵41直接由光电板芯102产生的一部分电力供电，海水或者苦咸水、废水等溶液由溶液进口管4流入，由浓溶液出口5排放，再进入水泵41通过溶液循环，降低光电板芯102的温度，提高发电效率，延长光电板芯102使用寿命。

进一步作为另一个实施例，所述发电层部分同一平面分为上下两部分，上部分为光电板芯102，下部分为选择吸收性涂层103，即所述太阳光选择吸收性涂层103喷涂在光电板芯102的下部，所述导热密封板201则与太阳光选择吸收性涂层102贴合设置。即是说在发电层可能有部分或者大部分为非光电板芯不产生电力，低温小流量污水或者海水等溶液进入蒸发层流动并逐渐受热，温度逐渐升高，因而在上部分发电的溶液温度低，发电效率高，后期为吸热部分(类似集热器)产生热溶液并由出口采集进行热利用，并通过槽道空间蒸发冷凝后产生淡水，形成电、淡、热三联供系统。

通过框架7将透明盖板101、光电板芯102、背板301、隔板202等集成在一起，便于安装、运输和密封防护。

上述实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种电淡复合型太阳能装置，其特征在于，包括有太阳能发电层(1)、设置于太阳能发电层的背阳面并与之贴合的蒸发层(2)和与蒸发层(2)顶部连通的冷凝层(3)，所述蒸发层(2)是内部平行设有至少两个以上敞口的蓄水槽，相邻蓄水槽之间设有导流部，通过导流部将蓄水槽多余溶液输送到下一层蓄水槽，冷凝层(3)是用以冷凝水蒸气的空腔，蒸发层(2)顶部的蓄水槽从蒸发层(2)外接入有溶液进口管(4)，且蒸发层(2)底部设有浓溶液出口(5)，冷凝层(3)底部设有淡水采集出口(6)；还包括有框架(7)，蒸发层(2)包括有导热密封板(201)和隔板(202)，冷凝层(3)包括有背板(301)，导热密封板(201)与太阳能发电层(1)贴合设置，框架(7)将从上往下间隔设置的太阳能发电层(1)、导热密封板(201)、隔板(202)和背板(301)围合密封，并且隔板(202)在顶部的一侧不与框架(7)接合而留出供蒸汽流通的空隙(203)，该空隙(203)连通冷凝层(3)，隔板(202)在蒸发层(2)的一面设置上述至少两个以上敞口的蓄水槽及相邻蓄水槽之间的导流部。

2.根据权利要求1所述的电淡复合型太阳能装置，其特征在于，所述蓄水槽为蛇形的蓄水结构，包括有N个平行间隔设置的平板(210)和N-1个“U”型导管(230)，N为至少两个以上，所述平板(210)、“U”型导管(230)及溶液进口管(4)的宽度相同，并且在宽度方向的两侧封闭，或者两侧与导热密封板(201)和隔板(202)密封连接，蒸发层(2)顶部的第一平板(211)的一侧上表面与溶液进口管(4)的管口底侧外壁密封连接，该第一平板(211)的另一侧上表面与第一“U”型导管(231)的管身中部外壁密封连接，且第一“U”型导管(231)的上管口朝向平板，第一“U”型导管(231)的下管口的底侧外壁与第二平板(212)的同一侧上表面密封连接，该第二平板(212)的另一侧上表面与第二“U”型导管(232)的管身中部外壁密封连接，各个平板(210)与“U”型导管(230)依次以上述方式首尾密封连接，在蒸发层(2)底部的平板(210)一侧接或者不接“U”型导管(230)的中部，平板 (210)与其两侧的“U”型导管(230)外壁组成蓄水槽，“U”型导管(230)则作为导流部。

3.根据权利要求2所述的电淡复合型太阳能装置，其特征在于，所述导热密封板(201)、隔板(202)和背板(301)依次通过支撑件相互支撑。

4.根据权利要求1所述的电淡复合型太阳能装置，其特征在于，所述太阳能发电层(1)包括有透明盖板(101)、被透明盖板(101)覆盖的光电板芯(102)和光电板芯(102)四周喷涂的太阳光选择吸收性涂层(103)，光电板芯(102)与所述导热密封板(201)贴合设置，框架(7)将透明盖板(101)、光电板芯(102)围合密封。

5.根据权利要求1所述的电淡复合型太阳能装置，其特征在于：所述蒸发层(2)的溶液进口管(4)还连接有为蒸发层(2)输入溶液的水泵(41)。

6.根据权利要求5所述的电淡复合型太阳能装置，其特征在于：所述水泵(41)由太阳能发电层(1)供电。

7.根据权利要求1所述的电淡复合型太阳能装置，其特征在于，所述太阳能发电层(1)包括有透明盖板(101)、被透明盖板(101)覆盖的光电板芯(102)，太阳光选择吸收性涂层(103)喷涂在光电板芯(102)的下部，导热密封板(201)则与太阳光选择吸收性涂层(103)贴合设置，框架(7)将透明盖板(101)、光电板芯(102)围合密封。