CN107021543B - 一种集聚光光伏发电与光催化水净化于一体的太阳能利用方法 - Google Patents
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Abstract
一种集聚光光伏发电与光催化水净化于一体的太阳能利用方法，实现该方法的装置包括太阳能光伏板、光催化反应器、污水循环装置、气体循环装置和聚光器，光催化反应器通过下盖板粘贴到太阳能光伏板上，污水循环装置包括污水箱、水管和气液分离器，污水箱设于光催化反应器上方，气体循环装置包括冷却器、气体储罐、气泵、调节阀和气体流量计，首先调节聚光器将太阳光聚集到太阳能光伏板上，光催化反应器面对太阳，臭氧被冷却器冷却后通过气泵通入到光催化反应器中，冷却的臭氧与污水进行直接接触换热为太阳能光伏板降温，并为污水循环提供动力，实现太阳能光伏板在低温下高效发电并能同时进行高效的光催化水净化的目的，提高太阳能的利用效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能光伏发电和光催化水净化领域。
背景技术
太阳能作为一种无污染、可再生的新能源有着非常广阔的发展前景，特别是在光伏发电和光催化水处理方面得到了广泛的应用。光伏电池受温度等环境因素影响很大，当温度升高时，光伏电池输出电压将下降，一般温度每升高1℃，发电效率就会下降0.4％，普通太阳能光伏板的正常工作温度一般在20-25℃，而普通太阳能光伏板在夏季时的工作温度可达到70℃以上，冬季的工作温度可达到50℃以上，因此太阳能光伏发电系统的热量聚集造成工作温度的上升，是影响其发电效率和使用寿命的主要因素，特别是在使用聚光器时，光伏电池的工作温度会更高。目前解决此项难题的主要技术是采用水冷式循环系统，将产生的热量通过冷却水排放到环境中。光催化水净化技术是通过紫外光和光催剂对水中的有机物进行氧化分解，最后生成无害的水和二氧化碳，而光催化水净化技术只能利用太阳光中的一部分紫外光，对太阳能的利用率不高。因此，为了避免现有技术中存在的缺点，有必要对光伏发电和光催化水净化的方法进行改进，以达到同时降低太阳能光伏板的温度和提高太阳能利用率的目的。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出一种能高效利用太阳能、无需额外提供能量，将聚光光伏发电与光催化水处理技术耦合于一体的太阳能利用方法，克服现有技术中太阳能光伏板的工作温度受季节影响发电效率低和光催化水净化效率低的问题，同时提高太阳能的利用效率。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：一种集聚光光伏发电与光催化水净化于一体的太阳能利用方法，实现该方法的装置包括太阳能光伏板、光催化反应器、污水循环装置、气体循环装置和聚光器，所述光催化反应器由导热性能高的下盖板、紫外光透过率高的上盖板、左侧板、右侧板、顶板和底板围成，所述光催化反应器通过所述下盖板粘贴到所述太阳能光伏的背板上；所述底板上分布多个进气口，所述顶板上分布多个气液出口，所述左侧板和右侧板的靠近底部设有进水口；所述污水循环装置包括污水箱、水管和气液分离器，所述污水箱底面设有多个气液入口，所述污水箱顶面设有出气口，所述污水箱两侧靠近底部设有两个出水口，所述污水箱和所述光催化反应器通过水管相连通，所述污水箱设于所述光催化反应器上方，所述气液分离器设于所述污水箱上方；所述气体循环装置包括通过气体管道依次连接的单向阀、冷却器、阀门、气体储罐、气泵、调节阀和气体流量计，所述出气口与所述单向阀连接，所述调节阀与所述进气口连接；
首先调节所述太阳能光伏板和所述聚光器的角度，使得所述聚光器将太阳光聚集到所述太阳能光伏板上，此时所述光催化反应器面对太阳；然后将需要净化的污水和光催化剂混合均匀后加入到污水箱中，并通过污水箱将污水通入光催化反应器，随后开启气泵和阀门，将冷却的臭氧通入到光催化反应器中，一方面冷却的臭氧与污水进行直接接触换热进而对太阳能光伏板降温，通过所述调节阀控制臭氧的流量来控制太阳能光伏板的背板温度维持在40摄氏度以下；另一方面一部分臭氧能参与光催化反应；然后流动的臭氧带动污水通过管道进入污水箱中形成气液混合物，所述气液混合物通过气液分离器实现臭氧和污水的分离，所述污水箱中的污水通过重力作用从所述出水口流回所述光催化反应器的所述进水口中，从而实现污水的循环；分离后的臭氧通过气体管道进入到所述气体循环装置中的冷却器进行冷却，冷却后的臭氧又流入气体储罐中，实现气体的循环；最后将净化后的净化水通入分离装置实现光催化剂与水的分离。
本发明具有以下有益效果：
将聚光光伏发电和光催化水净化集成于一个装置中，在进行光催化水净化的同时对太阳能光伏板进行降温，能提高太阳能的利用率，聚光光伏发电能为整个系统提供电能，无需额外能耗；利用冷却的臭氧将污水带到污水箱中，然后污水箱中的污水通过自身重力流回光催化反应器中，实现污水循环；冷却的臭氧通入到光催化反应器中与污水进行直接接触换热，具有传热效率高的优点，能尽快降低污水的温度进而对太阳能光伏板进行降温，从而使太阳能光伏板在较低的温度下工作，工作效率高，使用寿命长；同时臭氧除了本身能提高光催化反应效率，臭氧气体的流动对污水具有一定的扰动作用，能防止光催化剂的沉降，使得光催化剂在污水中混合更加均匀，有利于提高光催化反应效率。因此，本发明同时具有光催化反应效率高，太阳能光伏板工作温度低、工作效率高，只需要一个气泵提供动力额外能耗低等优点。
附图说明
图1为本发明的一种集聚光光伏发电与光催化水净化于一体的太阳能利用装置的示意图；
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本申请作详细描述。
结合图1所示，本实施例的一种集聚光光伏发电与光催化水净化于一体的太阳能利用方法，将聚光光伏发电和光催化水净化装置集成于一个系统中，包括太阳能光伏板1、光催化反应器2、污水循环装置3、气体循环装置4；光催化反应器2由下盖板21、上盖板22、左侧板、右侧板、顶板24和底板23围成，下盖板21由导热性能高的材料制成并通过导热胶粘贴于太阳能光伏板1的背板上，其中太阳能光伏板1设置于光催化反应器2的下方，光催化反应器2的上盖板22面对太阳，太阳能光伏板1的斜下方设置聚光器11；上盖板22是由紫外光透过率高的材料制成，比如硼硅玻璃或石英玻璃等；底板23上分布多个进气口，顶板24上分布多个气液出口，左侧板和右侧板的靠近底部设有进水口；污水循环装置3包括污水箱31、水管34和气液分离器32，污水箱31底面设有多个气液入口，污水箱31顶面设有出气口，污水箱31两侧靠近底部设有两个出水口，污水箱31和光催化反应器2通过水管34相连通，污水箱31设于光催化反应器2上方，气液分离器32设于污水箱31上方，污水中混合有光催化剂，比如二氧化钛等；气体循环装置4包括通过气体管道47依次连接的单向阀41、冷却器42、阀门43、气体储罐44、气泵45、调节阀48、气体流量计46，出气口与第一单向阀41连接，气体流量计46通过气体管道47与进气口连接，其中气体为臭氧。
具体操作过程：首先调节太阳能光伏板1和聚光器11的角度，使得聚光器11将太阳光聚集到太阳能光伏板1上，此时光催化反应器2面对太阳；将需要净化的污水和光催化剂混合均匀后加入到污水箱31中，然后开启气泵45和阀门43，将冷却的臭氧通入到光催化反应器2中，臭氧气体的流量可以通过调节阀48进行调节，冷却的臭氧进入到光催化反应器2中，对污水产生强烈的扰动，冷却的臭氧与污水进行直接接触换热从而使污水冷却，进而通过导热性较好的下盖板21对太阳能光伏板1进行降温；污水的强烈扰动能防止光催化剂的沉降并促进了光催化剂在污水中的均匀分布，此时太阳光中的紫外光透过上盖板22照射在光催化剂上进行光催化反应，同时臭氧也能参与光催化反应，对光催化反应具有协同作用；流动的气体带动污水通过管道进入污水箱31中，污水箱31中的气液混合物通过气液分离器32实现气体和污水的分离，污水箱31中的污水通过重力作用又流回光催化反应器中，从而实现污水的循环；分离后的臭氧通过气体管道进入到气体循环装置4中，冷却器42对气体进行冷却，冷却后的气体流入气体储罐44中，实现气体的循环。最后将净化后的水通入分离装置实现光催化剂与水的分离。
太阳能光伏板1的背板分布有多个温度传感器，用于监测太阳能光伏板1背板的温度，当太阳能光伏板1背板的温度较高时，可以通过调节阀门增大冷却的臭氧气体的流量对太阳能光伏板1进行降温，为了实现对气体流量的自动控制，可设置与温度传感器和调节阀门电连接的控制器（未示出），控制器根据温度的变化自动控制调节阀48的开度来自动调节冷却气体的流量，从而将太阳能光伏板1的温度控制在较低的温度范围，比如太阳能光伏板温度不超过40℃。太阳能光伏板1与蓄电池连接，将太阳能光伏板1发的电储存到蓄电池中，并通过蓄电池为气泵提供电能，无需额外消耗电能。
以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实施结构并不局限于此。本领域的普通技术人员在本发明的实质范围内，做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种集聚光光伏发电与光催化水净化于一体的太阳能利用方法，实现该方法的装置包括太阳能光伏板、光催化反应器、污水循环装置、气体循环装置和聚光器，所述光催化反应器由导热性能高的下盖板、紫外光透过率高的上盖板、左侧板、右侧板、顶板和底板围成，所述光催化反应器通过所述下盖板粘贴到所述太阳能光伏板的背板上；所述底板上分布多个进气口，所述顶板上分布多个气液出口，所述左侧板和右侧板的靠近底部设有进水口；所述污水循环装置包括污水箱、水管和气液分离器，所述污水箱底面设有多个气液入口，所述污水箱顶面设有出气口，所述污水箱两侧靠近底部设有两个出水口，所述污水箱和所述光催化反应器通过水管相连通，所述污水箱设于所述光催化反应器上方，所述气液分离器设于所述污水箱上方；所述气体循环装置包括通过气体管道依次连接的单向阀、冷却器、阀门、气体储罐、气泵、调节阀和气体流量计，所述出气口与所述单向阀连接，所述调节阀与所述进气口连接；首先调节所述太阳能光伏板和所述聚光器的角度，使得所述聚光器将太阳光聚集到所述太阳能光伏板上，此时所述光催化反应器面对太阳；然后将需要净化的污水和光催化剂混合均匀后加入到污水箱中，并通过污水箱将污水通入光催化反应器，随后开启气泵和阀门，将冷却的臭氧通入到光催化反应器中，一方面冷却的臭氧与污水进行直接接触换热进而对太阳能光伏板降温，通过所述调节阀控制臭氧的流量来控制太阳能光伏板的背板温度并将该背板温度维持在40℃以下；另一方面一部分臭氧气体能参与光催化反应；然后流动的臭氧带动污水通过管道进入污水箱中形成气液混合物，所述气液混合物通过气液分离器实现臭氧和污水的分离，所述污水箱中的污水通过重力作用从所述出水口流回所述光催化反应器的所述进水口中，从而实现污水的循环；分离后的臭氧通过气体管道进入到所述气体循环装置中的冷却器进行冷却，冷却后的臭氧又流入气体储罐中，实现气体的循环；最后将净化后的水通入分离装置实现光催化剂与水的分离。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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