CN108339500A - 一种太阳能光催制氢和光伏发电的梯级利用装置和方法 - Google Patents
一种太阳能光催制氢和光伏发电的梯级利用装置和方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108339500A CN108339500A CN201810111780.5A CN201810111780A CN108339500A CN 108339500 A CN108339500 A CN 108339500A CN 201810111780 A CN201810111780 A CN 201810111780A CN 108339500 A CN108339500 A CN 108339500A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- photo catalysis
- catalysis reactor
- solar energy
- light
- urges
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 53
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 53
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 51
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 claims abstract description 66
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 claims abstract description 64
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 10
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 9
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 8
- RZVAJINKPMORJF-UHFFFAOYSA-N Acetaminophen Chemical compound CC(=O)NC1=CC=C(O)C=C1 RZVAJINKPMORJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000005297 pyrex Substances 0.000 claims description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N Triethanolamine Chemical compound OCCN(CCO)CCO GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 3
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 3
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 3
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 abstract 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 6
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010016275 Fear Diseases 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000007888 film coating Substances 0.000 description 1
- 238000009501 film coating Methods 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 description 1
- GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N hydron Chemical compound [H+] GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 description 1
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J19/12—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electromagnetic waves
- B01J19/122—Incoherent waves
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J7/00—Apparatus for generating gases
- B01J7/02—Apparatus for generating gases by wet methods
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/04—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of inorganic compounds, e.g. ammonia
- C01B3/042—Decomposition of water
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
- H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
- H02S40/20—Optical components
- H02S40/22—Light-reflecting or light-concentrating means
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/52—PV systems with concentrators
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
- Y02P20/133—Renewable energy sources, e.g. sunlight
Abstract
本发明公开了一种太阳能光催制氢和光伏发电能量梯级利用的装置和方法。该装置包括聚光器、光催化反应器、光导箱和光伏发电装置。聚光器设置在所述光催化反应器的一侧，使所述光催化反应器对着所述聚光器的侧面成为迎光面；所述光催化反应器的另一侧依次与光导箱和光伏发电装置平行连接；所述光催化反应器为透光反应容器；所述光导箱内层敷设反光膜；所述光伏发电装置包括若干组太阳能电池板。太阳光首先通过聚光器汇聚到光催化反应器进行光催化反应产生可燃气体产物，而透过光催化反应器的太阳光光线由光导箱内的反光膜重新汇聚并反射到光伏发电装置，通过光伏发电装置的太阳能电池板发电。本发明充分利用了太阳能全波段的能量，太阳能的利用效率高。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能利用领域，尤其涉及一种利用太阳能同时进行光催制氢和光伏发电的联合系统，可实现不同频段太阳能的梯级利用。
背景技术
能源是人类发展生存的根本保证，随着经济的发展、人口增长，能源的消耗量与日剧增，化石能源面临枯竭。做一个简单的猜测：地球直径12000km，表面积为4.52×1014m2，假设地球表面都都覆盖着8m厚的厚煤层，则地球的煤炭储量约为4.34×1015t。目前，每年全球约消耗200亿吨煤炭，则基于此假设情景的煤炭尚可供人类消耗21万年。如果不是8m厚煤层，只是1m厚的薄煤层，则减少为2.7万年；如果再假设海洋内的煤层无法开采，则进一步减少为7800年；再考虑其他折减因素，就可能减少到1000年以内！从以上的估算可以看出，化石能源的大量开发和利用，不可逆转地使之终将枯竭。事实上，据2012年BP能源统计，按照储采比R/P估算，全世界的天然气只还够利用56年，石油还只够利用53年，煤炭还可以利用110年。不管是否是杞人忧天，解决能源危机问题的确迫在眉睫！
要解决未来人类的能源利用问题就要大力发展新能源、清洁能源，用新能源替代旧能源是必然趋势。太阳能以其独特的储量“无限性”、存在的普遍性、开发利用的清洁性，在未来的能源结构中占有重要之地。我国陆地每年接收的太阳辐射总量相当于2.4×104亿吨标准煤，约相当于为我国年均能源消耗的600倍，即只要有1/600的太阳能被利用起来，就可以解决我国的能源供给问题。开发太阳能是“百年大计、千年大计”。太阳能供热、光热发电、光催制氢、光伏发电等都是利用太阳能的可选途径。
光催化分解水制氢的原理是在一定能量光的照射下,催化剂受到激发产生电子和空穴对。电子和空穴对迁移到催化剂表面，其中电子和水反应制氢，而空穴被体系中所加的适当的牺牲剂所消耗。目前关于光催化制氢的研究主要集中在：开发先进的太阳能聚光技术、高效的光催化反应器。中国专利CN1817789A公布了一种双床光催化分解水产氢系统，利用制氢反应床和空穴牺牲剂再生床，实现长时间连续温度光催分解水产氢。中国专利CN101033058A公开了一种利用聚光太阳能催化制氢的系统，可以提高反应强度。中国专利CN104760932A公布了一种光催化分解水制氢装置，采用流态化催化反应器，以提高利用率。
尽管人们在设法提高光催化水解制氢的效率，但是一个事实常被人们忽视，即：并非太阳光谱的全波段都具有光催作用，太阳能中能够光催制氢的能量只占太阳能光谱的一部分。在光催制氢系统中残余的太阳光谱能如何利用，值得重视。太阳能光伏发电提供了一种光催制氢后残余太阳能的利用途径。
光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结内建电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。中国专利CN106449820A公布了一种光伏组件和光伏发点系统，通过覆膜技术减少颗粒在光伏组件上的沉积并反射中远红外线，抑制温升，增加光伏发电量。中国专利CN107104461A公布了一种光伏发电系统，可以输出高电压的电能。中国专利CN107070381A公布了一种光伏发电装置，受光面可翻转，提高了太阳能的利用率。
通过检索，在太阳能光催制氢和太阳能光伏发电领域均有各自提高能量利用率的专利公布，但没有检索到将太阳能光催制氢和太阳能光伏发电组合的文献报导。
发明内容
本发明旨在提供一种太阳能梯级综合利用的装置及方法，充分考虑太阳能利用的频谱特性，将工作在紫外区域的光催制氢和工作在可见光、红外区域的光伏发电结合起来，尽最大可能的利用太阳能。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种太阳能光催制氢和光伏发电梯级利用装置，包括聚光器、光催化反应器、光导箱和光伏发电装置；所述聚光器设置在所述光催化反应器的一侧，使所述光催化反应器对着所述聚光器的侧面成为迎光面；所述光催化反应器的另一侧依次与光导箱和光伏发电装置平行连接；所述光催化反应器为透光反应容器；所述光导箱内层敷设反光膜；所述光伏发电装置包括若干组太阳能电池板。
上述技术方案中，所述光催化反应器上部连接有加液阀，底部设置有放液阀。
上述技术方案中，所述装置还包括储氢装置，所述光催化反应器顶部设置管道与储氢装置相连，所述管道上设置有氢气阀。
上述技术方案中，所述光催化反应器为扁平矩形，其壁面材料选用石英玻璃或Pyrex(派热克斯)玻璃，所述光催化反应器容器内从光催化反应器的迎光面到其对面的最小距离为光催化反应器净深度d，d为2～10cm，光催化反应器容器的净宽度a为其迎光面两侧两个立面的最小距离，净宽度a为与净高度b的比值a/b＝0.25～4。
上述技术方案中，所述聚光器选用槽式聚光器。
作为一种改进的技术方案，所述光导箱为矩形箱壳；所述光导箱的上部和下部设置有连通的对流孔。
上述技术方案中，所述装置还包括用电装置和储电装置，所述用电装置和储电装置并联设置在所述光伏发电装置之后。
一种太阳能光催制氢和光伏发电的梯级利用方法，采用如上所述的一种太阳能光催制氢和光伏发电的梯级利用装置，所述方法包括：
打开加液阀，向光催化反应器中注入水、光催化剂和牺牲剂混合液，至液位高度h2后关闭加液阀；
将太阳光通过聚光器汇聚到光催化反应器；
待光催化反应器中反应生成气体产物，将气体产物排出；将光催化反应器中催化反应后的废液通过放液阀排出；
光导箱内的反光膜将透过光催化反应器的太阳光光线汇聚并反射到光伏发电装置，通过光伏发电装置的太阳能电池板发电。
上述技术方案中，所述光催化剂选用纳米级粒度的TiO2，所述牺牲剂选用甲醇、乙醇或三乙醇胺中的一种或多种混合物，所述牺牲剂在水溶液中的体积浓度为10％-35％。
上述技术方案中，所述光催化反应器的液位高度h2与其净高度b的比值为2/3～4/5。
本发明具有以下优点及突出性效果：①一套系统可同时制氢和发电，具有多功能；②充分利用了太阳能全波段的能量，太阳能的利用效率高。
附图说明
图1为本发明所涉及的一种太阳能光催制氢和光伏发电的梯级利用装置示意图。
图2为本发明所涉及的光催化反应器侧面示意图。
图3为本发明所涉及的光催化反应器A向示意图。
图4为本发明所涉及的光导箱示意图。
图中：1－聚光器；2－加液阀；3－储氢装置；4－氢气阀；5－光导箱；6－用电装置；7－光伏发电装置；8－放液阀；9－光催化反应器；10－反光膜；11－对流孔；12－储电装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式及工作过程作进一步的说明。
本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。
如图1所示，一种太阳能光催制氢和光伏发电梯级利用装置，包括聚光器1、光催化反应器9、光导箱5和光伏发电装置7。聚光器1设置在光催化反应器9的一侧，使光催化反应器9对着聚光器1的侧面成为迎光面。光催化反应器9的另一侧依次与光导箱5和光伏发电装置7平行连接。
光催化反应器9为透光反应容器。优选方案是，光催化反应器9为扁平矩形，其壁面材料选用石英玻璃或Pyrex(派热克斯)玻璃。光催化反应器容器内从光催化反应器的迎光面到其对面的最小距离为光催化反应器净深度d，光催化反应器容器的净宽度a为其迎光面两侧两个立面的最小距离。光催化反应器9容器内净深度d为2～10cm，净宽度a为与净高度b的比值a/b＝0.25～4。
光催化反应器9上部连接有加液阀2，底部设置有放液阀8。本发明所涉及的装置还包括储氢装置3，光催化反应器9顶部设置管道与储氢装置3相连，管道上设置有氢气阀4。
光导箱5内层敷设反光膜10。当光线透过光催化反应器9后会出现散射和漫射，光导箱5内的反光膜10能够将散色光和漫射光重新聚集射向光伏发电装置7。光导箱5为矩形箱壳。光导箱5的上部和下部设置有连通的对流孔11，这样空气在光导箱内可以形成对流，有利于光伏发电装置元器件的散热。
光伏发电装置7包括若干组太阳能电池板，根据需要设置其组数。光伏发电装置7后并联设置有用电装置6和储电装置12，这样可以在用电谷底时把电能存储起来，等用户用电量大时再释放出来。
当光催化反应器9、光导箱5和光伏发电装置7均为矩形结构设置时，能够依次平行套接。
聚光器1选用槽式聚光器。
本发明实施方式的原理如下：
太阳电磁辐射中99.9％的能量集中在红外区、可见光区和紫外区。太阳辐射主要集中在可见光部分(400～760nm)，波长大于可见光的红外线(>760nm)和小于可见光的紫外线(<400nm)的部分少。在全部辐射能中，波长在150～4000nm之间的占99％以上，且主要分布在可见光区和红、紫外区，可见光区占太阳辐射总能量的约50％，红外区占约43％，紫外区占总量的约7％。在地面上接收到的太阳辐射的波段范围大约为295～2500nm。短于295nm和大于2500nm波长的太阳辐射，因地球大气中臭氧、水气和其他大气分子的强烈吸收，不能到达地面。
在光催制氢方面，半导体TiO2及过渡金属氧化物、层状金属化合物等，能在一定的光照条件下，催化分解水，从而产生氢气。在光催反应中，细小的光半导体颗粒可以被看作是一个个微电极悬浮在水中，他们像光阳极一样在起作用，水分解成氢气和氧气的反应同时发生。当小于387nm的紫外光照射到TiO2时，价带上电子吸收能量后发生跃迁到导带，在价带和导带分别产生了空穴与电子，吸附在TiO2的水分子被氧化性很强的空穴氧化成为氧气，同时产生的氢离子在电解液中迁移后被电子还原成为氢气。
在光伏发电方面，太阳能光伏电池主要是吸收可见光，还可以吸收一部分红外波段的光，一般吸收波段是300nm到1100nm，紫外线对太阳能电池是有害的，能加速太阳能电池的老化，降低其转化效率。
在太阳能利用方面，由于太阳能光催制氢和光伏发电利用的频率不同，因而可以组合起来。光伏发电不需要紫外线，而光催制氢恰好需要紫外线，能将光伏发电和光催制氢组合起来，则实现了梯级利用。
一种太阳能光催制氢和光伏发电的梯级利用方法，采用如上所述的一种太阳能光催制氢和光伏发电的梯级利用装置，所述方法包括：
打开加液阀2，向光催化反应器9中注入水、光催化剂和牺牲剂混合液，至液位高度h2后关闭加液阀2；
将太阳光通过聚光器1汇聚到光催化反应器9；
待光催化反应器9中反应生成气体产物，气体产物以氢气为主；打开氢气阀4将含氢气的气体产物通入储氢装置3存储；将光催化反应器9中催化反应后的废液通过放液阀8排出；
光导箱5内的反光膜10将透过光催化反应器9的太阳光光线汇聚并反射到光伏发电装置7，通过光伏发电装置7的太阳能电池板发电。
所述光催化剂为纳米级粒度的TiO2，所述牺牲剂为甲醇、乙醇或三乙醇胺中的一种或多种混合物，所述牺牲剂在水溶液中的体积浓度为10％-35％。
所述光催化反应器9的液位高度h2与其净高度b的比值为2/3～4/5。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种太阳能光催制氢和光伏发电梯级利用装置，其特征在于，所述装置包括聚光器(1)、光催化反应器(9)、光导箱(5)和光伏发电装置(7)；所述聚光器(1)设置在所述光催化反应器(9)的一侧，使所述光催化反应器(9)对着所述聚光器(1)的侧面成为迎光面；所述光催化反应器(9)的另一侧依次与光导箱(5)和光伏发电装置(7)平行连接；所述光催化反应器(9)为透光反应容器；所述光导箱(5)内层敷设反光膜(10)；所述光伏发电装置(7)包括若干组太阳能电池板。
2.按照权利要求1所述的一种太阳能光催制氢和光伏发电梯级利用装置，其特征在于：所述光催化反应器(9)上部连接有加液阀(2)，底部设置有放液阀(8)。
3.按照权利要求1所述的一种太阳能光催制氢和光伏发电梯级利用装置，其特征在于：所述装置还包括储氢装置(3)，所述光催化反应器(9)顶部设置管道与储氢装置(3)相连，所述管道上设置有氢气阀(4)。
4.按照权利要求1至3任一项所述的一种太阳能光催制氢和光伏发电的级利用装置，其特征在于：所述光催化反应器(9)为扁平矩形，其壁面材料选用石英玻璃或Pyrex(派热克斯)玻璃，所述光催化反应器(9)容器内净深度d为2～10cm，净宽度a为与净高度b的比值a/b＝0.25～4。
5.按照权利要求1所述的一种太阳能光催制氢和光伏发电梯级利用装置，其特征在于：所述聚光器(1)选用槽式聚光器。
6.按照权利要求1所述的一种太阳能光催制氢和光伏发电梯级利用装置，其特征在于：所述光导箱(5)为矩形箱壳；所述光导箱(5)的上部和下部设置有连通的对流孔(11)。
7.按照权利要求1所述的一种太阳能光催制氢和光伏发电梯级利用装置，其特征在于：所述装置还包括用电装置(6)和储电装置(12)，所述用电装置(6)和储电装置(12)并联设置在所述光伏发电装置(7)之后。
8.一种太阳能光催制氢和光伏发电的梯级利用方法，其采用如权利要求1所述的一种太阳能光催制氢和光伏发电的梯级利用装置，其特征在于：所述方法包括
向光催化反应器(9)中注入水、光催化剂和牺牲剂混合液，至液位高度h2；
将太阳光通过聚光器(1)汇聚到光催化反应器(9)；
待光催化反应器(9)中反应生成气体产物，将气体产物收集存储；将光催化反应器(9)中催化反应后的废液排出；
光导箱(5)内的反光膜(10)将透过光催化反应器(9)的太阳光光线汇聚并反射到光伏发电装置(7)，通过光伏发电装置(7)的太阳能电池板发电。
9.按照权利要求8所述的一种太阳能光催制氢和光伏发电的梯级利用方法，其特征在于：所述光催化剂选用纳米级TiO2，所述牺牲剂选用甲醇、乙醇或三乙醇胺中的一种或多种混合物，所述牺牲剂在水溶液中的体积浓度为10％～35％。
10.按照权利要求8所述的一种太阳能光催制氢和光伏发电的梯级利用方法，其特征在于：所述光催化反应器(9)的液位高度h2与其净高度b的比值为2/3～4/5。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810111780.5A CN108339500A (zh) | 2018-02-05 | 2018-02-05 | 一种太阳能光催制氢和光伏发电的梯级利用装置和方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810111780.5A CN108339500A (zh) | 2018-02-05 | 2018-02-05 | 一种太阳能光催制氢和光伏发电的梯级利用装置和方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108339500A true CN108339500A (zh) | 2018-07-31 |
Family
ID=62959715
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810111780.5A Pending CN108339500A (zh) | 2018-02-05 | 2018-02-05 | 一种太阳能光催制氢和光伏发电的梯级利用装置和方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108339500A (zh) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109179564A (zh) * | 2018-10-17 | 2019-01-11 | 江苏大学 | 一种自供能式光催化降解污水系统 |
| CN111137854A (zh) * | 2020-01-16 | 2020-05-12 | 江西理工大学 | 一种用于光催化产氢的设备 |
| WO2020221599A1 (fr) * | 2019-05-02 | 2020-11-05 | IFP Energies Nouvelles | Procede de production photocatalytique de dihydrogene en presence d'un champ electrique externe |
| CN113074359A (zh) * | 2021-03-05 | 2021-07-06 | 西安交通大学 | 基于直接太阳能梯级利用的聚光光热电耦合制氢反应系统 |
| CN113952908A (zh) * | 2021-10-08 | 2022-01-21 | 浙江高晟光热发电技术研究院有限公司 | 一种光催化制氢装置及制氢系统 |
| CN114349100A (zh) * | 2021-12-30 | 2022-04-15 | 杭州电子科技大学 | 一种太阳能制氢-发电-海水淡化联产的装置及方法 |
| CN114534666A (zh) * | 2022-02-23 | 2022-05-27 | 中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司 | 一种连续光催化制氢反应装置及其制氢方法 |
| CN114873559A (zh) * | 2022-04-25 | 2022-08-09 | 西安交通大学 | 一种光伏发电耦合光催化制氢系统 |
| CN115744819A (zh) * | 2022-11-01 | 2023-03-07 | 中国科学技术大学 | 太阳能分频光催化、光伏光热与电催化多联产的制氢系统 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101795099A (zh) * | 2010-03-24 | 2010-08-04 | 武汉大学 | 一种太阳能发电系统 |
| CN103708577A (zh) * | 2013-12-23 | 2014-04-09 | 江苏大学 | 一种聚光太阳能光伏发电和水净化综合利用系统 |
| CN203904024U (zh) * | 2013-12-23 | 2014-10-29 | 江苏大学 | 一种聚光太阳能光伏发电和水净化综合利用系统 |
| CN107021543A (zh) * | 2017-05-08 | 2017-08-08 | 东北大学秦皇岛分校 | 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 |
| CN107043149A (zh) * | 2017-05-08 | 2017-08-15 | 东北大学秦皇岛分校 | 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系统 |
-
2018
- 2018-02-05 CN CN201810111780.5A patent/CN108339500A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101795099A (zh) * | 2010-03-24 | 2010-08-04 | 武汉大学 | 一种太阳能发电系统 |
| CN103708577A (zh) * | 2013-12-23 | 2014-04-09 | 江苏大学 | 一种聚光太阳能光伏发电和水净化综合利用系统 |
| CN203904024U (zh) * | 2013-12-23 | 2014-10-29 | 江苏大学 | 一种聚光太阳能光伏发电和水净化综合利用系统 |
| CN107021543A (zh) * | 2017-05-08 | 2017-08-08 | 东北大学秦皇岛分校 | 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 |
| CN107043149A (zh) * | 2017-05-08 | 2017-08-15 | 东北大学秦皇岛分校 | 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系统 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 王臻: "基于光伏-光催化混合水处理系统的实验研究", 《万方学位论文》 * |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109179564A (zh) * | 2018-10-17 | 2019-01-11 | 江苏大学 | 一种自供能式光催化降解污水系统 |
| WO2020221599A1 (fr) * | 2019-05-02 | 2020-11-05 | IFP Energies Nouvelles | Procede de production photocatalytique de dihydrogene en presence d'un champ electrique externe |
| FR3095599A1 (fr) * | 2019-05-02 | 2020-11-06 | IFP Energies Nouvelles | Procede de production photocatalytique de dihydrogene en presence d’un champ electrique externe |
| CN111137854A (zh) * | 2020-01-16 | 2020-05-12 | 江西理工大学 | 一种用于光催化产氢的设备 |
| CN111137854B (zh) * | 2020-01-16 | 2024-02-20 | 江西理工大学 | 一种用于光催化产氢的设备 |
| CN113074359A (zh) * | 2021-03-05 | 2021-07-06 | 西安交通大学 | 基于直接太阳能梯级利用的聚光光热电耦合制氢反应系统 |
| CN113952908B (zh) * | 2021-10-08 | 2023-12-05 | 浙江高晟光热发电技术研究院有限公司 | 一种光催化制氢装置及制氢系统 |
| CN113952908A (zh) * | 2021-10-08 | 2022-01-21 | 浙江高晟光热发电技术研究院有限公司 | 一种光催化制氢装置及制氢系统 |
| CN114349100A (zh) * | 2021-12-30 | 2022-04-15 | 杭州电子科技大学 | 一种太阳能制氢-发电-海水淡化联产的装置及方法 |
| CN114534666A (zh) * | 2022-02-23 | 2022-05-27 | 中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司 | 一种连续光催化制氢反应装置及其制氢方法 |
| CN114873559A (zh) * | 2022-04-25 | 2022-08-09 | 西安交通大学 | 一种光伏发电耦合光催化制氢系统 |
| CN114873559B (zh) * | 2022-04-25 | 2024-03-29 | 西安交通大学 | 一种光伏发电耦合光催化制氢系统 |
| CN115744819A (zh) * | 2022-11-01 | 2023-03-07 | 中国科学技术大学 | 太阳能分频光催化、光伏光热与电催化多联产的制氢系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108339500A (zh) | 一种太阳能光催制氢和光伏发电的梯级利用装置和方法 | |
| TWI525874B (zh) | 化學反應裝置 | |
| CN104617863B (zh) | 基于透镜聚光原理的光伏‑光催化复合系统 | |
| CN104383950B (zh) | 一种Bi2O3-BiOI异质结可见光响应型光催化剂及其制备方法 | |
| CN107935104A (zh) | 太阳能光催化反应器及具有该装置的光催化水处理系统 | |
| CN113074359B (zh) | 基于直接太阳能梯级利用的聚光光热电耦合制氢反应系统 | |
| Acar et al. | Evaluation of a new continuous type hybrid photo-electrochemical system | |
| JP2007528935A (ja) | 水素を直接発生し、収集するための光電池 | |
| CN104941666A (zh) | 一种可见光响应的立方闪锌矿结构的CdxZn1-xS固溶体光催化剂的制备方法 | |
| Zhang et al. | Proposal of a novel modular photo-thermo-reactor system for cascaded hydrogen production from methanol steam reforming | |
| CN114941149A (zh) | 一种基于太阳光热及光电催化集成水解制氢装置 | |
| Essahili et al. | Overview of advanced research in luminescent solar concentrators for green hydrogen production | |
| CN111151200B (zh) | 一种基于透光透气聚热反应室的太阳能腔式反应器 | |
| CN102774810B (zh) | 利用太阳光直接分解水制氢的反应装置 | |
| CN106374815B (zh) | 基于纳米催化剂的太阳能光伏-热化学复合装置及发电系统 | |
| Ma et al. | Solar-driven methanol steam reforming for low carbon and efficient hydrogen production: A review | |
| Bhanawat et al. | Light transfer through bubble-filled electrolyte for solar water splitting | |
| US20120064420A1 (en) | Power generation system | |
| CN210122302U (zh) | 一种新能源防爆储存罐 | |
| Tian et al. | Harnessing complex photonic systems for renewable energy | |
| CN110526331A (zh) | 一种三维网状光电复合催化反应器 | |
| JP2011105534A (ja) | 内燃機関及び燃料電池用水素供給装置 | |
| CN213011952U (zh) | 一种光控型制氢器 | |
| CN216531185U (zh) | 一种防生物附着的太阳能电池板和水下滑翔机 | |
| CN115744819A (zh) | 太阳能分频光催化、光伏光热与电催化多联产的制氢系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180731 |