CN108400535A - 带有太阳能发电功能的户外配电箱 - Google Patents

带有太阳能发电功能的户外配电箱 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种带有太阳能发电功能的户外配电箱，包括配电箱本体，所述配电箱本体的顶面装置有散热条，其顶部侧面分别装置有挡板，挡板上装置有太阳能电池板；所述配电箱本体的底面两侧带有插板，底面的四个角处带有弧形插脚；所述太阳能电池板与所述配电箱本体内的用电器电连接；所述太阳能电池板为一种染料敏化太阳能电池，包括光阳极，所述光阳极包括Zn片基底、设于Zn片基底表面的ZnO/CuxO杂化核壳结构纳米线薄膜、以及设于纳米线薄膜之上的TiO2复合薄膜。

Description

带有太阳能发电功能的户外配电箱
技术领域
本发明涉及电力配电系统领域，尤其涉及一种带有太阳能发电功能的户外配电箱。
背景技术
配电箱是电力控制中心的统称，它是配电系统的末级设备。现有技术中，绝大多数的配电箱由铁皮制作而成，安装于户外时，需要承受太阳直射及雨水冲击。现有配电箱的缺点是散热效果不佳、功能单一、防雨效果不理想，其直接摆放在地面上，摆放不稳定。
发明内容
本发明旨在提供一种带有太阳能发电功能的户外配电箱，以解决上述提出问题。
本发明的实施例中提供了一种带有太阳能发电功能的户外配电箱，包括配电箱本体，所述配电箱本体的顶面装置有散热条，其顶部侧面分别装置有挡板，挡板上装置有太阳能电池板；所述配电箱本体的底面两侧带有插板，底面的四个角处带有弧形插脚；所述太阳能电池板与所述配电箱本体内的用电器电连接；所述太阳能电池板为一种染料敏化太阳能电池，包括光阳极，所述光阳极包括Zn片基底、设于Zn片基底表面的ZnO/CuxO杂化核壳结构纳米线薄膜、以及设于纳米线薄膜之上的TiO2复合薄膜。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本发明比较现有的配电箱，采用带太阳能电池板的挡板，一方面利用太阳能对配电箱内部用电器供电，节省能源，另一方面具有挡雨遮掩效果，与散热条相结合，提高配电箱的散热效果，从而延长其使用寿命；设置的插脚及插板，利于对其搬运并加强其与地面的连接。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1为本发明实施方式中所述户外配电箱的立体结构图。
其中：1、配电箱本体；2、散热条；3、挡板；4、太阳能电池板；5、观测窗；6、插板；7、弧形插脚。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
结合图1，本发明的实施例涉及一种带有太阳能发电功能的户外配电箱，包括配电箱本体1，配电箱本体1的顶面装置有散热条2，其顶部侧面分别装置有挡板3，挡板3上装置有太阳能电池板4，太阳能电池板4与配电箱本体1内的用电器电连接；
配电箱本体1的底面两侧带有插板6，底面的四个角处带有弧形插脚7，配电箱通过插板6及弧形插脚7加强与地面的连接。
为便于快速观察配电箱内部状况，配电箱本体1的侧面带有观测窗5。
本发明的采用箱盖可以有效地阻挡阳光对箱体的直射及能避免雨水残留，具有安全性好、使用寿命长的特点。通过设置散热槽提高了配电箱的散热效果。
进一步的，本发明上述所述的太阳能电池板4为一种染料敏化太阳能电池，染料敏化太阳能电池具有廉价、稳定、高效、容易制作的优点，具有非常广阔的发展前景。其中，染料敏化太阳能电池的光阳极结构对其光电转换效率有很大的影响，光阳极结构利用最多的是二氧化钛纳米薄膜。在现阶段，对染料敏化太阳能电池光阳极中的纳米材料结构的改进是一种提高然染料敏化太阳能电池光电转换的重要手段。光阳极结构的比表面积、电子传输性能以及光散射性能等因素与电池的光电转换效率有很大的关系，对光阳极结构的合理设计，可以使电池具有优秀的光电转换效率。
本实施方式对传统的光阳极进行了优化设计，该光阳极包括Zn片基底，设于Zn片基底表面的ZnO纳米线薄膜、以及设于ZnO纳米线薄膜之上的TiO2复合薄膜。在传统光阳极结构基础上，本实施方式中，通过采用Zn片作为基底，由于Zn片不透光，因此，安装时，将光阳极朝下，对电极朝上，这样太阳光需从对电极透过。通过采用上述结构，使得太阳光能够深入到Zn片基底且太阳光不能透过Zn片基底，此外，太阳光可以经光阳极中薄膜物质的散射或反射，散射光或反射光能够被染料或薄膜物质吸收进而利用，增大了对太阳光的利用效率，对于光电转换效率的提高起到意料不到的有益效果。
本方案采用Zn片、ZnO纳米线薄膜、TiO2复合薄膜的构造，这与传统的光阳极具有很大的不同，体现在：一方面，Zn片作为ZnO纳米线薄膜的承载体，与ZnO纳米线之间的电阻率较小，有利于电子的传输；另一方面，ZnO纳米线薄膜一方面可以提供电子传输的通道，另一方面，ZnO纳米线薄膜具有大的比表面积，能够使得其上的TiO2复合薄膜及染料渗透其中，增大了染料与TiO2复合薄膜的吸附面积。
上述Zn片取自购买，使用前，需要对其进行裁剪、清洗，清洗工作采用本领域中惯用手段即可，Zn片纯度在99.5％以上，然后采用水热法在Zn片表面生长ZnO纳米线薄膜。该ZnO纳米线薄膜中，ZnO纳米线的直径为120-150nm，ZnO纳米线的长度为15μm；经过实验，本方案中，采用纳米线直径为120-150nm取得了意料不到的有益效果，在该尺寸下，光电转换效率较佳。
优选的，该ZnO纳米线薄膜中，纳米线密度约为5.6×108根/m2。本实施方式中，通过在基底与TiO2复合薄膜之间设置纳米线薄膜，产生了意料不到的技术效果。
一种优选实施方式为，继续在ZnO纳米线表面杂化一层CuxO壳结构，使得其表现为ZnO/CuxO杂化核壳结构纳米线。具体为：配置醋酸铜的乙醇溶液30ml，使得醋酸铜浓度为0.13mol/L，然后向其中加入10ml的超纯水，搅拌均匀，再将生长有ZnO纳米线薄膜的Zn片放入，加入2ml的25wt.％氨水，之后将该混合溶液置于聚四氟乙烯反应釜中，在180℃下保温20h，自然冷却后，将Zn片取出，用无水乙醇洗涤5次，干燥后，在600℃下煅烧1h，得到ZnO/CuxO杂化核壳结构纳米线薄膜。
上述TiO2复合薄膜中包括TiO2纳米颗粒和NiFe2O4纳米粒子，其是将TiO2纳米颗粒与NiFe2O4纳米粒子混合制备成复合浆料，然后采用旋涂法将复合浆料涂覆在ZnO纳米线薄膜表面。该TiO2复合薄膜厚度优选为35μm。ZnO纳米线薄膜与TiO2复合薄膜的厚度的比例能够直接影响光电转换效率，起到了意料不到的技术效果。
具体的，该TiO2纳米颗粒取自购买，要求纯度在≥99.5％，粒径为40nm。
具体的，该NiFe2O4纳米粒子的直径为40nm，该NiFe2O4纳米粒子是通过水热法合成的：取20ml蒸馏水，将10g聚乙二醇和7g十二烷基苯磺酸铵溶于其中，将2mol的Fe(NO3)3·9H2O、1mol的Ni(NO3)2·6H2O加入其中，然后采用尿素调节其pH值为11.5，搅拌均匀后将混合液转入高压釜中，在270℃环境下保持反应20h，自然冷却、固液分离、洗涤、干燥后，在870℃下对固体物质煅烧10h，其中升温时间为400min，进而得到NiFe2O4纳米粒子。
优选地，TiO2纳米颗粒和NiFe2O4纳米粒子的质量比为10:13。
本实施方式通过创造性的采用NiFe2O4纳米粒子和TiO2纳米颗粒作为复合浆料，对光电转换效率的提高产生了意料不到的有益效果。
下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
实施例1
如下为本发明所述染料敏化太阳能电池中光阳极的制备步骤：
S1、对Zn片进行裁剪、清洗，清洗工作采用本领域中惯用手段即可；采用水热法在Zn片表面生长ZnO纳米线薄膜：配置含有0.04mol醋酸锌、0.06mol乙二醇胺和100ml无水乙醇的混合溶液，在室温下，将混合溶液磁力搅拌30min，然后在70℃的油浴锅中，对混合溶液磁力搅拌12h，得到ZnO种子层溶液；然后将Zn片缓慢浸入ZnO种子层溶液中，静置20s，缓慢拉出，保持提拉速度为0.05cm/s，将提拉出的Zn片放置在60℃的烘箱中烘干，然后将Zn片放入马弗炉中高温450℃退火2h，其中，马弗炉升高温度到450℃的升温时间为60min，使得Zn片表面覆有一层ZnO种子层；配置含有40mmol Zn(NO3)2·6H2O、40mmol六次甲基四胺和40mmol去离子水的混合溶液，然后向混合溶液中加入1ml的氨水，氨水质量浓度为30.48％，搅拌3h后，将混合溶液转移至高压釜内胆中；然后将上述覆有ZnO种子层的Zn片浸入高压釜内胆的混合溶液中，密封后，将高压釜置于90℃环境中，反应28h，反应完成后自然冷却降温，取出Zn片，用去例子水清洗3次，得到生长有ZnO纳米线薄膜的Zn片；
S2、将醋酸铜溶于乙醇中，得到30ml醋酸铜的乙醇溶液，其中，醋酸铜浓度为0.13mol/L，加入10ml的超纯水，搅拌均匀，再将上述带有ZnO纳米线薄膜的Zn片放入，然后加入25wt.％氨水，2ml，再将该混合溶液置于聚四氟乙烯反应釜中，加热到180℃，保温20h，自然冷却后，将Zn片取出，用无水乙醇洗涤5次，干燥后，在600℃下煅烧1h，得到ZnO/CuxO杂化核壳结构纳米线薄膜；
S3、取20ml蒸馏水，将10g聚乙二醇和7g十二烷基苯磺酸铵溶于其中，将2mol的Fe(NO3)3·9H2O、1mol的Ni(NO3)2·6H2O加入其中，然后采用尿素调节其pH值为11.5，搅拌均匀后将混合液转入高压釜中，在270℃环境下保持反应20h，自然冷却、固液分离、洗涤、干燥后，在870℃下对固体物质煅烧10h，其中升温时间为400min，进而得到NiFe2O4纳米粒子。
S4、将NiFe2O4纳米粒子与TiO2纳米颗粒混合均匀，形成复合浆料，使用旋涂法，将复合浆料旋涂到生长有ZnO/CuxO杂化核壳结构纳米线薄膜的Zn片表面，然后将Zn片置于马弗炉中，170℃下退火2h，然后反复旋涂几次，使得复合浆料层厚度为35μm，将Zn片放入马弗炉中，460℃煅烧20min、510℃煅烧2h，形成TiO2复合薄膜，然后，将Zn片浸入到0.05mM染料N-719的乙腈和叔丁醇混合溶液中，乙腈和叔丁醇体积比为1:1，停留24h，取出后晾干，得到所述的光阳极。
其中，对电极为分散有铂的FTO基底，将对电极切割成与光阳极相同的尺寸，并在所需的位置钻孔，然后清洗备用；将光阳极与对电极对置，在两电极之间注入电解液，共同组成一个三明治结构的电池，两电极之间进行封装；
其中，电解液应用碘/碘三负离子电解液，首先称取100ml的乙腈溶液，向其中加入0.1M的碘化锂，0.1M单质碘，0.6M 4-叔丁基吡啶和0.6M的四丁基碘化铵，避光超声5min，使其充分溶解；然后称取5g的所述Ag纳米颗粒，将其加入混合溶液中，充分混合。
实施例2
参照实施例1，不同之处在于，该TiO2复合薄膜厚度为20μm。
实施例3
参照实施例1，不同之处在于，该TiO2复合薄膜中没有NiFe2O4纳米粒子。
对上述得到的染料电池进行光电性能测试，测试是在模拟标准太阳光照射下进行的，在AM1.5的标准光源下，对所得染料敏化太阳能电池性能进行测试，主要是由测定电池的短路电流密度-开路电压来表现，结果如表1所示，记录参数有开路电压、短路电流、转换效率，从中可知，本发明技术方案得到的染料敏化太阳能电池具有较高的光电转换效率。
表1实施例1-3的太阳能电池的性能表征结果
本发明的户外配电箱，通过设置上述的染料敏化太阳能电池，其光电转换效率高，利用太阳能对配电箱内部用电器供电，节省能源，
以上所述仅为本发明的较佳方式，并不用以限制本发明，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 (9)

1.一种带有太阳能发电功能的户外配电箱，包括配电箱本体，其特征在于，所述配电箱本体的顶面装置有散热条，其顶部侧面分别装置有挡板，挡板上装置有太阳能电池板；所述配电箱本体的底面两侧带有插板，底面的四个角处带有弧形插脚；所述太阳能电池板与所述配电箱本体内的用电器电连接；所述太阳能电池板为一种染料敏化太阳能电池，包括光阳极，所述光阳极包括Zn片基底、设于Zn片基底表面的ZnO/CuxO杂化核壳结构纳米线薄膜、以及设于纳米线薄膜之上的TiO2复合薄膜。
2.根据权利要求1所述的户外配电箱，其特征在于，所述配电箱本体的侧面带有观测窗。
3.根据权利要求1所述的户外配电箱，其特征在于，所述ZnO/CuxO杂化核壳结构纳米线薄膜制备过程为：
S1、对Zn片进行裁剪、清洗，清洗工作采用本领域中惯用手段即可；采用水热法在Zn片表面生长ZnO纳米线薄膜：配置含有0.04mol醋酸锌、0.06mol乙二醇胺和100ml无水乙醇的混合溶液，在室温下，将混合溶液磁力搅拌30min，然后在70℃的油浴锅中，对混合溶液磁力搅拌12h，得到ZnO种子层溶液；然后将Zn片缓慢浸入ZnO种子层溶液中，静置20s，缓慢拉出，保持提拉速度为0.05cm/s，将提拉出的Zn片放置在60℃的烘箱中烘干，然后将Zn片放入马弗炉中高温450℃退火2h，其中，马弗炉升高温度到450℃的升温时间为60min，使得Zn片表面覆有一层ZnO种子层；配置含有40mmol Zn(NO3)2·6H2O、40mmol六次甲基四胺和40mmol去离子水的混合溶液，然后向混合溶液中加入1ml的氨水，氨水质量浓度为30.48％，搅拌3h后，将混合溶液转移至高压釜内胆中；然后将上述覆有ZnO种子层的Zn片浸入高压釜内胆的混合溶液中，密封后，将高压釜置于90℃环境中，反应28h，反应完成后自然冷却降温，取出Zn片，用去例子水清洗3次，得到生长有ZnO纳米线薄膜的Zn片；
S2、将醋酸铜溶于乙醇中，得到30ml醋酸铜的乙醇溶液，其中，醋酸铜浓度为0.13mol/L，加入10ml的超纯水，搅拌均匀，再将上述带有ZnO纳米线薄膜的Zn片放入，然后加入25wt.％氨水，2ml，再将该混合溶液置于聚四氟乙烯反应釜中，加热到180℃，保温20h，自然冷却后，将Zn片取出，用无水乙醇洗涤5次，干燥后，在600℃下煅烧1h，得到ZnO/CuxO杂化核壳结构纳米线薄膜。
4.根据权利要求3所述的户外配电箱，其特征在于，所述TiO2复合薄膜中包括TiO2纳米颗粒和NiFe2O4纳米粒子，其是将TiO2纳米颗粒与NiFe2O4纳米粒子混合制备成复合浆料，然后采用旋涂法将复合浆料涂覆在ZnO/CuxO杂化核壳结构纳米线薄膜表面：将NiFe2O4纳米粒子与TiO2纳米颗粒混合均匀，形成复合浆料，使用旋涂法，将复合浆料旋涂到生长有ZnO/CuxO杂化核壳结构纳米线薄膜的Zn片表面，然后将Zn片置于马弗炉中，170℃下退火2h，然后反复旋涂几次，使得复合浆料层厚度为35μm，将Zn片放入马弗炉中，460℃煅烧20min、510℃煅烧2h，形成TiO2复合薄膜。
5.根据权利要求4所述的户外配电箱，其特征在于，所述NiFe2O4纳米粒子是通过水热法合成的：取20ml蒸馏水，将10g聚乙二醇和7g十二烷基苯磺酸铵溶于其中，将2mol的Fe(NO3)3·9H2O、1mol的Ni(NO3)2·6H2O加入其中，然后采用尿素调节其pH值为11.5，搅拌均匀后将混合液转入高压釜中，在270℃环境下保持反应20h，自然冷却、固液分离、洗涤、干燥后，在870℃下对固体物质煅烧10h，其中升温时间为400min，进而得到NiFe2O4纳米粒子。
6.根据权利要求5所述的户外配电箱，其特征在于，所述NiFe2O4纳米粒子的直径为40nm。
7.根据权利要求4所述的户外配电箱，其特征在于，所述TiO2纳米颗粒粒径为40nm。
8.根据权利要求4所述的户外配电箱，其特征在于，所述TiO2复合薄膜厚度优选为35μm。
9.根据权利要求4所述的户外配电箱，其特征在于，所述TiO2纳米颗粒和NiFe2O4纳米粒子的质量比为10:13。
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戚中刚: "ZnO/Cu2O敏化太阳能电池的制备及其光电化学性能研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *

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