CN108622985B - 污水治理和发电复用的光伏组件及治理污水的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污水治理和发电复用的光伏组件，包括：光伏太阳电池板(1)、高透光耐候前温控板(2)、漂浮边框(3)和定量恒温水处理装置(4)，所述高透光耐候前温控板(2)、所述光伏太阳电池板(1)和所述定量恒温水处理装置(4)从上至下依次嵌装在四周所述漂浮边框(3)之间，所述光伏组件可漂浮于水面上；所述定量恒温水处理装置(4)包括外壳(41)，安装在所述外壳(41)内的阳极(42)和阴极(43)，所述阳极(42)上设置有非导电催化剂载体(44)，所述非导电催化剂载体(44)表面覆盖有CWPO反应催化剂(45)。以及一种光伏组件治理污水的方法。本发明的这种光伏组件通过在被污染的水体表面搭建光伏电站，充分利用的水体表面区域发电并且同时治理被有机物污染的水体。

Description

污水治理和发电复用的光伏组件及治理污水的方法

技术领域

本发明涉及光伏发电以及水污染治理复合用技术领域，特别涉及一种污水治理和发电复用的光伏组件，以及该光伏组件治理污水的方法。

背景技术

随着我国工业的发展和人们生活水平的提高，各种工业化工原料、农药等有机制剂的大肆应用，工业、农业和生活的污染物排放日益增多，被严重污染的污水被排入水体后，导致地表水体和地下水体被严重污染，致使可利用的水资源日益减少。据资料显示，全国10％的地表水丧失了水体使用功能，24.6％的湖泊呈富营养化状态，这些已经严重影响到了人民的生活以及心身健康。被污染水体的治理目前有两种，一任其自然恢复，二是花费巨大人、物和时间进行污染治理。两种治理方式存在时间长或耗费巨大的问题。

太阳能光伏发电是全球重点推行的绿色能源，但是利用常规光伏组件建设的光伏电站需要大量的受光面积，建设过程中常有农田，耕地，林田等占用问题出现，一定程度上约束了光伏发电清洁能源的发展。但是广大需要进行污水治理的江河湖面上，具有大面积的太阳能发电受光面积。

目前，既利用太阳能光伏发电、又能够充分治理污水的设备装置，还没有成熟可信任的方案。中国发明专利申请201711498574.6公开了一种河道水污染治理用生态浮岛，其具体是通过安装桩体、横板、船锚和外套浮体，使得在使用生态浮岛时，将桩体插到河道离离岸边较远的位置，就能有效的避免生态浮岛被人为破坏，利用桩体和船锚将生态浮岛牢固地固定在一个位置，替代了用绳索固定生态浮岛的方式，有效防止因绳索容易断裂导致生态浮岛被水冲走所带来的损失。同时，在定植底座的顶端中央位置处安装有蓄电池，蓄电池两侧的定植底座顶端皆通过安装架安装有太阳能电池板，且太阳能电池板通过光伏控制器与蓄电池的输入端电连接，鼓风机的电输入端通过导线与蓄电池的电输出端电连接。该专利申请仅利用了光伏组件的光电转换能力作为一种电力能源，所产生的电能仅供生态浮岛自用，且是一种污染治理的辅助手段，利用率有限。

鉴于此，克服上述现有技术所存在的缺陷，发明一种可以在被污染的水体表面搭建光伏电站，充分利用的水体表面区域发电并且同时治理有机物污染的水体的设备，是本领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种污水治理和发电复用的光伏组件，以及该光伏组件治理污水的方法，可以在被污染的水体表面搭建光伏电站，充分利用的水体表面区域并且同时治理有机物污染的水体。为了解决上述问题，本发明提供的技术方案如下：

本发明的一种污水治理和发电复用的光伏组件，所述光伏组件包括：光伏太阳电池板、高透光耐候前温控板、漂浮边框和定量恒温水处理装置，所述高透光耐候前温控板、所述光伏太阳电池板和所述定量恒温水处理装置从上至下依次嵌装在四周所述漂浮边框之间，所述光伏组件可漂浮于水面上；所述定量恒温水处理装置包括外壳，安装在所述外壳内的阳极和阴极，所述阳极上设置有非导电催化剂载体，所述非导电催化剂载体表面覆盖有CWPO反应催化剂。其中，CWPO是催化湿式过氧化氢氧化的英文缩写，CWPO作为一项较为安全、简单、高效和有发展前景的有机污染物消减技术，广泛应用于各种有机废水处理中。其中，定量恒温水处理装置可以根据催化湿式过氧化氢氧化技术(CWPO)需要的最佳催化温度，恒定水流速率从而保证CWPO催化剂处于最佳工作环境，大大拓展了催化剂应用环境；同时，定量恒温水处理装置可以调整光伏组件的核心结构温度，在一定程度上大幅降低光伏组件工作温度从而达到提高光伏组件发电效率作用。

本发明的污水治理和发电复用的光伏组件，与现有技术中的污水治理装置或者太阳能光伏发电装置相比，利用光伏组件光电转换过程中产生的电、热能量，结合定量恒温污水处理结构营造了一种适合催化湿式过氧化氢氧化技术(CWPO)的环境，提供了一种利用污染水体区域进行光伏发电和污染水体治理的光伏组件。常规光伏组件是将太阳光转换成电能的一种设备。通常情况下，光伏组件的发电效率比较低，目前一般光电转换水平不到20％，这就导致在土地使用越来越紧张的地方发展光伏发电的绿色清洁能源会受到极大的制约。另一方面，光伏组件转换效率偏低，光在转换为电能同时，还有一部分被转换成热能，热能或者通过对流或辐射散发到空气中，从而导致该区域的大气温度升高，也导致光伏组件核心温度升高，又进一步导致发电效率下降。本发明的这种光伏组件可以在被污染的水体表面搭建光伏电站，充分利用的水体表面区域并且同时治理有机物污染的水体。从而拓展了光伏组件发电需要的受光区域问题，同时一定程度上降低了光伏组件核心温度而提高了发电效率，更在发电同时完成了污染水体的人工治理工作。

作为本发明上述污水治理和发电复用的光伏组件的改进，所述漂浮边框采用高强度轻质材料挤压成型，所述漂浮边框具有内部空腔，所述内部空腔内填充有超轻质填充料。进一步地，所述漂浮边框从上至下设置有多个所述内部空腔，每一个所述内部空腔内填充有不同的所述超轻质填充料，下部所述超轻质填充料的密度依次大于上部所述超轻质填充料的密度。其中，一种或/和多种所述超轻质填充料的密度小于或者等于0.3g/cm³。且这些超轻质填充料应当具有耐水解耐高温老化的性质。

这样，漂浮边框采用高强度轻质材料挤压成型，使得漂浮边框既具有较高的强度，又具有整体性。在漂浮边框设置内部空腔，并在内部空腔内填充超轻质填充料，使得漂浮边框以及整个光伏组件能够漂浮在水面上而不会被沉到水底。在漂浮边框从上至下设置有多个内部空腔，每一个内部空腔内填充有不同的超轻质填充料，下部超轻质填充料的密度依次大于上部超轻质填充料的密度，这就使得整个光伏组件的下部较重、上部较轻，从而漂浮在水中的稳定性更好。

作为本发明上述污水治理和发电复用的光伏组件进一步的改进，所述漂浮边框的上部开设有光伏太阳电池板安装槽和高透光耐候前温控板安装槽，所述漂浮边框的下部开设有定量恒温水处理装置固定槽；所述光伏太阳电池板通过四周所述漂浮边框上部对应的所述光伏太阳电池板安装槽嵌装在所述漂浮边框上，所述高透光耐候前温控板通过四周所述漂浮边框上部对应的所述高透光耐候前温控板安装槽嵌装在所述漂浮边框上；所述定量恒温水处理装置通过四周所述漂浮边框下部对应的所述定量恒温水处理装置固定槽嵌装在所述漂浮边框上。其中，四周的漂浮边框可以是一个整体的环形边框，也可以是由多个边框组合而成的，或者是该光伏组件包括多块漂浮边框，多块漂浮边框紧挨着或者间距地安装在光伏太阳电池板、高透光耐候前温控板以及定量恒温水处理装置的四周。漂浮边框为整体的环形边框则有利于提高整个光伏组件的整体性、稳定性和抵御水流强度；漂浮边框为多块边框组合则有利于安装的便捷性，更换的灵活性。

进一步地，所述光伏太阳电池板安装槽与所述高透光耐候前温控板安装槽之间设置有间距调节块，通过所述间距调节块可以调节所述光伏太阳电池板和所述高透光耐候前温控板之间的间距。这样，通过调节光伏太阳电池板和高透光耐候前温控板之间的距离，可以获得不同环境下合适的温度，以便于定量恒温水处理装置恒定处理温度。

作为本发明上述污水治理和发电复用的光伏组件再进一步的改进，所述外壳为绝缘外壳，所述阳极与所述阴极在所述外壳内相互交错穿插设置，但所述阳极与所述阴极不相交。进一步地，所述非导电催化剂载体为平板瓦楞状结构，所述非导电催化剂载体采用耐水解耐氧化非闭合多孔发泡复合聚合物材料制作而成。

进一步地，本发明的光伏组件还包括总控制器；所述定量恒温水处理装置包括温度控制模块、电解控制模块和电解储能器，所述总控制器与所述温度控制模块以及所述电解控制模块电路控制相连，所述电解控制模块与所述电解储能器电路控制相连；所述温度控制模块监控所述定量恒温水处理装置内部污水温度，并通过所述定量恒温水处理装置内部污水与外部污水循环来调节所述定量恒温水处理装置内部污水温度；所述电解控制模块控制所述电解储能器循环充电以及控制所述电解储能器放电使所述定量恒温水处理装置的阳极附近形成氧化性环境。

本发明的光伏组件的工作原理如下：

光伏太阳电池板接受阳光照射发出电能，经总控制器后，大部分电能直接输出到外部电网，如国家电网或者某个局部使用电网；一小部分电能供定量恒温水处理装置的温度控制模块正常工作，并为后续温度控制水循环供能；再一小部分电能供定量恒温水处理装置的电解控制模块正常工作，并为电解储能器充能，电解储能器充电后由电解控制模块控制放电进行电解，在定量恒温水处理装置附近形成局部富氧化环境，进行污水净化。

本发明的还提供了一种治理污水的方法，利用上述的光伏组件，包括以下步骤：

第一步，定量恒温水处理装置和总控制器均初始化，所述总控制器分配光伏太阳电池板所发电能的外部输出和温度控制模块、电解控制模块的使用量；所述温度控制模块为所述定量恒温水处理装置供能并监控污水温度；当污水温度达到T1时，所述定量恒温水处理装置的电解控制模块启动；

第二步，所述电解控制模块控制所述电解储能器放电，使所述定量恒温水处理装置的阳极附近形成氧化性环境；当氧化性环境满足条件时，CWPO反应催化剂催化降解水体中有机污染物；

第三步，当污水温度达到设定值T2时，污水被逐渐净化；当污水温度达到设定值T3时，所述定量恒温水处理装置启动水循环，排除被净化水更换新的污水；

其中，T1≤T2＝催化剂反应温度≤T3≤常规光伏组件工作温度。

本发明提供的有益效果是：

通过将光伏太阳电池板和定量恒温水处理装置集成在该光伏组件内，光伏太阳电池板所发电能除小部分用于该光伏组件自身的污水治理，绝大部分都输送至国家公用电网或者某个局域电网。

本发明的这种光伏组件通过在被污染的水体表面搭建光伏电站，充分利用的水体表面区域发电并且同时治理有机物污染的水体。另一方面，目前在空地或者屋顶建立的光伏组件的发电效率比较低，一般光电转换水平不到20％，主要是由于光伏组件核心温度升高，导致发电效率下降；而本申请的光伏组件通过建立在水体表面上，使得光在转换为电能之外产生的热能被水吸收，即被净化对象的污水有降低光伏组件温度的功能，从而提高了光伏组件光电转换率，及提高了光伏组件的发电和能量综合利用效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明第一实施例污水治理和发电复用的光伏组件的纵截面示意图；

图2是本发明第一实施例光伏组件中漂浮边框的纵截面示意图；

图3是本发明第一实施例光伏组件中定量恒温水处理装置的纵截面示意图；

图4是本发明第一实施例光伏组件的工作原理图。

图中标记如下：

1-光伏太阳电池板；2-高透光耐候前温控板；3-漂浮边框；31-内部空腔；32-超轻质填充料；33-光伏太阳电池板安装槽；34-高透光耐候前温控板安装槽；35-定量恒温水处理装置固定槽；4-定量恒温水处理装置；41-外壳；42-阳极；43-阴极；44-非导电催化剂载体；45-CWPO反应催化剂；46-温度控制模块；47-电解控制模块；48-电解储能器；5-总控制器。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例一

请参考图1至图4，本实施例提供的一种污水治理和发电复用的光伏组件，该光伏组件包括：光伏太阳电池板1、高透光耐候前温控板2、漂浮边框3和定量恒温水处理装置4，高透光耐候前温控板2、光伏太阳电池板1和定量恒温水处理装置4从上至下依次嵌装在四周漂浮边框3之间，光伏组件可漂浮于水面上。光伏太阳电池板1通过太阳光的照射将太阳能转换成电能，所产生的电能一部分提供给定量恒温水处理装置4用于污水治理，大部分输送至国家电网或者某个局域电网。

结合参考图1和图3，定量恒温水处理装置4包括外壳41，安装在外壳41内的阳极42和阴极43，阳极42上设置有非导电催化剂载体44，非导电催化剂载体44表面覆盖有CWPO反应催化剂45。光伏太阳电池板1产生的电能部分输送至该定量恒温水处理装置4，定量恒温水处理装置4将电能储存起来或者控制阳极42放电电解，在定量恒温水处理装置4附近形成局部富氧化环境，净化污水。

结合参考图1和图2，漂浮边框3采用高强度轻质材料挤压成型，漂浮边框3具有内部空腔31，内部空腔31内填充有超轻质填充料32。以便漂浮边框3以及整个光伏组件漂浮在水面上。

优选地，漂浮边框3从上至下设置有多个内部空腔31，每一个内部空腔31内填充有不同的超轻质填充料32，下部超轻质填充料32的密度依次大于上部超轻质填充料32的密度。这样，整个光伏组件形成下重上轻的结构，提高了光伏组件漂浮在水面上的稳定性。一种或/和多种所述超轻质填充料32的密度小于或者等于0.3g/cm³。

继续参考图1和图2，漂浮边框3的上部开设有光伏太阳电池板安装槽33和高透光耐候前温控板安装槽34，漂浮边框3的下部开设有定量恒温水处理装置固定槽35。光伏太阳电池板1通过四周漂浮边框3上部对应的光伏太阳电池板安装槽33嵌装在漂浮边框3上，高透光耐候前温控板2通过四周漂浮边框3上部对应的高透光耐候前温控板安装槽34嵌装在漂浮边框3上；定量恒温水处理装置4通过四周漂浮边框3下部对应的定量恒温水处理装置固定槽35嵌装在漂浮边框3上。

其中，光伏太阳电池板安装槽33与高透光耐候前温控板安装槽34之间设置有间距调节块36，通过间距调节块36可以调节光伏太阳电池板1和高透光耐候前温控板2之间的间距。

参考图3，外壳41为绝缘外壳，阳极42与阴极43在外壳41内相互交错穿插设置，但阳极42与阴极43不相交。

其中，非导电催化剂载体44为平板瓦楞状结构，非导电催化剂载体44采用耐水解耐氧化非闭合多孔发泡复合聚合物材料制作而成。

继续参考图1和图4，该光伏组件还包括总控制器5；其中，定量恒温水处理装置4还包括温度控制模块46、电解控制模块47和电解储能器48，总控制器5与温度控制模块46以及电解控制模块47电路控制相连，电解控制模块47与电解储能器48电路控制相连。

温度控制模块46监控定量恒温水处理装置4内部污水温度，并通过定量恒温水处理装置4内部污水与外部污水循环来调节定量恒温水处理装置4内部污水温度。

电解控制模块47控制电解储能器48循环充电以及控制电解储能器48放电使定量恒温水处理装置4的阳极42附近形成氧化性环境。

实施例二

本实施例提供的一种污水治理和发电复用的光伏组件治理污水的方法，该方法包括以下步骤：

第一步，定量恒温水处理装置4和总控制器5均初始化，总控制器5分配光伏太阳电池板1所发电能的外部输出和温度控制模块46、电解控制模块47的使用量；温度控制模块46为定量恒温水处理装置4供能并监控污水温度；当污水温度达到T1时，定量恒温水处理装置4的电解控制模块47启动；

第二步，电解控制模块47控制电解储能器48放电，使定量恒温水处理装置4的阳极42附近形成氧化性环境；当氧化性环境满足条件时，CWPO反应催化剂45催化降解水体中有机污染物；

第三步，当污水温度达到设定值T2时，污水被逐渐净化；当污水温度达到设定值T3时，定量恒温水处理装置4启动水循环，排除被净化水更换新的污水；

其中，T1≤T2＝催化剂反应温度≤T3≤常规光伏组件工作温度。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。

以上结合附图对本发明的实施方式作出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行的多种变化、修改、替换和变型均仍落入在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种污水治理和发电复用的光伏组件，其特征在于，所述光伏组件包括：光伏太阳电池板（1）、高透光耐候前温控板（2）、漂浮边框（3）和定量恒温水处理装置（4），所述高透光耐候前温控板（2）、所述光伏太阳电池板（1）和所述定量恒温水处理装置（4）从上至下依次嵌装在四周所述漂浮边框（3）之间，所述光伏组件可漂浮于水面上；

所述漂浮边框（3）的上部开设有光伏太阳电池板安装槽（33）和高透光耐候前温控板安装槽（34），所述漂浮边框（3）的下部开设有定量恒温水处理装置固定槽（35）；所述光伏太阳电池板（1）通过四周所述漂浮边框（3）上部对应的所述光伏太阳电池板安装槽（33）嵌装在所述漂浮边框（3）上，所述高透光耐候前温控板（2）通过四周所述漂浮边框（3）上部对应的所述高透光耐候前温控板安装槽（34）嵌装在所述漂浮边框（3）上；

所述定量恒温水处理装置（4）包括外壳（41），安装在所述外壳（41）内的阳极（42）和阴极（43），所述阳极（42）上设置有非导电催化剂载体（44），所述非导电催化剂载体（44）表面覆盖有CWPO反应催化剂（45）；所述定量恒温水处理装置（4）通过四周所述漂浮边框（3）下部对应的所述定量恒温水处理装置固定槽（35）嵌装在所述漂浮边框（3）上。

2.根据权利要求1所述的光伏组件，其特征在于，所述漂浮边框（3）采用高强度轻质材料挤压成型，所述漂浮边框（3）具有内部空腔（31），所述内部空腔（31）内填充有超轻质填充料（32）。

3.根据权利要求2所述的光伏组件，其特征在于，所述漂浮边框（3）从上至下设置有多个所述内部空腔（31），每一个所述内部空腔（31）内填充有不同的所述超轻质填充料（32），下部所述超轻质填充料（32）的密度依次大于上部所述超轻质填充料（32）的密度；一种或/和多种所述超轻质填充料（32）的密度小于或者等于0.3g/cm³。

4.根据权利要求1所述的光伏组件，其特征在于，所述光伏太阳电池板安装槽（33）与所述高透光耐候前温控板安装槽（34）之间设置有间距调节块（36），通过所述间距调节块（36）可以调节所述光伏太阳电池板（1）和所述高透光耐候前温控板（2）之间的间距。

5.根据权利要求1所述的光伏组件，其特征在于，所述外壳（41）为绝缘外壳，所述阳极（42）与所述阴极（43）在所述外壳（41）内相互交错穿插设置，但所述阳极（42）与所述阴极（43）不相交。

6.根据权利要求5所述的光伏组件，其特征在于，所述非导电催化剂载体（44）为平板瓦楞状结构，所述非导电催化剂载体（44）采用耐水解耐氧化非闭合多孔发泡复合聚合物材料制作而成。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的光伏组件，其特征在于，所述光伏组件还包括总控制器（5）；

所述定量恒温水处理装置（4）包括温度控制模块（46）、电解控制模块（47）和电解储能器（48），所述总控制器（5）与所述温度控制模块（46）以及所述电解控制模块（47）电路控制相连，所述电解控制模块（47）与所述电解储能器（48）电路控制相连；

所述温度控制模块（46）监控所述定量恒温水处理装置（4）内部污水温度，并通过所述定量恒温水处理装置（4）内部污水与外部污水循环来调节所述定量恒温水处理装置（4）内部污水温度；

所述电解控制模块（47）控制所述电解储能器（48）循环充电以及控制所述电解储能器（48）放电使所述定量恒温水处理装置（4）的阳极（42）附近形成氧化性环境。

8.根据权利要求7所述的光伏组件治理污水的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，定量恒温水处理装置（4）和总控制器（5）均初始化，所述总控制器（5）分配光伏太阳电池板（1）所发电能的外部输出和温度控制模块（46）、电解控制模块（47）的使用量；所述温度控制模块（46）为所述定量恒温水处理装置（4）供能并监控污水温度；当污水温度达到T1时，所述定量恒温水处理装置（4）的电解控制模块（47）启动；

第二步，所述电解控制模块（47）控制所述电解储能器（48）放电，使所述定量恒温水处理装置（4）的阳极（42）附近形成氧化性环境；当氧化性环境满足条件时，CWPO反应催化剂（45）催化降解水体中有机污染物；

第三步，当污水温度达到设定值T2时，污水被逐渐净化；当污水温度达到设定值T3时，所述定量恒温水处理装置（4）启动水循环，排除被净化水更换新的污水；

其中，T1 ≤T2=催化剂反应温度≤T3≤常规光伏组件工作温度。

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