CN108740084A - 一种基于太阳能发电发热的茶叶加工设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于太阳能发电发热的茶叶加工设备，包括茶叶加工室，所述茶叶加工室的屋顶由沿横向连接的若干个子屋顶组成，所述子屋顶的截面呈不等边三角形状，该子屋顶的南面均匀布设有太阳能光伏板，所述太阳能光伏板基于染料敏化太阳能电池，所述染料敏化太阳能电池包括光阳极、对电极、染料及电解液，其中，所述光阳极包括FTO基底，在FTO基底表面设有透光层，透光层表面设有散射层，透光层和散射层分别是通过丝网印刷透光层浆料和散射层浆料形成的；所述透光层中包括TiO2空心球、MnO2纳米颗粒、石墨烯和TiO2纳米颗粒；所述散射层中包括空心Ni‑TiO2纳米筛和TiO2纳米颗粒。

Description

一种基于太阳能发电发热的茶叶加工设备
技术领域
本发明涉及茶叶加工技术领域，尤其涉及一种基于太阳能发电发热的茶叶加工设备。
背景技术
茶叶加工是耗能大户。茶叶加工就是将含水率75％的茶鲜叶加工成含水率 5％的干茶，加工1kg干茶需蒸发3.2-3.5kg水，需要耗费1.5kg标煤/kg茶，耗费电能1.2kwh/kg茶，目前全国茶叶加工厂约50％仍使用煤作为供热能源，能耗高，节能节排大有可为。茶叶加工中应用太阳能作为清洁能源的设备主要是利用太阳能集热器，结合蓄热设备为茶叶加工提供热源，太阳能集热器的热转换效率低，提供热源温度受限，不能满足茶叶加工厂各类加工设备对能源的需求。茶叶加工设备有直接利用光伏发电的类型，但受天气影响较大，在阴雨天使用受限，非加工季节光伏发电使用率低。
发明内容
本发明旨在提供一种基于太阳能发电发热的茶叶加工设备，以解决上述提出问题。
本发明的实施例中提供了一种基于太阳能发电发热的茶叶加工设备，包括茶叶加工室，所述茶叶加工室的屋顶由沿横向连接的若干个子屋顶组成，所述子屋顶的截面呈不等边三角形状，该子屋顶的南面均匀布设有太阳能光伏板，北面均匀布设有透光的钢化玻璃，并且所述太阳能光伏板和透光玻璃的总面积比为2:1～5:1；所述太阳能光伏板经一并网逆变模块输出至位于茶叶加工室内的茶叶加工组件，所述茶叶加工组件还与外部市电电连；所述太阳能光伏板基于染料敏化太阳能电池，所述染料敏化太阳能电池包括光阳极、对电极、染料及电解液，其中，光阳极表面吸附有染料，光阳极与对电极相对设置，中间夹有电解液，构成三明治结构；其中，所述光阳极包括FTO基底，在FTO基底表面设有透光层，透光层表面设有散射层，透光层和散射层分别是通过丝网印刷透光层浆料和散射层浆料形成的；所述透光层中包括TiO2空心球、MnO2纳米颗粒、石墨烯和TiO2纳米颗粒；所述散射层中包括空心Ni-TiO2纳米筛和TiO2纳米颗粒。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
1.通过太阳能光伏板对茶叶加工室进行供电，太阳能光伏板输出直流电，经过并网逆变模块，转换为与电网交流电的电压、频率、波形相同参数的交流电，太阳能发电与市电共同为茶厂加工设备负荷使用；并利用年日照时数 (25-35％)高于一般茶业加工厂年加工时数(15-20％)这一特点，非茶季晴天光伏板所发电量能够满足茶季阴雨天茶叶加工能耗需求，实现茶叶加工厂全年总能耗基本自给自足。每100Kw的光伏发电茶叶加工厂可增加直接收益12.2万元，节约标准煤40.4吨，减排99.3吨CO2，减排粉尘27.2吨，本发明适用于各种茶叶加工厂及农副产品加工厂；
2.该太阳能光伏板基于染料电池，其中光阳极创造性的采用透光层和散射层结合的方式，透光层和散射层中均包含二氧化钛纳米结构。其中，透光层一方面可以使经FTO基底进入的太阳光顺利通过，到达散射层；另一方面，该透光层能够提供有利于电子传输的通道，减少电子空穴对的湮灭，对光电转化效率的提高起到了意料不到的有益效果。
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为本发明实施例的结构示意图。
图2为本发明实施例的供电框图。
图中：1-茶叶加工室；2-子屋顶；3-太阳能光伏板；4-钢化玻璃。
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。
本发明的实施例涉及一种基于太阳能发电发热的茶叶加工设备。
如图1～2所示，本实施例的一种基于太阳能发电发热的茶叶加工设备，包括茶叶加工室1，所述茶叶加工室1的屋顶由沿横向间隔连接的若干个子屋顶2 组成，所述子屋顶2的截面呈不等边三角形状，该子屋顶2的南面均匀布设有太阳能光伏板3，北面均匀布设有透光的钢化玻璃4，并且所述太阳能光伏板3 和透光玻璃4的总面积比为2:1～5:1；所述太阳能光伏板3经一并网逆变模块输出至位于茶叶加工室1内的茶叶加工组件，所述茶叶加工组件还与外部市电电连。
从上述可知，本发明的有益效果在于：晴天春茶季节，利用茶厂屋顶透过钢化玻璃4的太阳光进行茶叶萎凋，同时太阳能光伏板3发电提供茶厂动力用电和其他用电；晴天夏暑茶季节，太阳能光伏板3发电提供空调做青及其他设备用电；晴天非生产季节，太阳能光伏板3向市电供电；阴雨天，茶叶加工设备用太阳能电量不足部分由市电补偿提供，所需这部分电量完全由非生产季节光伏板所产生的电量补偿，茶叶加工厂全年总用电量自给自足。可以节约茶厂能源消耗，减少茶叶加工厂(尤其是偏远山区的茶厂)在茶叶加工高峰期对市网供电的依赖性，提高茶叶加工厂供电的稳定性；并利用年日照时数(25-35％) 高于一般茶业加工厂年加工时数(15-20％)这一特点，非茶季晴天光伏板所发电量能够满足茶季阴雨天茶叶加工能耗需求，实现茶叶加工厂全年总能耗基本自给自足。
在本实施例中，所述外部市电输出端和所述并网逆变模块输出端经一开关切换模块与茶叶加工组件电连。通过开关切换模块根据季节变化进行切换后太阳能光伏板3、市电或太阳能光伏板3和市电供电。
在本实施例中，所述开关切换模块和并网逆变模块均与一控制单元电连。所述控制单元为单片机或者PLC控制器。
在本实施例中，所述并网逆变模块的输出端还与所述外部市电的输入端电连。当非生产季节，可以将太阳能光伏板3产生的电能输入至市电，供茶厂其他设备用电。
在本实施例中，所述茶叶加工组件包括茶叶萎凋装置、茶叶杀青装置、环境调控装置、茶叶发酵装置和茶叶烘干装置。
在本实施例中，所述环境调控装置包括设置于茶叶加工室内的空调、风扇和加湿器。
在本实施例中，所述太阳能光伏板3基于染料敏化太阳能电池。该染料敏化太阳能电池包括光阳极、对电极、染料及电解液，其中，光阳极表面吸附有染料，光阳极与对电极相对设置，中间夹有电解液，构成三明治结构。
优选实施方式中，该光阳极包括FTO基底，在FTO基底表面设有透光层，透光层表面设有散射层；其中，透光层和散射层分别是通过丝网印刷透光层浆料和散射层浆料形成的。染料敏化太阳能电池中，光阳极材料不仅能够吸附染料来协助捕获太阳光，而且，其还是传输电子的载体，其对电池的光电转换效率产生重要影响。传统光阳极中，通常是由一层TiO2纳米薄膜作为半导体光阳极材料，该种方法制备的光阳极存在孔隙率较低、比表面积不够高、颗粒间接触不理想导致电子扩撒系数小，从而阻碍了DSSC电池光电转化效率的提高；本实施方式中，在构造方面，创造性的采用透光层和散射层结合的方式，透光层和散射层中均包含二氧化钛纳米结构。其中，透光层一方面可以使经FTO基底进入的太阳光顺利通过，到达散射层；另一方面，该透光层能够提供有利于电子传输的通道，减少电子空穴对的湮灭，对光电转化效率的提高起到了意料不到的有益效果。
优选地，透光层厚度为5μm，散射层厚度为15μm。
具体的，该透光层中包括TiO2空心球、MnO2纳米颗粒、石墨烯和TiO2纳米颗粒，上述各物质的质量比例为4:1:2:5。在本实施方式中，创造性的将TiO2空心球、MnO2纳米颗粒、石墨烯和TiO2纳米颗粒混合作为光阳极的透光层，其具有利于电子传输的通道，且，利于染料的吸附，减少电子的湮灭，取得了意料不到的有益效果。在上述质量控制下，TiO2空心球、MnO2纳米颗粒、石墨烯和TiO2纳米颗粒结合能够发挥最佳的技术效果，提高电子传输效率、减小电子湮灭。
优选地，上述TiO2纳米颗粒的粒径为20nm；上述MnO2纳米颗粒的粒径为50nm。
具体的，在上述透光层中，该TiO2空心球的球壳是由TiO2纳米晶团聚而成，具有较大的比表面积和多孔结构，这些结构均有利于太阳光的顺利通过，其次，对于染料的吸附、电解质的扩散具有积极效果；此外，由于TiO2空心球与导电基底的接触性不好，在接触界面上存在很多空隙，降低了导电基底收集电子的能力，进而导致光电转换效率的下降，因此，在透光层中的还包括石墨烯，关于石墨烯，石墨烯具有非常大的比表面积、优异的机械性能和物理性能、良好的导电性能，将石墨烯作为染料敏化太阳能电池的光阳极材料的技术方案不多；由于石墨烯表现单层或多层片状结构，其能够很好的修复TiO2空心球与导电基底之间接触性不好的问题，对于提高透光层的电子传输性能起到意料不到的有益效果。
具体的，该散射层中包括空心Ni-TiO2纳米筛和TiO2纳米颗粒，上述各物质的质量比例为2:5。该空心Ni-TiO2纳米筛为三维纳米结构，其中，空心Ni吸附在TiO2纳米筛表面，空心Ni粒径为1μm，空心Ni的质量百分比为30％。该 TiO2纳米颗粒的粒径为300nm。在本实施方式中，创造性的将空心Ni-TiO2纳米筛和TiO2纳米颗粒混合作为光阳极的散射层，其中空心Ni-TiO2纳米筛为三维纳米结构，具有较好的孔隙率，又具有良好的电子传输能力。
在上述质量及尺寸控制下，空心Ni-TiO2纳米筛和TiO2纳米颗粒结合能够发挥最佳的技术效果，提高染料吸附率及提高对太阳光的散射。
关于对电极，本申请的技术方案对对电极进行了改进，该对电极包括Ti金属片、及设于Ti金属片表面的氮化钛纳米颗粒薄膜。
该Ti金属片的厚度为0.2mm，纯度为≥99.7％。
该Ti金属片表面的氮化钛纳米颗粒薄膜的形成过程为：首先，将二氧化钛粉体颗粒与蒸馏水混合，得到二氧化钛胶体，将该胶体刮涂到Ti金属片表面，对二氧化钛进行氨化处理，得到氮化钛纳米颗粒薄膜。
上述氮化钛纳米颗粒薄膜厚度为25μm。
通常是采用铂作为对电极材料，但是其成本较高，限制了其产业上的应用，本发明技术方案中，将氮化钛纳米颗粒薄膜替代铂修饰层，其具有良好的导电性，化学性质稳定，催化活性高，取得了积极的技术效果，为铂对电极提供了一种良好的替代材料。
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
本实施例中，该染料敏化太阳能电池包括光阳极、对电极、染料及电解液，其中，光阳极表面吸附有染料，光阳极与对电极相对设置，中间夹有电解液，构成三明治结构。
该光阳极包括FTO基底，在FTO基底表面设有透光层，透光层表面设有散射层，透光层和散射层分别是通过丝网印刷透光层浆料和散射层浆料形成的，透光层厚度为5μm，散射层厚度为15μm。
透光层中包括TiO2空心球、MnO2纳米颗粒、石墨烯和TiO2纳米颗粒，上述各物质的质量比例为4:1:2:5；上述TiO2纳米颗粒的粒径为20nm，上述MnO2纳米颗粒的粒径为50nm。
散射层中包括空心Ni-TiO2纳米筛和TiO2纳米颗粒，上述各物质的质量比例为2:5；该TiO2纳米颗粒的粒径为300nm；该空心Ni-TiO2纳米筛为三维纳米结构，其中，空心Ni吸附在TiO2纳米筛表面，空心Ni粒径为1μm，空心Ni 的质量百分比为30％。
该对电极包括Ti金属片、及设于Ti金属片表面的氮化钛纳米颗粒薄膜，该 Ti金属片的厚度为0.2mm，纯度为≥99.7％，该氮化钛纳米颗粒薄膜厚度为25 μm。
如下为本发明所述染料敏化太阳能电池的制备步骤：
步骤1，制备光阳极
a)制备空心Ni
选取羰基铁粉为纯度99.5％、粒径为1μm的α-Fe；
首先，将羰基铁粉在丙酮中超声，超声时间为30min，超声过后将其放入1 mol/L的稀盐酸溶液中，浸泡15s，经乙醇和去离子水清洗后，干燥；然后，将酒石酸钾钠溶液和硫酸镍溶液混合，连续搅拌2h，加入硫脲溶液继续搅拌1h，让硫脲充分溶解，加入水合肼溶液，充分搅拌得到浑浊液，边搅拌边缓慢滴加1 mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值为11.5，得到镀液；然后，将配好的镀液放置在95℃水浴中，10min后将上述干燥的羰基铁粉倒入镀液中，95℃恒温水浴匀速搅拌，反应，直至完全没有气泡逸出；将所得的羰基铁/镍复合粉放入1mol/L 的稀盐酸中，粉体与稀盐酸剧烈反应，并伴有大量气体逸出，当粉末由容器底部漂浮到溶液表面时，将粉体用磁铁分离，经去例子水和乙醇多次洗涤，烘干后得到空心Ni粉末；
其中，如下为镀液化学含量成分表：
b)制备空心Ni-TiO2纳米筛
将0.1g的P25二氧化钛粉体与60ml浓度为10mol/L的氢氧化钠溶液混合，然后按照比例放入上述得到的空心Ni，进而磁力搅拌5min、超声10min，交替进行3次，溶液变浑浊，然后将溶液倒入100ml水热釜中，将水热釜放入电热鼓风烘箱中，升温到179℃，在该温度下保温100min，然后自然降温至室温，取出，高速离心后，用浓度为0.2mol/L的稀盐酸溶液反复清洗3次至酸性，再用去离子水反复清洗，清洗过后在65℃下干燥5h，然后再在马弗炉中500℃烧结3h，自然降温，得到空心Ni-TiO2纳米筛；
c)制备透光层
在150ml的蒸馏水中加入2.6g的Ti(SO4)2，搅拌30min；然后再加入0.41g 的氟化铵和1.2g的尿素，搅拌50min；将上述溶液转移到两个100ml水热釜中，在180℃下水热反应12h，反应结束后，收集水热釜中的白色沉淀并分别水洗和醇洗各3遍，然后在真空干燥箱中80℃下干燥8h，得到TiO2空心球粉末；将单层石墨烯溶于丙酮中，超声处理至完全溶解，单层石墨烯的浓度为12.6 mg/ml；按照比例将TiO2空心球、MnO2纳米颗粒、TiO2纳米颗粒和上述得到的石墨烯溶液混合均匀，并超声分散，制备透光层浆料；将上述的透光层浆料丝网印刷到FTO基底上，放置60h以上晾干，然后将FTO基底放入水合肼蒸汽中进行还原，在氮气保护下，500℃煅烧10h，在FTO基底表面得到透光层；
d)制备散射层
按照质量比例将P25二氧化钛粉体和空心Ni-TiO2纳米筛制成散射层浆料，然后将该浆料丝网印刷到透光层表面，达到所需厚度后，将FTO基底在260℃干燥5h，然后在290℃煅烧40min、310℃煅烧15min、360℃煅烧50min、 450℃煅烧30min、500℃煅烧20min；将煅烧后的FTO基底浸入到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；
步骤2，制备对电极
首先，将纳米二氧化钛粉体颗粒与蒸馏水混合，超声波处理1h，得到二氧化钛胶体，采用刮涂法将二氧化钛的纳米颗粒胶体涂覆在Ti金属片上制成厚度为25微米的二氧化钛薄膜，室温下干燥13h，将二氧化钛薄膜置于通有流动氨气的管式炉中，在温度为800℃下氨化1.4h，得到氮化钛纳米颗粒薄膜，即得到对电极；
步骤3，封装
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，得到所述染料敏化太阳能电池；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Ag纳米颗粒，将其加入混合溶液中，充分混合。
染料敏化太阳能电池的光电性能主要是由测定电池的短路电流密度-开路电压来表现，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。经测定，本实施例得到的染料敏化太阳能电池开路电压为0.95V，短路电流密度为23.89mA/cm2，光电转换效率高达12.2％；
可以看到，本实施例中，由于采用透光层和散射层，该透光层中包括TiO2空心球、MnO2纳米颗粒、石墨烯和TiO2纳米颗粒，该散射层中包括空心Ni-TiO2纳米筛和TiO2纳米颗粒，该对电极中包括氮化钛纳米颗粒薄膜，上述结合能够发挥最佳的技术效果，提高电子传输效率、减小电子湮灭，进而体现在提高了光电转换效率。
实施例2
本实施例中，该染料敏化太阳能电池包括光阳极、对电极、染料及电解液，其中，光阳极表面吸附有染料，光阳极与对电极相对设置，中间夹有电解液，构成三明治结构。
该光阳极包括FTO基底，在FTO基底表面设有透光层，透光层表面设有散射层，透光层和散射层分别是通过丝网印刷透光层浆料和散射层浆料形成的，透光层厚度为10μm，散射层厚度为10μm。
透光层中包括TiO2空心球、MnO2纳米颗粒、石墨烯和TiO2纳米颗粒，上述各物质的质量比例为4:1:2:5；上述TiO2纳米颗粒的粒径为20nm，上述MnO2纳米颗粒的粒径为50nm。
散射层中包括空心Ni-TiO2纳米筛和TiO2纳米颗粒，上述各物质的质量比例为2:5；该TiO2纳米颗粒的粒径为300nm；该空心Ni-TiO2纳米筛为三维纳米结构，其中，空心Ni吸附在TiO2纳米筛表面，空心Ni粒径为1μm，空心Ni 的质量百分比为30％。
该对电极包括Ti金属片、及设于Ti金属片表面的氮化钛纳米颗粒薄膜，该 Ti金属片的厚度为0.2mm，纯度为≥99.7％，该氮化钛纳米颗粒薄膜厚度为25 μm。
如下为本发明所述染料敏化太阳能电池的制备步骤：
步骤1，制备光阳极
a)制备空心Ni
选取羰基铁粉为纯度99.5％、粒径为1μm的α-Fe；
首先，将羰基铁粉在丙酮中超声，超声时间为30min，超声过后将其放入1 mol/L的稀盐酸溶液中，浸泡15s，经乙醇和去离子水清洗后，干燥；然后，将酒石酸钾钠溶液和硫酸镍溶液混合，连续搅拌2h，加入硫脲溶液继续搅拌1h，让硫脲充分溶解，加入水合肼溶液，充分搅拌得到浑浊液，边搅拌边缓慢滴加1 mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值为11.5，得到镀液；然后，将配好的镀液放置在95℃水浴中，10min后将上述干燥的羰基铁粉倒入镀液中，95℃恒温水浴匀速搅拌，反应，直至完全没有气泡逸出；将所得的羰基铁/镍复合粉放入1mol/L 的稀盐酸中，粉体与稀盐酸剧烈反应，并伴有大量气体逸出，当粉末由容器底部漂浮到溶液表面时，将粉体用磁铁分离，经去例子水和乙醇多次洗涤，烘干后得到空心Ni粉末；
其中，如下为镀液化学含量成分表：
b)制备空心Ni-TiO2纳米筛
将0.1g的P25二氧化钛粉体与60ml浓度为10mol/L的氢氧化钠溶液混合，然后按照比例放入上述得到的空心Ni，进而磁力搅拌5min、超声10min，交替进行3次，溶液变浑浊，然后将溶液倒入100ml水热釜中，将水热釜放入电热鼓风烘箱中，升温到179℃，在该温度下保温100min，然后自然降温至室温，取出，高速离心后，用浓度为0.2mol/L的稀盐酸溶液反复清洗3次至酸性，再用去离子水反复清洗，清洗过后在65℃下干燥5h，然后再在马弗炉中500℃烧结3h，自然降温，得到空心Ni-TiO2纳米筛；
c)制备透光层
在150ml的蒸馏水中加入2.6g的Ti(SO4)2，搅拌30min；然后再加入0.41g 的氟化铵和1.2g的尿素，搅拌50min；将上述溶液转移到两个100ml水热釜中，在180℃下水热反应12h，反应结束后，收集水热釜中的白色沉淀并分别水洗和醇洗各3遍，然后在真空干燥箱中80℃下干燥8h，得到TiO2空心球粉末；将单层石墨烯溶于丙酮中，超声处理至完全溶解，单层石墨烯的浓度为12.6 mg/ml；按照比例将TiO2空心球、MnO2纳米颗粒、TiO2纳米颗粒和上述得到的石墨烯溶液混合均匀，并超声分散，制备透光层浆料；将上述的透光层浆料丝网印刷到FTO基底上，放置60h以上晾干，然后将FTO基底放入水合肼蒸汽中进行还原，在氮气保护下，500℃煅烧10h，在FTO基底表面得到透光层；
d)制备散射层
按照质量比例将P25二氧化钛粉体和空心Ni-TiO2纳米筛制成散射层浆料，然后将该浆料丝网印刷到透光层表面，达到所需厚度后，将FTO基底在260℃干燥5h，然后在290℃煅烧40min、310℃煅烧15min、360℃煅烧50min、 450℃煅烧30min、500℃煅烧20min；将煅烧后的FTO基底浸入到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；
步骤2，制备对电极
首先，将纳米二氧化钛粉体颗粒与蒸馏水混合，超声波处理1h，得到二氧化钛胶体，采用刮涂法将二氧化钛的纳米颗粒胶体涂覆在Ti金属片上制成厚度为25微米的二氧化钛薄膜，室温下干燥13h，将二氧化钛薄膜置于通有流动氨气的管式炉中，在温度为800℃下氨化1.4h，得到氮化钛纳米颗粒薄膜，即得到对电极；
步骤3，封装
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，得到所述染料敏化太阳能电池；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Ag纳米颗粒，将其加入混合溶液中，充分混合。
染料敏化太阳能电池的光电性能主要是由测定电池的短路电流密度-开路电压来表现，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。经测定，本实施例得到的染料敏化太阳能电池开路电压为0.91V，短路电流密度为21.93mA/cm2，光电转换效率高达10.5％；可以看到，本实施例中，由于采用透光层和散射层，该透光层中包括TiO2空心球、MnO2纳米颗粒、石墨烯和TiO2纳米颗粒，该散射层中包括空心Ni-TiO2纳米筛和TiO2纳米颗粒，该对电极中包括氮化钛纳米颗粒薄膜，上述结合能够发挥最佳的技术效果，提高电子传输效率、减小电子湮灭，进而体现在提高了光电转换效率。
实施例3
本实施例中，该染料敏化太阳能电池包括光阳极、对电极、染料及电解液，其中，光阳极表面吸附有染料，光阳极与对电极相对设置，中间夹有电解液，构成三明治结构。
该光阳极包括FTO基底，在FTO基底表面设有透光层，透光层表面设有散射层，透光层和散射层分别是通过丝网印刷透光层浆料和散射层浆料形成的，透光层厚度为10μm，散射层厚度为10μm。
透光层中包括TiO2空心球、MnO2纳米颗粒、石墨烯和TiO2纳米颗粒，上述各物质的质量比例为4:1:2:5；上述TiO2纳米颗粒的粒径为20nm，上述MnO2纳米颗粒的粒径为50nm。
散射层中包括空心Ni-TiO2纳米筛和TiO2纳米颗粒，上述各物质的质量比例为2:5；该TiO2纳米颗粒的粒径为300nm；该空心Ni-TiO2纳米筛为三维纳米结构，其中，空心Ni吸附在TiO2纳米筛表面，空心Ni粒径为1μm，空心Ni 的质量百分比为30％。
该对电极包括Ti金属片、及设于Ti金属片表面的氮化钛纳米颗粒薄膜，该 Ti金属片的厚度为0.2mm，纯度为≥99.7％，该氮化钛纳米颗粒薄膜厚度为25 μm。
如下为本发明所述染料敏化太阳能电池的制备步骤：
步骤1，制备光阳极
a)制备空心Ni
选取羰基铁粉为纯度99.5％、粒径为1μm的α-Fe；
首先，将羰基铁粉在丙酮中超声，超声时间为30min，超声过后将其放入1 mol/L的稀盐酸溶液中，浸泡15s，经乙醇和去离子水清洗后，干燥；然后，将酒石酸钾钠溶液和硫酸镍溶液混合，连续搅拌2h，加入硫脲溶液继续搅拌1h，让硫脲充分溶解，加入水合肼溶液，充分搅拌得到浑浊液，边搅拌边缓慢滴加1 mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值为11.5，得到镀液；然后，将配好的镀液放置在95℃水浴中，10min后将上述干燥的羰基铁粉倒入镀液中，95℃恒温水浴匀速搅拌，反应，直至完全没有气泡逸出；将所得的羰基铁/镍复合粉放入1mol/L 的稀盐酸中，粉体与稀盐酸剧烈反应，并伴有大量气体逸出，当粉末由容器底部漂浮到溶液表面时，将粉体用磁铁分离，经去例子水和乙醇多次洗涤，烘干后得到空心Ni粉末；
其中，如下为镀液化学含量成分表：
b)制备空心Ni-TiO2纳米筛
将0.1g的P25二氧化钛粉体与60ml浓度为10mol/L的氢氧化钠溶液混合，然后按照比例放入上述得到的空心Ni，进而磁力搅拌5min、超声10min，交替进行3次，溶液变浑浊，然后将溶液倒入100ml水热釜中，将水热釜放入电热鼓风烘箱中，升温到179℃，在该温度下保温100min，然后自然降温至室温，取出，高速离心后，用浓度为0.2mol/L的稀盐酸溶液反复清洗3次至酸性，再用去离子水反复清洗，清洗过后在65℃下干燥5h，然后再在马弗炉中500℃烧结3h，自然降温，得到空心Ni-TiO2纳米筛；
c)制备透光层
在150ml的蒸馏水中加入2.6g的Ti(SO4)2，搅拌30min；然后再加入0.41g 的氟化铵和1.2g的尿素，搅拌50min；将上述溶液转移到两个100ml水热釜中，在180℃下水热反应12h，反应结束后，收集水热釜中的白色沉淀并分别水洗和醇洗各3遍，然后在真空干燥箱中80℃下干燥8h，得到TiO2空心球粉末；将单层石墨烯溶于丙酮中，超声处理至完全溶解，单层石墨烯的浓度为12.6 mg/ml；按照比例将TiO2空心球、MnO2纳米颗粒、TiO2纳米颗粒和上述得到的石墨烯溶液混合均匀，并超声分散，制备透光层浆料；将上述的透光层浆料丝网印刷到FTO基底上，放置60h以上晾干，然后将FTO基底放入水合肼蒸汽中进行还原，在氮气保护下，500℃煅烧10h，在FTO基底表面得到透光层；
d)制备散射层
按照质量比例将P25二氧化钛粉体和空心Ni-TiO2纳米筛制成散射层浆料，然后将该浆料丝网印刷到透光层表面，达到所需厚度后，将FTO基底在260℃干燥5h，然后在290℃煅烧40min、310℃煅烧15min、360℃煅烧50min、 450℃煅烧30min、500℃煅烧20min；将煅烧后的FTO基底浸入到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；
步骤2，制备对电极
首先，将纳米二氧化钛粉体颗粒与蒸馏水混合，超声波处理1h，得到二氧化钛胶体，采用刮涂法将二氧化钛的纳米颗粒胶体涂覆在Ti金属片上制成厚度为25微米的二氧化钛薄膜，室温下干燥13h，将二氧化钛薄膜置于通有流动氨气的管式炉中，在温度为800℃下氨化1.4h，得到氮化钛纳米颗粒薄膜，即得到对电极；
步骤3，封装
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，得到所述染料敏化太阳能电池；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Ag纳米颗粒，将其加入混合溶液中，充分混合。
染料敏化太阳能电池的光电性能主要是由测定电池的短路电流密度-开路电压来表现，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。经测定，本实施例得到的染料敏化太阳能电池开路电压为0.86V，短路电流密度为20.51mA/cm2，光电转换效率高达9.68％；可以看到，本实施例中，由于采用透光层和散射层，该透光层中包括TiO2空心球、MnO2纳米颗粒、石墨烯和TiO2纳米颗粒，该散射层中包括空心Ni-TiO2纳米筛和TiO2纳米颗粒，该对电极中包括氮化钛纳米颗粒薄膜，上述结合能够发挥最佳的技术效果，提高电子传输效率、减小电子湮灭，进而体现在提高了光电转换效率。
综上所述，本发明提供的一种基于太阳能发电发热的茶叶加工设备，太阳能光伏板基于染料敏化太阳能电池，可以节约茶厂能源消耗，减少茶叶加工厂在茶叶加工高峰期对市网供电的依赖性，提高茶叶加工厂供电的稳定性，适用于各种茶叶加工厂及农副产品加工厂。
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)

1.一种基于太阳能发电发热的茶叶加工设备，其特征在于，包括茶叶加工室，所述茶叶加工室的屋顶由沿横向连接的若干个子屋顶组成，所述子屋顶的截面呈不等边三角形状，该子屋顶的南面均匀布设有太阳能光伏板，北面均匀布设有透光的钢化玻璃，并且所述太阳能光伏板和透光玻璃的总面积比为2:1～5:1；所述太阳能光伏板经一并网逆变模块输出至位于茶叶加工室内的茶叶加工组件，所述茶叶加工组件还与外部市电电连；所述太阳能光伏板基于染料敏化太阳能电池，所述染料敏化太阳能电池包括光阳极、对电极、染料及电解液，其中，光阳极表面吸附有染料，光阳极与对电极相对设置，中间夹有电解液，构成三明治结构；其中，所述光阳极包括FTO基底，在FTO基底表面设有透光层，透光层表面设有散射层，透光层和散射层分别是通过丝网印刷透光层浆料和散射层浆料形成的；所述透光层中包括TiO2空心球、MnO2纳米颗粒、石墨烯和TiO2纳米颗粒；所述散射层中包括空心Ni-TiO2纳米筛和TiO2纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述的一种基于太阳能发电发热的茶叶加工设备，其特征在于，透光层中，所述TiO2空心球、MnO2纳米颗粒、石墨烯和TiO2纳米颗粒的质量比例为4:1:2:5；所述TiO2纳米颗粒的粒径为20nm，所述MnO2纳米颗粒的粒径为50nm。
3.根据权利要求1所述的一种基于太阳能发电发热的茶叶加工设备，其特征在于，散射层中，所述空心Ni-TiO2纳米筛和TiO2纳米颗粒的质量比例为2:5；所述TiO2纳米颗粒的粒径为300nm；所述空心Ni-TiO2纳米筛为三维纳米结构，其中，空心Ni吸附在TiO2纳米筛表面，空心Ni粒径为1μm，空心Ni的质量百分比为30％。
4.根据权利要求2、3中任一项所述的一种基于太阳能发电发热的茶叶加工设备，其特征在于，所述透光层厚度为5-15μm，所述散射层厚度为5-15μm。
5.根据权利要求4所述的一种基于太阳能发电发热的茶叶加工设备，其特征在于，所述染料敏化太阳能电池的制备步骤：
步骤1，制备光阳极
a)制备空心Ni；
b)制备空心Ni-TiO2纳米筛
将0.1g的P25二氧化钛粉体与60ml浓度为10mol/L的氢氧化钠溶液混合，然后按照比例放入上述得到的空心Ni，进而磁力搅拌5min、超声10min，交替进行3次，溶液变浑浊，然后将溶液倒入100ml水热釜中，将水热釜放入电热鼓风烘箱中，升温到179℃，在该温度下保温100min，然后自然降温至室温，取出，高速离心后，用浓度为0.2mol/L的稀盐酸溶液反复清洗3次至酸性，再用去离子水反复清洗，清洗过后在65℃下干燥5h，然后再在马弗炉中500℃烧结3h，自然降温，得到空心Ni-TiO2纳米筛；
c)制备透光层
在150ml的蒸馏水中加入2.6g的Ti(SO4)2，搅拌30min；然后再加入0.41g的氟化铵和1.2g的尿素，搅拌50min；将上述溶液转移到两个100ml水热釜中，在180℃下水热反应12h，反应结束后，收集水热釜中的白色沉淀并分别水洗和醇洗各3遍，然后在真空干燥箱中80℃下干燥8h，得到TiO2空心球粉末；将单层石墨烯溶于丙酮中，超声处理至完全溶解，单层石墨烯的浓度为12.6mg/ml；按照比例将TiO2空心球、MnO2纳米颗粒、TiO2纳米颗粒和上述得到的石墨烯溶液混合均匀，并超声分散，制备透光层浆料；将上述的透光层浆料丝网印刷到FTO基底上，放置60h以上晾干，然后将FTO基底放入水合肼蒸汽中进行还原，在氮气保护下，500℃煅烧10h，在FTO基底表面得到透光层；
d)制备散射层
按照质量比例将P25二氧化钛粉体和空心Ni-TiO2纳米筛制成散射层浆料，然后将该浆料丝网印刷到透光层表面，达到所需厚度后，将FTO基底在260℃干燥5h，然后在290℃煅烧40min、310℃煅烧15min、360℃煅烧50min、450℃煅烧30min、500℃煅烧20min；将煅烧后的FTO基底浸入到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；
步骤2，制备对电极；
步骤3，封装。
6.根据权利要求1所述的一种基于太阳能发电发热的茶叶加工设备，其特征在于，所述外部市电输出端和所述并网逆变模块输出端经一开关切换模块与茶叶加工组件电连；所述开关切换模块和并网逆变模块均与一控制单元电连。
7.根据权利要求1所述的一种基于太阳能发电发热的茶叶加工设备，其特征在于，所述并网逆变模块的输出端还与所述外部市电的输入端电连。
8.根据权利要求1所述的一种基于太阳能发电发热的茶叶加工设备，其特征在于，所述茶叶加工组件包括茶叶萎凋装置、茶叶杀青装置、环境调控装置、茶叶发酵装置和茶叶烘干装置。
9.根据权利要求1所述的一种基于太阳能发电发热的茶叶加工设备，其特征在于，所述环境调控装置包括设置于茶叶加工室内的空调、风扇和加湿器。
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