CN109433127B - 一种复合光催化反应系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了复合光催化反应系统，包括空心基座、光跟踪导光装置、二次聚光装置、光热发电装置、光伏发电装置、光催化反应装置和储电变电装置；二次聚光装置汇聚太阳光并反射至光跟踪导光装置，光跟踪导光装置将太阳光传导至光催化反应装置进行光催化反应；聚光产生的热能传导至光热发电装置进行光热转换产生电能，光伏发电装置将太阳光进行光电转换产生电能。本发明将光跟踪、聚光、导光、光伏发电、光热发电及光催化技术进行完美整合，提高了整个系统对太阳光的利用率；分光使光线可以满足大部分不同催化剂的光响应波长，使参与反应的光线能量密度变大，提高了反应速率，将侧光光纤组用于光催化反应的导光，提高了光催化反应效率。

Description

一种复合光催化反应系统

技术领域

本发明涉及光催化技术领域，尤其涉及一种复合光催化反应系统。

背景技术

目前，我国对于光催化反应体系的分类已经有了相关的国家标准，根据国家标准，市场上常见的商用光催化反应系统基本分为常压体系和负压体系。光催化技术发展到今天，已经有较多的催化反应体系和装置被开发出来，由于除了自身特性之外，光催化剂的光催化行为还受到入射光角度、光源距离、照射方式等工艺条件的限制。

光催化按照取样方式分为在线采样和间歇采样，按照光源位置分为内置式和外置式，光辐照能量分布主要影响因素有反应期的集合类型、光学厚度、光源位置及辐照波长等，光源内置及使用浸入式光源，该种浸入式光源基本使用的是人工光源，该种反应装置虽然光能直接找到光催化剂上不被器壁所吸收或反射，但大功率的人工光源使反应系统耗能较大，成本太高，然而外置式的反应系统光源可以使用太阳光等天然光源，但反应系统使用的器壁必须为品质优良的如石英质的透光窗。尽管如此，还是有部分光在光路中被反射或消耗，因此将催化剂固载到光源外壁上是一种能提高光利用率的办法。

光催化反应装置多处于实验室阶段，主要分为大型反应器、悬浮液反应器、单/多通道反应器、平板反应器、毛细管反应器等，其中，大型反应器单次反应量较大，适用于量化产氢，但其反应比表面积低，试剂浪费较大，条件监测和控制较难；悬浮液反应器与大型反应器作用原理类似，但体积变小，应用超声分散技术将催化剂分散于水中，并备有搅拌装置，加快反应速度，其缺点是催化剂使用后的分离难度较大，且悬浮液使日光发生反射、折射与吸收，造成量子效率变低；多通道反应器可认为是单通道反应器的阵列，但其流量较小，难以满足量化反应；毛细管反应器的优点是拥有较大的比表面积，但参与反应的只有管内壁与水接触的较少的催化剂，效率并不高。微型反应器量子效率较高，可以快速实现催化剂的检测，液体及催化剂均消耗较小，可以实现对流体的精确控制，但由于体积小，处理量小，多用于实验室，平板反应器是目前应用最为广泛的反应器之一。因此，有必要开发一种新型的复合光催化反应系统及方法，提供光能利用率及效率。

目前，太阳光的光催化反应器单次聚光倍数低、配光曲线导向性差、催化剂回收困难、催化装置清洗困难、催化装置制作工艺困难等问题，因此，有必要提供一种光线跟踪、聚光、导光、光伏发电、光热发电及通过表面固定有光催化剂的侧光光纤相结合的复合光催化反应系统及方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种复合光催化反应系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种复合光催化反应系统，包括空心基座10、光跟踪导光装置20、二次聚光装置30、光热发电装置40、光伏发电装置70、光催化反应装置50和储电变电装置80；二次聚光装置30设置在光跟踪导光装置20上，光跟踪导光装置20设置在空心基座10上，光催化反应装置50设置在空心基座10内；光热发电装置40、光伏发电装置70均与储电变电装置80电连接。

所述二次聚光装置30包括设置在光跟踪导光装置20上的初级反射抛物镜301、次级反射抛物镜302及连接支架303，次级反射抛物镜302通过连接支架303固定在初级反射抛物镜301上；初级反射抛物镜301的焦点与次级反射抛物镜302的焦点重合；光热发电装置40包括第一光热发电装置41，第一光热发电装置41固定设置在次级反射抛物镜302后面。

所述初级反射抛物镜301汇聚太阳光并将其反射至次级反射抛物镜302，次级反射抛物镜302将进一步汇聚的太阳光反射至光跟踪导光装置20，光跟踪导光装置20将太阳光传导至光催化反应装置50进行光催化反应；次级反射抛物镜302产生的热能传导至光热发电装置40进行光热转换产生电能，并将电能发送至储电变电装置80；光伏发电装置70将汇聚的太阳光进行光电转换产生电能，并将电能发送至储电变电装置80。

优选的，所述光伏发电装置70包括第一光伏发电装置71；第一光伏发电装置71为第一太阳能电池板71，第一光热发电装置41包括第一导热片412和第一斯特林发电机413，次级反射抛物镜302、第一太阳能电池板71、第一导热片412和第一斯特林发电机413依次紧挨固定；第一太阳能电池板71及第一斯特林发电机413均与储电变电装置80电连接；

所述次级反射抛物镜302为抛物透镜时，太阳光的第一光线穿透次级反射抛物透镜3021至第一太阳能电池板71，第一太阳能电池板71将第一光线转换为电能并发送至储电变电装置80；第一太阳能电池板71发电产生的热能通过第一导热片412传递至第一斯特林发电机413，第一斯特林发电机413将热能转换为电能并发送至储电变电装置80；太阳光的第二光线被次级反射抛物镜302反射至光跟踪导光装置20，第一光线为波长在800nm以上的光线，第二光线为波长在800nm以下的光线。

优选的，还包括红外截止滤光片90，光热发电装置40还包括第二光热发电装置42，第二光热发电装置42包括第二导热片422和第二斯特林发电机423；红外截止滤光片90设置在第一光导管201内，第二导热片422设置在红外截止滤光片90外围，第二斯特林发电机423与第二导热片422连接；

所述第一光导管201一端设有第一入光口2011；所述初级反射抛物镜301的圆心位置设有镜面通孔3011，所述初级反射抛物镜301的镜面通孔3011处通过第一耦合支架210固定在所述第一光导管201的第一入光口2011处；

所述次级反射抛物镜302为抛物反射镜面，红外截止滤光片90将汇聚的太阳光的热能传递至第二导热片422，第二斯特林发电机423将第二导热片422传送的热能进行热能转换为电能并发送至储电变电装置80。

优选的，所述光跟踪导光装置20包括第一光导管201、第二光导管202、第三光导管203、活动接头205、第一旋转组件206、第二旋转组件207、第一耦合转轴208、第二耦合转轴209、第一耦合支架210及控制组件211；

所述第一光导管201侧面设有第一出光口2012、第二光导管202一端设有第二入光口2021及其侧面设有第二出光口2022、第三光导管203一端设有第三入光口2031及其侧面设有第三出光口2032；

所述第三光导管203的第三出光口2032处通过活动接头205活动固定在空心基座10上，第二光导管202的第二出光口2022处通过第二旋转组件207及第二耦合转轴209活动固定在第三光导管203的第三入光口2031处，第一光导管201的第一出光口2012处通过第一旋转组件206及第一耦合转轴208活动固定在第二光导管202的第二入光口2021处；

所述控制组件211与储电变电装置80电连接从其获取电能，控制组件211与第一旋转组件206及第二旋转组件207相连发送控制命令，进而控制第一光导管201及第二光导管202旋转使得初级反射抛物镜301一直正面朝向太阳光。

优选的，所述控制组件211控制第一旋转组件206联动第一耦合转轴208以第一恒角速度沿太阳运动轨迹转动，第一恒角速度为2°-3°/小时；控制组件211控制第二旋转组件207联动第二耦合转轴209以第二恒角速度沿太阳运动轨迹转动，第二恒角速度为13°-17°/小时。

优选的，所述光跟踪导光装置20还包括第四光导管204、第一反射镜212、第二反射镜213、第三反射镜214、旋转轴215及第二耦合支架216；

所述第四光导管204竖向固定在空心基座10内部，第四光导管204一端设有第四入光口2041及另一端设有第四出光口2042，第三光导管203的第三出光口2032通过第二耦合支架216与第四光导管204的第四入光口2041连接；

所述第一反射镜212设置在第一光导管201中的第一出光口2012上方，第二反射镜213设置在第二光导管202中的第二出光口2022侧方，第三反射镜214设置在第三光导管203中的第三出光口2032上方，旋转轴215设置在第三反射镜214后侧；

所述第一反射镜212用于接入次级反射抛物镜302反射的太阳光的第二光线并通过第二反射镜213反射至第三反射镜214，第三反射镜214将第二光线反射至第四光导管204的第四出光口2042，旋转轴215用于调节第三反射镜214进而反射的第二光线与第四光导管204平行；第二光线为波长在800nm以下的光线，第二光线不能穿透次级反射抛物镜302进而被反射至第一反射镜212；

所述第一反射镜212、第二反射镜213及第三反射镜214成完整的光路设置；第一反射镜212与第一光导管201之间的夹角为40-50°，第二反射镜213与第二光导管202之间的夹角为40-50°，第三反射镜214在第三光导管203中的倾角可由旋转轴215调节，活动接头205可调节第三光导管203与地面的夹角为0-90°。

优选的，所述光伏发电装置70包括第二光伏发电装置72，第二光伏发电装置72包括三棱柱721、光学棱镜膜722和第二太阳能电池板723，光学棱镜膜722贴附在三棱柱721外表面；

所述三棱柱721设置在第一光导管201内用于将汇聚的太阳光进行分光，将第一光线发送至第二太阳能电池板723，第二太阳能电池板723将第一光线转换为电能并发送至储电变电装置80，三棱柱721将第二光线发送至光催化反应装置50；第一光线为波长在800nm以上的光线，第二光线为波长在800nm以下的光线。

优选的，还包括设置在空心基座10下方的光催化反应装置50，光催化反应装置50包括反应釜501、侧光光纤组502、平板反应器503、搅拌装置504、负压装置、压力表及密封耦合圈506；压力表与负压装置相连；

所述侧光光纤组502设置在反应釜501内部，侧光光纤组502上端与第四光导管204的第四出光口2042通过密封耦合圈506耦合连接；第四光导管204的第四出光口2042通过密封耦合圈506与反应釜501密封连接；

所述侧光光纤组502侧表面固定有光催化剂，侧光光纤组502用于侧面导光；搅拌装置504用于搅拌位于反应釜501内的反应液体使其充分且均匀地接触位于侧光光纤组502上的光催化剂；

所述平板反应器503设置在反应釜501内底部；平板反应器503与侧光光纤组502下端耦合连接，平板反应器503内放有光催化剂，光催化剂固定和/或悬浮在平板反应器503的反应液体内；

所述反应釜501侧方设有用于密封及存取平板反应器503的密封开合口33；反应釜501上设置有流体入口5011、第一流体出口5012、第二流体出口5013、3个电磁流量控制阀、第一耐腐蚀空心管，在流体入口5011、第一流体出口5012、第二流体出口5013上均设置有电磁流量控制阀；

所述负压装置与反应釜501的第二流体出口5013通过第一耐腐蚀空心管连接，负压装置用于调节反应釜501内部的气压，压力表用于获取反应釜501内部的实时压力值；

所述平板反应器503的侧面设有一出气孔，出气孔连接三通耐腐蚀空心管的一头、另一头连接反应釜501的第二流体出口5013、再一头放置在反应釜501内的反应液体的液面以上。

优选的，所述光催化反应装置50还包括与储电变电装置80电连接的电极阵列507；电极阵列507用于对反应液体进行电解。

优选的，还包括流体压缩回收装置，流体压缩回收装置包括气体压缩装置、储气罐、液体储存装置、3根第二耐腐蚀空心管；

所述气体压缩装置与负压装置通过第二耐腐蚀空心管连接，将由负压装置从反应釜中抽出的气体进行压缩，储气罐与气体压缩装置通过第二耐腐蚀空心管连接，液体储存装置与反应釜的第一流体出口通过第二耐腐蚀空心管连接。

实施本发明复合光催化反应系统的上述技术方案，具有如下优点或有益效果：本发明复合光催化反应系统，包括空心基座、光跟踪导光装置、二次聚光装置、光热发电装置、光伏发电装置、光催化反应装置和储电变电装置；二次聚光装置汇聚太阳光并反射至光跟踪导光装置，光跟踪导光装置将太阳光传导至光催化反应装置进行光催化反应；聚光产生的热能传导至光热发电装置进行光热转换产生电能，光伏发电装置将太阳光进行光电转换产生电能。本发明将光跟踪、聚光、导光、光伏发电、光热发电及光催化技术进行完美整合，提高了整个系统对太阳光的综合利用率；分光使光线可以满足大部分不同催化剂的光响应波长，使参与反应的光线能量密度变大，提高了反应速率，将侧光光纤组用于光催化反应的导光，提高了光催化反应效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，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，附图中：

图1是本发明复合光催化反应系统实施例的结构示意图；

图2是本发明复合光催化反应系统第一实施例的二次聚光装置结构示意图；

图3是本发明复合光催化反应系统第二实施例的结构示意图；

图4是本发明复合光催化反应系统第三实施例的结构示意图；

图5是本发明复合光催化反应系统第三实施例的光热发电装置结构示意图；

图6是本发明复合光催化反应系统第四实施例的结构示意图；

图7是本发明复合光催化反应系统第四实施例的光伏发电装置结构示意图；

图8是本发明复合光催化反应系统第五实施例的结构示意图；

图9是本发明复合光催化反应系统实施例的反应釜第一结构示意图；

图10是本发明复合光催化反应系统第六实施例的反应釜第二结构示意图；

图11是本发明复合光催化反应系统实施例的光催化反应装置结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下文将要描述的各种示例性实施例将要参考相应的附图，这些附图构成了示例性实施例的一部分，其中描述了实现本发明可能采用的各种示例性实施例，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公开相一致的所有实施方式。应明白，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明公开的一些方面相一致的装置和方法的例子，还可使用其他的实施例，或者对本文列举的实施例进行结构和功能上的修改，而不会脱离本发明的范围和实质。在其他情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本实用新型的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

根据太阳光的全光谱图，太阳光可以分为三部分：(1)紫外光线(不可见光，人眼感觉不到的光)，波长范围(波段)是10nm-400nm；(2)可见光线(人眼能看到的光)，波长范围是400nm-800nm；(3)红外光线(不可见光，人眼感觉不到的光)，波长范围是＞800nm，为了表述方便，红外光线为第一光线，即第一光线为波长在800nm以上的光线，紫外光线和可见光线合称为第二光线，即第二光线为波长在800nm以下的光线。具体的，光催化常用波长为100nm-400nm(紫外光线)及400nm-800nm(部分可见光线)，太阳能电池板的光响应波长为800nm-900nm，属于近红外光线，红外光中含热能，太阳光的热量主要通过红外线传播，斯特林发电机可将热能转换为电能，将太阳光中波长大于800nm的光线用于光伏和光热发电。

图1-11示出了本发明实施例提供的复合光催化反应系统的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

第一实施例：

本发明实施例复合光催化反应系统，包括空心基座10、光跟踪导光装置20、二次聚光装置30、光热发电装置40、光伏发电装置70、光催化反应装置50和储电变电装置80；其中，光跟踪导光装置20设置在空心基座10上，二次聚光装置30设置在光跟踪导光装置20上，光催化反应装置50设置在空心基座10内；光热发电装置40、光伏发电装置70均与储电变电装置80电连接。

在本实施例中，所述二次聚光装置30包括设置在光跟踪导光装置20上的初级反射抛物镜301、次级反射抛物镜302及连接支架303，次级反射抛物镜302通过连接支架303固定在初级反射抛物镜301上；初级反射抛物镜301的焦点与次级反射抛物镜302的焦点重合。光热发电装置40包括第一光热发电装置41，第一光热发电装置41固定设置在次级反射抛物镜302后面。

具体的，所述初级反射抛物镜301汇聚太阳光并将其反射至次级反射抛物镜302，次级反射抛物镜302将进一步汇聚的太阳光反射至光跟踪导光装置20，光跟踪导光装置20将太阳光传导至光催化反应装置50进行光催化反应；次级反射抛物镜302产生的热能传导至光热发电装置40进行光热转换产生电能，并将电能发送至储电变电装置80；光伏发电装置70将汇聚的太阳光进行光电转换产生电能，并将电能发送至储电变电装置80。

在本实施例中，所述光跟踪导光装置20包括第一光导管201、第二光导管202、第三光导管203、活动接头205、第一旋转组件206、第二旋转组件207、第一耦合转轴208、第二耦合转轴209、第一耦合支架210及控制组件211；所述第一光导管201一端设有第一入光口2011及其侧面设有第一出光口2012、第二光导管202一端设有第二入光口2021及其侧面设有第二出光口2022、第三光导管203一端设有第三入光口2031及其侧面设有第三出光口2032；同时，初级反射抛物镜301的圆心位置设有镜面通孔3011。

具体的，第三光导管203的第三出光口2032处通过活动接头205活动固定在空心基座10上，第二光导管202的第二出光口2022处通过第二旋转组件207及第二耦合转轴209活动固定在第三光导管203的第三入光口2031处，第一光导管201的第一出光口2012处通过第一旋转组件206及第一耦合转轴208活动固定在第二光导管202的第二入光口2021处，初级反射抛物镜301的镜面通孔3011处通过第一耦合支架210固定在第一光导管201的第一入光口2011处。优选的，第一旋转组件206为第一步进电机及其齿轮组，第二旋转组件207为第二步进电机及其齿轮组。

在本实施例中，所述控制组件211与储电变电装置80电连接从其获取电能，控制组件211与第一旋转组件206及第二旋转组件207相连发送控制命令，进而控制第一光导管201及第二光导管202旋转使得初级反射抛物镜301一直正面朝向太阳光。更为具体的，所述储电变电装置80通过导线组为控制组件211提供所需电能，第一旋转组件206及第二旋转组件207均通过导线组与控制组件211连接，控制组件211控制第一旋转组件206(第一步进电机)及第二旋转组件207(第二步进电机)的转速。更为具体的，所述控制组件211控制第一旋转组件206联动第一耦合转轴208以第一恒角速度沿太阳运动轨迹转动，控制组件211控制第二旋转组件207联动第二耦合转轴209以第二恒角速度沿太阳运动轨迹转动，进而保证初级反射抛物镜301一直正面朝向太阳，具体的，所述第一恒角速度为2°-3°/小时，优选为2.5°/小时；所述第二恒角速度为13°-17°/小时，优选为15.041°/小时。

具体的，所述光跟踪导光装置20还包括第四光导管204、第一反射镜212、第二反射镜213、第三反射镜214、旋转轴215及第二耦合支架216；旋转轴215设置在第三反射镜214后侧；具体的，第四光导管204竖向固定设置在空心基座10内部，第四光导管204一端设有第四入光口2041及另一端设有第四出光口2042，第三光导管203的第三出光口2032通过第二耦合支架216与第四光导管204的第四入光口2041连接；第一反射镜212设置在第一光导管201中的第一出光口2012上方，第二反射镜213设置在第二光导管202中的第二出光口2022侧方，第三反射镜214设置在第三光导管203中的第三出光口2032上方；第一反射镜212用于接入次级反射抛物镜302反射的太阳光的第二光线并通过第二反射镜213反射至第三反射镜214，第三反射镜214将第二光线反射至第四光导管204的第四出光口2042，所述旋转轴215用于调节第三反射镜214进而反射的第二光线与第四光导管204平行；第二光线为波长在800nm以下的光线，第二光线不能穿透次级反射抛物镜302进而被反射至第一反射镜212。优选的，上述第一光导管201、第二光导管202、第三光导管203、第四光导管204内部均为高反射率材料，可反射光线并减少光损失率。

具体的，所述反射镜212、第二反射镜213及第三反射镜214成完整的光路设置，第一反射镜212与第一光导管201之间的夹角为40-50°，第二反射镜213与第二光导管202之间的夹角为40-50°，第三反射镜214在第三光导管203中的倾角可由旋转轴215调节，活动接头205可调节第三光导管203与地面的夹角为0-90°。优选的，第一反射镜212与第一光导管201之间的夹角为45°，第二反射镜213与第二光导管202之间的夹角为45°，第三反射镜214在第三光导管203中的倾角可由旋转轴215调节，活动接头205可调节第三光导管203与地面的夹角为0-90°。

如此设置，在使用时使第三光导管203与地面形成与该系统所在地地理纬度相同的夹角，并调整旋转轴215使第三反射镜214的倾角与地面呈45°，可使初级反射抛物镜301可以一直正面朝向太阳光，保证抛物面接收的入射太阳光保持最大光照度，且可以使由次级反射抛物镜302射出的近平行光在多个光导管中传输时减少光线反射次数，降低光损失率。

在本实施例中，所述光伏发电装置70包括第一光伏发电装置71；第一光伏发电装置71为第一太阳能电池板71，第一光热发电装置41包括第一导热片412和第一斯特林发电机413，次级反射抛物镜302、第一太阳能电池板71、第一导热片412和第一斯特林发电机413依次紧挨固定；第一太阳能电池板71及第一斯特林发电机413均与储电变电装置80电连接。

当次级反射抛物镜302为抛物透镜时，太阳光的第一光线穿透次级反射抛物透镜3021(次级反射抛物镜302)至第一太阳能电池板71，第一太阳能电池板71将第一光线转换为电能并发送至储电变电装置80；第一太阳能电池板71发电产生的热能通过第一导热片412传递至第一斯特林发电机413，第一斯特林发电机413将热能转换为电能并发送至储电变电装置80；太阳光的第二光线被次级反射抛物镜302反射至光跟踪导光装置20，第一光线为波长在800nm以上的光线，第二光线为波长在800nm以下的光线。具体的，由初级反射抛物镜301汇聚的太阳光的第一光线可以穿透次级反射抛物镜302至第一太阳能电池板71，第二光线不能穿透次级反射抛物镜302被反射至光跟踪导光装置20。

在本实施例中，第一光热发电装置41和第一光伏发电装置71固定安装在一起，包括第一太阳能电池板71、第一导热片412、第一斯特林发电机413，第一太阳能电池板71固定在次级反射抛物镜302的后方，第一导热片412一侧固定在第一太阳能电池板71的后方，第一斯特林发电机413固定在第一导热片412另一侧，第一太阳能电池板71及第一斯特林发电机413均与储电变电装置80电连接。优选的，第一太阳能电池板71为晶体硅基太阳能电池板。所述第一太阳能电池板71及第一斯特林发电机413均通过导线与储电变电装置80电连接，该储电变电装置80具有变电和储电功能，可将第一太阳能电池板71及第一斯特林发电机413所产生的电能进行变压和储存，并提供给用电装置。

在本实施例中，初级反射抛物镜301汇聚太阳光并将其反射至次级反射抛物镜302，太阳光的第一光线穿透次级反射抛物镜302至第一太阳能电池板71，第一太阳能电池板71将第一光线转换为电能并发送至储电变电装置80；第一太阳能电池板71发电产生的热能通过第一导热片412传递至第一斯特林发电机413，第一斯特林发电机413将热能转换为电能并发送至储电变电装置80。如此设置，可在初级反射抛物镜301运动的同时联动次级反射抛物镜302，且两个抛物面的焦点重合，可使射出次级反射抛物镜302的光线近似为平行光，通过对光线的二次聚焦，可提高次级反射抛物镜302的出射光线的能量密度。透过次级反射抛物镜302的光线中波长大于800nm的部分可由固定在次级反射抛物镜302后方的第一太阳能电池板71利用转换并产生电能，第一导热片412的应用可使透过次级反射抛物镜302中波长大于800nm的光线中所含的热能更好地导向第一斯特林发电机413，由此使第一斯特林电机413进行发电，尽可能多地利用光线中所含的能量，且储电变电装置80将所产生的电能进行变压，以适应整个系统运行的所需电压，并将变压后的电能进行储存或输送至电网。

在本实施例中，系统还包括设置在空心基座10下方的光催化反应装置50，光催化反应装置50包括反应釜501、侧光光纤组502、平板反应器503、搅拌装置504、负压装置及密封耦合圈506。具体的，侧光光纤组502设置在反应釜501内部，侧光光纤组502上端与第四光导管204的第四出光口2042通过密封耦合圈506耦合连接；第四光导管204的第四出光口2042通过密封耦合圈506与反应釜501密封连接；侧光光纤组502侧表面固定有光催化剂，侧光光纤组502用于侧面导光，实现对反应釜501中水的光催化产氢或处理水中有机物的反应；搅拌装置504用于搅拌位于反应釜501内的反应液体使其充分且均匀地接触位于侧光光纤组502上的光催化剂。

具体的，光催化反应装置50还设有位于反应釜501内底部的平板反应器503；平板反应器503与侧光光纤组502下端耦合连接，平板反应器503内放有光催化剂，光催化剂固定和/或悬浮在平板反应器503的反应液体内，实现光催化产氢或处理水中有机物的反应；如此设置，可以满足目前大部分不同催化剂的光响应波长，并且可以更加充分地将光导至深层的反应底物中，避免了常规反应中因反应底物透光性差造成的光催化反应效率低。同时，反应釜501侧方设有用于密封及存取平板反应器503的所述密封开合口33。

光催化反应装置50还包括负压装置及与负压装置相连的压力表；同时，反应釜501上设置有流体入口5011、第一流体出口5012、第二流体出口5013、3个电磁流量控制阀、第一耐腐蚀空心管，在流体入口5011、第一流体出口5012、第二流体出口5013上均设置有电磁流量控制阀，进而可以精确控制流体进出反应釜501的流量。负压装置与反应釜501的第二流体出口5013通过第一耐腐蚀空心管连接，负压装置用于调节反应釜501内部的气压，压力表用于获取反应釜501内部的实时压力值。具体的，负压装置通过抽气方式将反应釜501内气压达到低于外界气压状态。

如此设置，可以依据不同反应物质的反应时长精确控制反应底物的进出量和反应釜501内的气压。其中，反应釜501上流体入口5011可通过待反应的流体，第一流体出口5012可通过反应后的液体，产生的液体汇集到液体储存装置中，第二流体出口5013可通过反应后产生的气体，产生的气体通过气体压缩装置汇集到储气罐中。更为具体的，所述负压装置与反应釜501上的第二流体出口5013通过第一耐腐蚀空心管连接，压力表与负压装置相连实时获取反应釜501的内部压力值。

在本实施例中，所述平板反应器503可以为上下面透明且侧面为六面体的过滤网或全透明且密封的全透明六面体(也可以为圆柱体、四面体等等)，过滤网用于过滤悬浮在所述平板反应器503内的光催化剂；具体的，所述全透明六面体的一侧面设有一出气孔，出气孔连接三通耐腐蚀空心管的一头、另一头连接反应釜501的第二流体出口5013、再一头放置在反应釜501内的反应液体的液面以上。也就是，所述平板反应器503为上下面透明，侧面为六面体的过滤网，过滤网用于过滤平板反应器503内的悬浮催化剂；平板反应器503还可以全透明且密封的六面体，该六面体的一侧面设有一出气孔，该出气孔连接三通耐腐蚀空心管的一头、三通耐腐蚀空心管的另一头连接反应釜501的第二流体出口5013、三通耐腐蚀空心管的再一头放置在反应釜501内的反应底物液面以上。

在本实施例中，系统还包括流体压缩回收装置，流体压缩回收装置包括气体压缩装置、储气罐、液体储存装置、3根第二耐腐蚀空心管；气体压缩装置与负压装置通过第二耐腐蚀空心管连接，将由负压装置从反应釜中抽出的气体进行压缩，储气罐与气体压缩装置通过第二耐腐蚀空心管连接，液体储存装置与反应釜的第一流体出口通过第二耐腐蚀空心管连接。

第二实施例：

本实施例与第一实施例相同部分不在此赘述，与第一实施例不同的在于光热发电装置40。

本实施例系统还包括红外截止滤光片90，所述光热发电装置40还包括第二光热发电装置42，第二光热发电装置42包括第二导热片422和第二斯特林发电机423；具体的，红外截止滤光片90设置在光跟踪导光装置20的第一光导管201内，第二导热片422设置在红外截止滤光片90外围，第二斯特林发电机423与第二导热片422连接。

具体的，所述第一光导管201一端设有第一入光口2011；所述初级反射抛物镜301的圆心位置设有镜面通孔3011，所述初级反射抛物镜301的镜面通孔3011处通过第一耦合支架210固定在所述第一光导管201的第一入光口2011处。

所述次级反射抛物镜302为抛物反射镜面，初级反射抛物镜301汇聚太阳光并将其反射至次级反射抛物镜302，该次级反射抛物镜302将进一步汇聚的太阳光全部反射至光跟踪导光装置20，红外截止滤光片90将汇聚的太阳光的热能传递至第二导热片422，第二斯特林发电机423将第二导热片422传送的热能进行热能转换为电能并发送至储电变电装置80。红外截止滤光片90用于过滤红外波段的太阳光，其他可见光可以通过，并通过光跟踪导光装置20传导至光催化反应装置50进行光催化反应。

具体的，红外截止滤光片90(又叫红外滤光片或吸热过滤片)，是一种应用于过滤红外波段的滤镜。比如装在白炽光灯的设备上(如：幻灯片、投影机)可以阻挡不必要的热度灼伤镜头，装在固态电子器件(CCD或CMOS)的摄影机上，可以阻止红外线穿过摄像机的镜头造成图片失真。

第三实施例：

本实施例与第一实施例相同部分不在此赘述，与第一实施例不同的在于光伏发电装置70。

如图4-5所示，本实施例系统的光伏发电装置70还包括第二光伏发电装置72，第二光伏发电装置72包括三棱柱721、光学棱镜膜722和第二太阳能电池板723，光学棱镜膜722贴附在三棱柱721外表面；具体的，三棱柱721设置在第一光导管201内用于将汇聚的太阳光进行分光，将第一光线发送至第二太阳能电池板723，第二太阳能电池板723将第一光线转换为电能并发送至储电变电装置80，三棱柱721将第二光线发送至光催化反应装置50。

第四实施例：

本实施例与第一实施例相同部分不在此赘述，与第一实施例不同的在于光催化反应装置50。

如图6-7所示，光催化反应装置50还包括与储电变电装置80电连接的电极阵列507；所述电极阵列507用于对反应液体进行电解。具体的，电极阵列507从储电变电装置80获取电能，进而通过对反应液体进行电解处理，尤其是在没有太阳光时，可以通过电解对反应液体进行电解处理，大大提高了光催化反应装置50的综合利用效率。

第五实施例：

本实施例使用该系统进行光催化处理水中的有机污染物，具体地，本发明复合光催化反应系统的操作流程方法为：手动调整活动接头205，使第三光导管203与地面形成与该系统所在地地理纬度相同的夹角，手动调整旋转轴215使反射镜M5的倾角与地面呈45°，将初级反射抛物镜301调至正面朝向太阳光的位置，太阳光照到初级反射抛物镜301上并反射聚焦到次级反射抛物镜302上，次级反射抛物镜302将汇聚的太阳光谱重新分配，其中大于800nm的第二光线透过次级反射抛物镜302射到第一太阳能电池板71上，使该第一太阳能电池板71进行发电，所发电量通过导线组传输到储电变电装置80中储存并变电，所述第一太阳能电池板71响应波长为800nm-900nm，所产生的热量通过第一导热片412传输到第一斯特林发电机413上，所发电量通过导线组传输到储电变电装置80中储存并变电，所述储电变电装置通过导线组为控制组件211提供电量，所述控制组件211控制第一旋转组件206以第一恒角速度及第二旋转组件207以第二恒角速度沿太阳运动轨迹转动，保证初级反射抛物镜301一直正面朝向太阳；其中小于800nm的光线通过第一光导管201、第二光导管202、第三光导管203、第四光导管204、第一反射镜212、第二反射镜213、第三反射镜214最终传输到侧光光纤组502，侧光光纤组502侧表面固定有光催化剂，实现对反应釜中反应液体的光催化氧化还原反应，反应釜中的搅拌装置，可以使反应液体充分且均匀地接触位于侧光光纤组502上的光催化剂，侧光光纤组502另一端将其他的光导向反应釜下端的平板反应器，平板反应器中放置有处理反应液体中的光催化剂，该平板反应器为上、下面透明，四侧面为滤网状的六面体结构，该滤网可以过滤平板反应器内的光催化剂，实现待反应的反应液体可以自由出入平板反应器，但光催化剂只能在平板反应器中的目的，使光催化剂的回收更加方便。其中反应釜上流体入口可通过待反应的反应液体，第一流体出口5012可通过反应后的液体，反应后的液体进入液体储存装置，第二流体出口5013可通过反应后产生的废气，产生的废气通过气体压缩装置汇集到储气罐中。

第六实施例：

本实施例为使用该系统进行光催化水制氢气的反应，反应釜为负压状态，可提高气体生成效率。侧光光纤侧表面固定有产氢光催化剂，实现对反应釜中水的光催化产氢反应，反应进行时，负压装置工作，使反应釜内气压低于外界气压，实现负压条件下的光催化产氢反应，由于三通耐腐蚀空心管的存在，使平板反应器内气压与反应釜内气压相同，同样使平板反应器内实现负压条件下的光催化产氢反应。其中反应釜上流体入口5011可通过待反应的液体，第一流体出口5012可通过反应后的液体，反应后的水体进入液体储存装置，第二流体出口5013可通过反应后产生的氢气，产生的氢气通过负压装置和气体压缩装置汇集到储气罐中。

本发明将光跟踪导光装置和二次聚光装置以及光伏发电、光热发电、光催化技术整合，提高了整个系统对太阳光的利用率；对反应中所需光线进行了二次汇聚，使参与反应的光线能量密度变大，提高了反应速率，且将不同波长的光用于发电及光催化，提高了能量利用率；使用自动跟踪技术对太阳运动轨迹进行跟踪，使理论上始终可以得到最大光照度；首次将侧光光纤组用于光催化反应的导光，提高了光催化反应效率，改变了因普通导光光纤侧面导光率低而导致的催化反应效率低的现状；次级反射抛物面的分光作用使进入反应釜的光线可以满足大部分不同催化剂的光响应波长，并且侧光光纤组的导光作用可以更加充分地将光导至深层的反应液体中，避免了常规反应中因反应液体透光性差造成光催化反应效率低。

本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。本发明公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种复合光催化反应系统，其特征在于，包括空心基座(10)、光跟踪导光装置(20)、二次聚光装置(30)、光热发电装置(40)、光伏发电装置(70)、光催化反应装置(50)和储电变电装置(80)；

所述光跟踪导光装置(20)设置在所述空心基座(10)上，所述二次聚光装置(30)设置在所述光跟踪导光装置(20)上，所述光催化反应装置(50)设置在所述空心基座(10)内；所述光热发电装置(40)、光伏发电装置(70)均与所述储电变电装置(80)电连接；

所述二次聚光装置(30)包括设置在所述光跟踪导光装置(20)上的初级反射抛物镜(301)、次级反射抛物镜(302)及连接支架(303)，所述次级反射抛物镜(302)通过所述连接支架(303)固定在所述初级反射抛物镜(301)上；所述初级反射抛物镜(301)的焦点与所述次级反射抛物镜(302)的焦点重合；所述光热发电装置(40)包括第一光热发电装置(41)，所述第一光热发电装置(41)固定设置在所述次级反射抛物镜(302)后面；

所述初级反射抛物镜(301)汇聚太阳光并将其反射至所述次级反射抛物镜(302)，所述次级反射抛物镜(302)将进一步汇聚的所述太阳光反射至所述光跟踪导光装置(20)，所述光跟踪导光装置(20)将所述太阳光传导至光催化反应装置(50)进行光催化反应；所述次级反射抛物镜(302)产生的热能传导至所述光热发电装置(40)进行光热转换产生电能，并将所述电能发送至所述储电变电装置(80)；所述光伏发电装置(70)将汇聚的所述太阳光进行光电转换产生电能，并将所述电能发送至所述储电变电装置(80)；

所述光伏发电装置(70)包括第一光伏发电装置(71)；所述第一光伏发电装置(71)为第一太阳能电池板(71)，所述第一光热发电装置(41)包括第一导热片(412)和第一斯特林发电机(413)，所述次级反射抛物镜(302)、第一太阳能电池板(71)、第一导热片(412)和第一斯特林发电机(413)依次紧挨固定；所述第一太阳能电池板(71)及所述第一斯特林发电机(413)均与所述储电变电装置(80)电连接；

所述次级反射抛物镜(302)为抛物透镜时，所述太阳光的第一光线穿透次级反射抛物透镜(3021)至所述第一太阳能电池板(71)，所述第一太阳能电池板(71)将所述第一光线转换为电能并发送至所述储电变电装置(80)；所述第一太阳能电池板(71)发电产生的热能通过所述第一导热片(412)传递至所述第一斯特林发电机(413)，所述第一斯特林发电机(413)将所述热能转换为电能并发送至所述储电变电装置(80)；所述太阳光的第二光线被所述次级反射抛物透镜(3021)反射至所述光跟踪导光装置(20)，所述第一光线为波长在800nm以上的光线，所述第二光线为波长在800nm以下的光线；

还包括红外截止滤光片(90)，所述光热发电装置(40)还包括第二光热发电装置(42)，第二光热发电装置(42)包括第二导热片(422)和第二斯特林发电机(423)；

所述红外截止滤光片(90)设置在所述光跟踪导光装置(20)的第一光导管(201)内，所述第二导热片(422)设置在所述红外截止滤光片(90)外围，所述第二斯特林发电机(423)与所述第二导热片(422)连接；

所述第一光导管(201)一端设有第一入光口(2011)；所述初级反射抛物镜(301)的圆心位置设有镜面通孔(3011)，所述初级反射抛物镜(301)的镜面通孔(3011)处通过第一耦合支架(210)固定在所述第一光导管(201)的第一入光口(2011)处；

所述次级反射抛物镜(302)为抛物反射镜面时，所述红外截止滤光片(90)将汇聚的所述太阳光的热能传递至所述第二导热片(422)，所述第二斯特林发电机(423)将所述第二导热片(422)传送的热能进行热能转换为电能并发送至所述储电变电装置(80)。

2.根据权利要求1所述的复合光催化反应系统，其特征在于，所述光跟踪导光装置(20)包括所述第一光导管(201)、第二光导管(202)、第三光导管(203)、活动接头(205)、第一旋转组件(206)、第二旋转组件(207)、第一耦合转轴(208)、第二耦合转轴(209)、第一耦合支架(210)及控制组件(211)；

所述第一光导管(201)侧面设有第一出光口(2012)、所述第二光导管(202)一端设有第二入光口(2021)及其侧面设有第二出光口(2022)、所述第三光导管(203)一端设有第三入光口(2031)及其侧面设有第三出光口(2032)；

所述第三光导管(203)的第三出光口(2032)处通过所述活动接头(205)活动固定在所述空心基座(10)上，所述第二光导管(202)的第二出光口(2022)处通过所述第二旋转组件(207)及第二耦合转轴(209)活动固定在所述第三光导管(203)的第三入光口(2031)处，所述第一光导管(201)的第一出光口(2012)处通过所述第一旋转组件(206)及第一耦合转轴(208)活动固定在所述第二光导管(202)的第二入光口(2021)处；

所述控制组件(211)与所述储电变电装置(80)电连接从其获取电能，所述控制组件(211)与所述第一旋转组件(206)及第二旋转组件(207)相连发送控制命令，进而控制所述第一光导管(201)及第二光导管(202)旋转使得所述初级反射抛物镜(301)一直正面朝向所述太阳光。

3.根据权利要求2所述的复合光催化反应系统，其特征在于，所述控制组件(211)控制所述第一旋转组件(206)联动所述第一耦合转轴(208)以第一恒角速度沿太阳运动轨迹转动，所述第一恒角速度为2°-3°/小时；所述控制组件(211)控制所述第二旋转组件(207)联动所述第二耦合转轴(209)以第二恒角速度沿太阳运动轨迹转动，所述第二恒角速度为13°-17°/小时。

4.根据权利要求2所述的复合光催化反应系统，其特征在于，所述光跟踪导光装置(20)还包括第四光导管(204)、第一反射镜(212)、第二反射镜(213)、第三反射镜(214)、旋转轴(215)及第二耦合支架(216)；

所述第四光导管(204)竖向固定在所述空心基座(10)内部，所述第四光导管(204)一端设有第四入光口(2041)及另一端设有第四出光口(2042)，所述第三光导管(203)的第三出光口(2032)通过所述第二耦合支架(216)与所述第四光导管(204)的第四入光口(2041)连接；

所述第一反射镜(212)设置在所述第一光导管(201)中的第一出光口(2012)上方，所述第二反射镜(213)设置在所述第二光导管(202)中的第二出光口(2022)侧方，所述第三反射镜(214)设置在所述第三光导管(203)中的第三出光口(2032)上方，所述旋转轴(215)设置在所述第三反射镜(214)后侧；

所述第一反射镜(212)用于接入所述次级反射抛物镜(302)反射的所述太阳光的第二光线并通过所述第二反射镜(213)反射至所述第三反射镜(214)，所述第三反射镜(214)将所述第二光线反射至所述第四光导管(204)的第四出光口(2042)，所述旋转轴(215)用于调节所述第三反射镜(214)进而反射的所述第二光线与所述第四光导管(204)平行；所述第二光线为波长在800nm以下的光线，所述第二光线不能穿透所述次级反射抛物镜(302) 进而被反射至所述第一反射镜(212)；

所述第一反射镜(212)、第二反射镜(213)及第三反射镜(214)成完整的光路设置；所述第一反射镜(212)与所述第一光导管(201)之间的夹角为40-50°，所述第二反射镜(213)与所述第二光导管(202)之间的夹角为40-50°，所述第三反射镜(214)在所述第三光导管(203)中的倾角可由所述旋转轴(215)调节，所述活动接头(205)可调节所述第三光导管(203)与地面的夹角为0-90°。

5.根据权利要求1所述的复合光催化反应系统，其特征在于，所述光伏发电装置(70)包括第二光伏发电装置(72)，所述第二光伏发电装置(72)包括三棱柱(721)、光学棱镜膜(722)和第二太阳能电池板(723)，所述光学棱镜膜(722)贴附在所述三棱柱(721)外表面；

所述三棱柱(721)设置在所述第一光导管(201)内用于将汇聚的所述太阳光进行分光，将第一光线发送至所述第二太阳能电池板(723)，所述第二太阳能电池板(723)将所述第一光线转换为电能并发送至所述储电变电装置(80)，所述三棱柱(721)将第二光线发送至所述光催化反应装置(50)；所述第一光线为波长在800nm以上的光线，所述第二光线为波长在800nm以下的光线。

6.根据权利要求4所述的复合光催化反应系统，其特征在于，还包括设置在所述空心基座(10)下方的光催化反应装置(50)，所述光催化反应装置(50)包括反应釜(501)、侧光光纤组(502)、平板反应器(503)、搅拌装置(504)、负压装置、压力表及密封耦合圈(506)；所述压力表与所述负压装置相连；

所述侧光光纤组(502)设置在所述反应釜(501)内部，所述侧光光纤组(502)上端与所述第四光导管(204)的第四出光口(2042)通过所述密封耦合圈(506)耦合连接；所述第四光导管(204)的第四出光口(2042)通过所述密封耦合圈(506)与所述反应釜(501)密封连接；

所述侧光光纤组(502)侧表面固定有光催化剂，所述侧光光纤组(502)用于侧面导光；所述搅拌装置(504)用于搅拌位于所述反应釜(501)内的反应液体使其充分且均匀地接触位于所述侧光光纤组(502)上的光催化剂；

所述平板反应器(503)设置在所述反应釜(501)内底部；所述平板反应器(503)与所述侧光光纤组(502)下端耦合连接，所述平板反应器(503)内放有光催化剂，所述光催化剂固定和/或悬浮在所述平板反应器(503)的反应液体内；

所述反应釜(501)侧方设有用于密封及存取所述平板反应器(503)的密封开合口(33)；所述反应釜(501)上设置有流体入口(5011)、第一流体出口(5012)、第二流体出口(5013)、3个电磁流量控制阀、第一耐腐蚀空心管，在所述流体入口(5011)、第一流体出口(5012)、第二流体出口(5013)上均设置有所述电磁流量控制阀；

所述负压装置与所述反应釜(501)的第二流体出口(5013)通过所述第一耐腐蚀空心管连接，所述负压装置用于调节所述反应釜(501)内部的气压，所述压力表用于获取所述反应釜(501)内部的实时压力值；

所述平板反应器(503)的侧面设有一出气孔，所述出气孔连接三通耐腐蚀空心管的一头、另一头连接所述反应釜(501)的第二流体出口(5013)、再一头放置在所述反应釜(501)内的反应液体的液面以上。

7.根据权利要求6所述的复合光催化反应系统，其特征在于，所述光催化反应装置(50)还包括与所述储电变电装置(80)电连接的电极阵列(507)；所述电极阵列(507)用于对所述反应液体进行电解。

8.根据权利要求6所述的复合光催化反应系统，其特征在于，还包括流体压缩回收装置，所述流体压缩回收装置包括气体压缩装置、储气罐、液体储存装置、3根第二耐腐蚀空心管；

所述气体压缩装置与所述负压装置通过所述第二耐腐蚀空心管连接，将由所述负压装置从所述反应釜中抽出的气体进行压缩，所述储气罐与气体压缩装置通过所述第二耐腐蚀空心管连接，所述液体储存装置与所述反应釜的第一流体出口通过所述第二耐腐蚀空心管连接。

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