CN109999772A - 具有空气净化功能的PVT系统及该系统中的光催化剂TiO2涂层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了具有空气净化功能的PVT系统及该系统中的光催化剂TiO2涂层的制备方法，所述PVT系统包括透明盖板，设置于透明盖板下方的空气流道，设置于空气流道下方的高透玻璃，设置于高透玻璃下方的若干个光伏电池，设置于光伏电池下方的背板，设置于背板下表面的保温层，设置于保温层顶部紧贴背板底面的若干根排管，设置于透明盖板与空气流道之间的光催化剂TiO2涂层。通过太阳光中紫外光部分驱动TiO2光催化氧化反应，PVT模块吸收可见光谱和近红外光谱用于产电能的同时获得的热能用于加热水和空气。除此之外，过滤掉紫外光能有效保护PV模块老化延长模块寿命。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能空气净化领域，更具体地说，是涉及具有空气净化功能的PVT系统及该系统中的光催化剂TiO2涂层的制备方法。
背景技术
背景一：众所周知，对于PV模块，太阳光谱中的紫外光、可见光和近红外光是主要的有效光谱部分。然而，对于PV模块而言，利用全太阳光光谱是很困难的。一方面，PV模块不能利用太阳光谱中的远红外部分，且远红外光谱将会导致PV模块温度升高从而导致电效率降低。而PVT技术将远红外光谱的能量用于加热制冷工质水或者空气，从而有效的解决这个问题。另一方面，对于晶体硅太阳能电池，在紫外光照射下，每个光子有三倍晶体硅的间隙能，而PV模块在每个光子激发下只能利用一个电子-空穴对，其余的能量以热能散失，这表明PV模块在紫外光部分有较低的光子利用率。
背景二：由于现代建筑优异的密闭性和室内污染源的不断释放，人们现在越来越关注居民建筑和公共建筑的室内空气质量问题，根据数据统计，人类在室内度过的时间至少占70％或者以上，对于久居城市的居民，在室内的时间更是达到90％以上。然而，一方面由于传统化石能源的大规模应用导致室外污染愈发越严重，进而加剧室内污染问题，另一方面室内装潢材料和高档家具大规模使用也使室内释放的污染物浓度越来越高室内环境污染问题现如今越来越受到人们的关注。TiO2光催化氧化技术是一种先进的环境净化技术，其在太阳光谱中的响应区间是正好是紫外光。在紫外光照射下，会产生高活性的羟基自由基，能与有机污染物反应。
然而现有技术开发的PVT系统无法同时兼有既能使用太阳光进行发电制热和空气净化的功能，对全太阳光光谱利用率低。
发明内容
为克服现有技术中的上述缺陷，本发明提供具有空气净化功能的PVT系统及该系统中的光催化剂TiO2涂层的制备方法。
为实现上述目的，本发明一方面提供具有空气净化功能的PVT系统，包括透明盖板，设置于透明盖板下方的空气流道，设置于空气流道下方的高透玻璃，设置于高透玻璃下方的若干个光伏电池，设置于光伏电池下方的背板，设置于背板下表面的保温层，设置于保温层顶部紧贴背板底面的若干根排管，设置于透明盖板与空气流道之间的光催化剂TiO2涂层。
作为优选的，所述透明盖板为鹏硅酸盐玻璃，所述鹏硅酸盐玻璃在100nm-400nm的紫外光波段的透过率为83％，所述鹏硅酸盐玻璃的全太阳光谱波段透过率为91％。
作为优选的，所述透明盖板与光催化剂TiO2涂层结合后的全光谱透过率为75％-80％，紫外光吸收率为90％-92％。
作为优选的，还包括EVA，所述EVA设置于光伏电池的顶面与底面。
作为优选的，所述光伏电池板为厚度0.4mm-0.9mm的晶体硅电池，光伏电池在背板上的覆盖率为0.6-0.9。
作为优选的，所述光伏电池之间空隙处的背板上设有涂层，涂层材料为黑色铬涂层或选择性吸收涂层，黑色铬涂层或选择性吸收涂层的吸收率为0.90-0.95，发射率为0.1-0.9。
作为优选的，所述若干根排管的相邻两根排管之间的间距为80mm-150mm。
作为优选的，所述保温层由玻璃纤维、聚氨酯或者酚醛树脂制成，所述保温层的厚度为30mm-60mm。
作为优选的，所述空气流道的厚度为100mm-300mm。
本发明另一方面提供具有空气净化功能的PVT系统的光催化剂TiO2涂层的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)使用硅酸钠作为粘结剂，将商用的TiO2粉末和九水硅酸钠Na2SiO3·9H2O按摩尔比为50:1的量配比后一起添加到去离子水中搅拌一定时间至得到白色的均匀混合液；
(2)将悬浊液喷涂在提前清洗干净的硼硅酸盐玻璃基体上，放在干燥箱中干燥，干燥温度为80℃，干燥时间为1小时，如此喷涂-干燥循环几次直到催化剂附着量达到预先设定的值；
(3)将制备好的光催化玻璃放在干燥箱中100℃干燥一定时间去除所有的水分；
(4)放在马弗炉中400℃中烧结1小时，升温速率为2℃/min，光催化涂层制备完成，TiO2负载量为1.855g/m2。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、将传统PVT系统中的作为盖板的普通玻璃更换成硼硅酸盐玻璃，硼硅酸盐玻璃在10nm-400nm的紫外光波段透过率83％，太阳能全波段透过率为91％，而带有光催化层的硼硅酸盐玻璃与光催化剂TiO2涂层结合后的全光谱透过率约为78％，紫外光吸收率为91％，这样太阳光中的紫外光能有效TiO2层吸收，用于光催化材料降解室内污染物；同时余下的可见光和红外光被PV/T模块吸收实现发电合集热。
2、传统PV模块在紫外光部分有较低的光子利用率，通过分光谱利用的方法，紫外光部分被光催化剂TiO2涂层利用，而余下部分被PVT模块应用，根据材料光谱特性在不同的光谱区间利用不同的材料，能使太阳光具有最大潜能的利用。
3、太阳辐射下，光催化剂TiO2涂层在紫外光作用下能实现对空气流道中的空气进行杀菌，并能实现对透明盖板的自清洁功能，可以减小维护费用。
综上所述，本发明所述的太阳能净化技术和光伏光热技术综合应用的建筑屋顶，具有很好的市场推广价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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是本发明实施例提供的具有空气净化功能的PVT系统的结构图；
图2是本发明实施例提供的具有空气净化功能的PVT系统应用于室内的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的实施例提供具有空气净化功能的PVT系统。
请参考图1，本发明一方面提供具有空气净化功能的PVT系统，包括透明盖板1，设置于透明盖板1下方的空气流道3，设置于空气流道3下方的高透玻璃4，设置于高透玻璃4下方的若干个光伏电池6，设置于光伏电池6下方的背板7，设置于背板7下表面的保温层9，设置于保温层9顶部紧贴背板7底面的若干根排管8，设置于透明盖板1与空气流道3之间的光催化剂TiO2涂层2，所述光伏电池6的顶面与底面设置有EVA5，所述TiO2为商用的P25型，背板7的材料为铝。
所述透明盖板1为鹏硅酸盐玻璃，所述鹏硅酸盐玻璃在100nm-400nm的紫外光波段的透过率为83％，所述鹏硅酸盐玻璃的全太阳光谱波段透过率为91％。
所述透明盖板1与光催化剂TiO2涂层2结合后的全光谱透过率为75％-80％，紫外光吸收率为90％-92％。
所述光伏电池板6为厚度0.4mm-0.9mm的晶体硅电池，光伏电池在背板7上的覆盖率为0.6-0.9。
所述光伏电池6之间空隙处的背板7上设有涂层，涂层材料为黑色铬涂层，所述黑色铬涂层或选择性吸收涂层的吸收率为0.90，发射率为0.9。当然，也可以使用其他或选择性吸收涂层作为涂层。所述黑色铬涂层或选择性吸收涂层的吸收率也可以为0.90-0.95中的任意值，发射率也可以为0.1-0.9中的任意值，均可达到系统要求的吸收率以及发射率要求。
所述光伏电池6为厚度0.5mm的晶体硅电池，标准效率为17.8％，电池覆盖因子为0.6。均匀排布的光伏电池6通过层压技术和背板7之间实现无缝连接，层压厚度为0.7mm。
所述若干根排管8的相邻两根排管之间的，均匀排布的焊接水管8焊接于背板7的底面；均匀排布的排管8呈直立状，相邻的两根排管8之间的间距为120mm，外管径为10mm，管壁厚为0.5mm，均匀排布的排管8上端均连通着上集管，上集管上开设有热水出口，均匀排布的排管8的下端均连通着下集管，下集管上开设有冷水出口。当然，在其他实施例中相邻的两根排管8之间的间距也可以为80mm-150mm中任意值，排管8均可达到预设的冷却效果。循环水流可采用交流水泵驱动，水流量为0.05-0.1L/s，蓄热水箱容积为100L-150L之间即可，本实施例中采用120L容积的蓄热水箱。
如图2所示，为空气的流动方向，为水流方向，为电流方向，█表示HCHO，▲表示CO2，●表示H2O，PVT系统10的尺寸为长x宽＝2mx 1m，将PVT系统10装设于房屋20的屋顶21上，在冬季白天时，在室外太阳光照射下，以污染物甲醛为例，含有甲醛的室内空气在热虹吸或者风机的作用下进入空气流道3；在室外紫外光激发产生的光催化氧化作用下，甲醛气被TiO2涂层降解为CO2和H2O；余下的可见光和红外光部分达到光伏模块，产生可再生电能；同时，水管中的冷水和空气流道中的空气能对PV模块起到冷却的作用，从而在提升系统的电效率的同时为室内的家用设备22实现采暖和热水供应，再者，在太阳辐射下，光催化剂TiO2涂层2在紫外光作用下能实现对空气流道3中的空气进行杀菌，并能实现对透明盖板1的自清洁功能，可以减小维护费用。
本实施例中，所述保温层9的材料为玻璃纤维、厚度为30mm；当然，所述保温层9也可以由聚氨酯或者酚醛树脂制成，所述保温层9的厚度也可以为30mm-60mm中的任意值，均可达到预设的保温效果。
所述空气流道3的厚度为120mm，其也可以为100mm-300mm之间的任意值，空气流道3中的空气采用风机驱动空气流动，风速为0.2m/s。
本发明主要针对冬季运行，蓄热水箱中水的初始温度为5℃，室内甲醛初始浓度为600ppb，选取的运行时间为9:00-16:00。
通过上述实施例，采用中国合肥地区采暖季节(12月、1月和2月)的气象数据，可以计算得出甲醛平均单次通过率为47.2％，平均产生的干净空气量为248.1m3/(m2·天)；平均电效率为12.5％，平均空气采暖效率为12.1％，平均热水效率为42.5％。
本发明另一方面提供具有空气净化功能的PVT系统的光催化剂TiO2涂层2的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)使用硅酸钠作为粘结剂，将商用的TiO2粉末和九水硅酸钠Na2SiO3·9H2O按摩尔比为50:1的量配比后一起添加到去离子水中搅拌一定时间至得到白色的均匀混合液；
(2)将悬浊液喷涂在提前清洗干净的硼硅酸盐玻璃基体上，放在干燥箱中干燥，干燥温度为80℃，干燥时间为1小时，如此喷涂-干燥循环几次直到催化剂附着量达到预先设定的值；
(3)将制备好的光催化玻璃放在干燥箱中100℃干燥一定时间去除所有的水分；
(4)放在马弗炉中400℃中烧结1小时，升温速率为2℃/min，光催化涂层制备完成，TiO2负载量为1.855g/m2。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.具有空气净化功能的PVT系统，其特征在于：包括透明盖板(1)，设置于透明盖板(1)下方的空气流道(3)，设置于空气流道(3)下方的高透玻璃(4)，设置于高透玻璃(4)下方的若干个光伏电池(6)，设置于光伏电池(6)下方的背板(7)，设置于背板(7)下表面的保温层(9)，设置于保温层(9)顶部紧贴背板(7)底面的若干根排管(8)，设置于透明盖板(1)与空气流道(3)之间的光催化剂TiO2涂层(2)。
2.根据权利要求1所述的具有空气净化功能的PVT系统，其特征在于：所述透明盖板(1)为鹏硅酸盐玻璃，所述鹏硅酸盐玻璃在100nm-400nm的紫外光波段的透过率为83％，所述鹏硅酸盐玻璃的全太阳光谱波段透过率为91％。
3.根据权利要求2所述的具有空气净化功能的PVT系统，其特征在于：所述透明盖板(1)与光催化剂TiO2涂层(2)结合后的全光谱透过率为75％-80％，紫外光吸收率为90％-92％。
4.根据权利要求1所述的具有空气净化功能的PVT系统，其特征在于：还包括EVA(5)，所述EVA(5)设置于光伏电池(6)的顶面与底面。
5.根据权利要求1所述的具有空气净化功能的PVT系统，其特征在于：所述光伏电池板(6)为厚度0.4mm-0.9mm的晶体硅电池，光伏电池在背板(7)上的覆盖率为0.6-0.9。
6.根据权利要求1所述的具有空气净化功能的PVT系统，其特征在于：所述光伏电池(6)之间空隙处的背板(7)上设有涂层，涂层材料为黑色铬涂层或选择性吸收涂层，黑色铬涂层或选择性吸收涂层的吸收率为0.90-0.95，发射率为0.1-0.9。
7.根据权利要求1所述的具有空气净化功能的PVT系统，其特征在于：所述若干根排管(8)的相邻两根排管之间的间距为80mm-150mm。
8.根据权利要求1所述的具有空气净化功能的PVT系统，其特征在于：所述保温层(9)由玻璃纤维、聚氨酯或者酚醛树脂制成，所述保温层(9)的厚度为30mm-60mm。
9.根据权利要求1所述的具有空气净化功能的PVT系统，其特征在于：所述空气流道的厚度为100mm-300mm。
10.一种制备权利要求1-9任一项所述的具有空气净化功能的PVT系统的光催化剂TiO2涂层(2)的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)使用硅酸钠作为粘结剂，将商用的TiO2粉末和九水硅酸钠Na2SiO3·9H2O按摩尔比为50:1的量配比后一起添加到去离子水中搅拌一定时间至得到白色的均匀混合液；
(2)将悬浊液喷涂在提前清洗干净的硼硅酸盐玻璃基体上，放在干燥箱中干燥，干燥温度为80℃，干燥时间为1小时，如此喷涂-干燥循环几次直到催化剂附着量达到预先设定的值；
(3)将制备好的光催化玻璃放在干燥箱中100℃干燥一定时间去除所有的水分；
(4)放在马弗炉中400℃中烧结1小时，升温速率为2℃/min，光催化涂层制备完成，TiO2负载量为1.855g/m2。
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