CN115069073B - 耦合太阳能与超级电容器储能的二氧化碳捕集系统和方法 - Google Patents

Abstract

本公开提出一种耦合太阳能与超级电容器储能的二氧化碳捕集系统和方法，该系统包括：发电储能装置、相变蓄热装置和二氧化碳捕集装置，发电储能装置包括发电机、超级电容器和设置在气体进出通道处的叶轮，放电模式下超级电容器用于向叶轮输电以使叶轮转动，相变蓄热装置用于将阳光转成热能后储热，释放模式下二氧化碳捕集装置用于接收相变蓄热装置的热能以向室内释放二氧化碳，控制发电储能装置进入放电模式以利用叶轮转动辅助二氧化碳从气体进出通道排出，并检测室内的二氧化碳浓度以便在判断出二氧化碳浓度不满足要求时，控制超级电容器的放电量和相变蓄热装置的放热量。根据本公开的系统，能够解决现有的二氧化碳捕集技术成本高、能耗大的问题。

Description

耦合太阳能与超级电容器储能的二氧化碳捕集系统和方法

技术领域

本公开涉及二氧化碳捕集技术领域，尤其涉及一种耦合太阳能与超级电容器储能的二氧化碳捕集系统和方法。

背景技术

为有效应对全球能源短缺、生态环境恶化等问题，可再生能源的利用得到了广泛的关注和发展，其中太阳能热气流发电由于系统结构简单、绿色无污染等优势，逐渐引起了研究人员的注意。但太阳能热气流发电存在受天气影响大、发电效率低等问题，尚无法作为一种成熟的商业化发电方式，将电能储存起来以适应其他的应用场景是促进该技术应用和发展的有效途径。在进行电能储存时需要用到储能介质，目前常见的一种储能介质是铅酸电池，但其存在寿命短、污染严重等问题，且用于储存太阳能热气流发电的电能时存在弊端，而超级电容器具有充放电次数多、绿色无污染的特点，所以太阳能热气流发电和超级电容器储能的耦合系统具有广阔的应用前景。

空气二氧化碳直接捕集技术(DAC)可以从空气中直接捕集二氧化碳，是一种有望实现二氧化碳“负排放”的技术，但该技术通常借助风电场，需要风机泵入大量空气以及需要热源加热吸附剂使得二氧化碳解吸附，从而使得空气二氧化碳直接捕集技术存在成本高、能耗大等问题，目前停留在小规模的工业示范阶段。

发明内容

本公开旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本公开的一个目的在于提出一种耦合太阳能与超级电容器储能的二氧化碳捕集系统，主要目的在于解决现有的二氧化碳捕集技术成本高、能耗大的问题。

本公开的第二个目的在于提出一种耦合太阳能与超级电容器储能的二氧化碳捕集方法。

为了实现上述目的，本公开的第一方面实施例提供了一种耦合太阳能与超级电容器储能的二氧化碳捕集系统，包括：

发电储能装置、相变蓄热装置和二氧化碳捕集装置，所述二氧化碳捕集装置分别与所述发电储能装置和所述相变蓄热装置连接；

所述发电储能装置包括发电机、超级电容器和设置在气体进出通道处的叶轮，在发电模式下，所述叶轮用于利用进入所述气体进出通道的热气流实现转动生成机械能，所述发电机用于将所述机械能转化成电能，所述超级电容器用于存储所述电能；在放电模式下，所述超级电容器用于向所述叶轮输电以使所述叶轮转动；

所述相变蓄热装置用于将阳光转化成热能进行储存，并利用所述热能向所述二氧化碳捕集装置供热；

所述二氧化碳捕集装置包括设置在室内的二氧化碳浓度检测模块和二氧化碳吸附与解吸附模块；在吸收模式下，所述二氧化碳吸附与解吸附模块用于吸附二氧化碳；在释放模式下，所述二氧化碳吸附与解吸附模块用于接收来自所述相变蓄热装置的热能以向室内释放二氧化碳，所述二氧化碳捕集装置用于控制所述发电储能装置进入放电模式，以便利用所述叶轮的转动辅助二氧化碳从所述气体进出通道排出，所述二氧化碳浓度检测模块用于检测室内的二氧化碳浓度，以便所述二氧化碳捕集装置在判断出二氧化碳浓度不满足要求时，控制所述超级电容器的放电量和所述相变蓄热装置的放热量。

在本公开的一个实施例中，所述二氧化碳捕集装置包括第一判断模块，所述第一判断模块设置有第一浓度阈值和第二浓度阈值，所述第一浓度阈值大于所述第二浓度阈值；所述第一判断模块，用于在所述二氧化碳浓度大于所述第二浓度阈值且小于所述第一浓度阈值时，生成用于指示增大放热量的第一指令，并在所述二氧化碳浓度等于或大于所述第一浓度阈值时，生成用于指示增大放电量的第二指令，在所述二氧化碳浓度等于或小于所述第二浓度阈值，生成用于指示减小放热量的第三指令和用于指示减小放电量的第四指令。

在本公开的一个实施例中，所述二氧化碳捕集装置还包括第一获取模块、第二获取模块、第二判断模块和第三判断模块；所述第一获取模块，用于获取二氧化碳需要指令或二氧化碳停止指令，在接收到所述二氧化碳需要指令时，所述二氧化碳捕集装置进入释放模式，在接收到所述二氧化碳停止指令时，所述二氧化碳捕集装置停止释放模式；所述第二获取模块，用于在释放模式时，获取二氧化碳需求增大指令或二氧化碳需求减小指令，并将获取的二氧化碳需求增大指令或二氧化碳需求减小指令传输给所述第二判断模块；所述第二判断模块，用于在接收到所述二氧化碳需求增大指令时，生成用于指示增大放热量的第五指令和用于指示增大放电量的第六指令，在接收到所述二氧化碳需求减小指令时，生成用于指示减小放热量的第七指令和用于指示减小放电量的第八指令；所述第三判断模块，用于获取所述第二判断模块生成的指令和所述第一判断模块生成的指令，通过指令判断向所述第二判断模块或所述第一判断模块发送确认指令，以控制所述超级电容器的放电量和所述相变蓄热装置的放热量。

在本公开的一个实施例中，所述第三判断模块，还用于在所述第二判断模块生成第五指令和第六指令，且所述第一判断模块生成第一指令或第二指令时，向所述第一判断模块发送第一确认指令；所述第三判断模块，还用于在所述第二判断模块生成第五指令和第六指令，且所述第一判断模块生成第三指令和第四指令时，输出报警指令；所述第三判断模块，还用于在所述第二判断模块生成第七指令和第八指令，且所述第一判断模块生成第一指令或第二指令时，向所述第二判断模块发送第二确认指令；所述第三判断模块，还用于在所述第二判断模块生成第七指令和第八指令，且所述第一判断模块生成第三指令和第四指令时，向所述第一判断模块发送第三确认指令。

在本公开的一个实施例中，所述二氧化碳捕集系统还包括设置在所述气体进出通道外部的滑轨，所述相变蓄热装置安装在所述滑轨上；在进行热能储存时，所述相变蓄热装置根据太阳位置的变化通过在滑轨上的移动以调整高度；在向所述二氧化碳捕集装置供热时，所述相变蓄热装置向靠近所述二氧化碳捕集装置的一侧移动以减少热量流失。

在本公开的一个实施例中，所述二氧化碳捕集系统还包括设置在地面的反光镜，所述反光镜用于将接收的阳光反射汇集到所述相变蓄热装置。

在本公开的一个实施例中，所述二氧化碳捕集系统还包括设置在室内的导流模块，所述导流模块用于引导室内气流流向所述气体进出通道中。

在本公开的一个实施例中，所述二氧化碳吸附与解吸附模块包括吸附单元和催化单元；所述催化单元用于将除二氧化碳之外的温室气体转化为二氧化碳，所述吸附单元用于吸附室内空气中的二氧化碳和所述催化单元转化的二氧化碳。

为了实现上述目的，本公开的第二方面实施例还提供了一种耦合太阳能与超级电容器储能的二氧化碳捕集方法，所述耦合太阳能与超级电容器储能的二氧化碳捕集方法采用上述任意一项实施例的耦合太阳能与超级电容器储能的二氧化碳捕集系统进行二氧化碳捕集，其包括：

利用阳光照射室内产生热气流，通过所述热气流带动叶轮转动生成机械能，通过发电机将所述机械能转化成电能，并将所述电能存储于超级电容器；

通过相变蓄热装置将进入的阳光转化为热能，并将所述热能存储于所述相变蓄热装置；

判断二氧化碳捕集装置处于吸收模式还是释放模式，若为吸收模式，则通过所述二氧化碳捕集装置进行二氧化碳吸附；

若为释放模式，则通过所述二氧化碳捕集装置接收来自所述相变蓄热装置的热量向室内释放二氧化碳，并控制所述超级电容器向所述叶轮输电以使叶轮转动，以便利用所述叶轮的转动辅助二氧化碳排出，同时检测室内的二氧化碳浓度，以便在所述二氧化碳浓度不满足要求时，控制所述超级电容器的放电量和所述相变蓄热装置的放热量。

在本公开的一个实施例中，设置第一浓度阈值和第二浓度阈值，所述第一浓度阈值大于所述第二浓度阈值，比较所述二氧化碳浓度、所述第二浓度阈值和所述第一浓度阈值；在所述二氧化碳浓度大于所述第二浓度阈值且小于所述第一浓度阈值时，通过所述二氧化碳捕集装置生成用于指示增大放热量的第一指令；在所述二氧化碳浓度等于或大于所述第一浓度阈值时，通过所述二氧化碳捕集装置生成用于指示增大放电量的第二指令；在所述二氧化碳浓度等于或小于所述第二浓度阈值，通过所述二氧化碳捕集装置生成用于指示减小放热量的第三指令和用于指示减小放电量的第四指令。

在本公开一个或多个实施例中，发电储能装置包括发电机、超级电容器和设置在气体进出通道处的叶轮，在发电模式下叶轮利用进入气体进出通道的热气流实现转动生成机械能，发电机将机械能转化成电能，超级电容器存储电能；在放电模式下超级电容器向叶轮输电以使叶轮转动；相变蓄热装置将阳光转化成热能进行储存，并利用热能向二氧化碳捕集装置供热；二氧化碳捕集装置包括设置在室内的二氧化碳浓度检测模块和二氧化碳吸附与解吸附模块；在吸收模式下二氧化碳吸附与解吸附模块吸附二氧化碳；在释放模式下二氧化碳吸附与解吸附模块接收来自相变蓄热装置的热能以向室内释放二氧化碳，二氧化碳捕集装置控制发电储能装置进入放电模式，以便利用叶轮的转动辅助二氧化碳从气体进出通道排出，二氧化碳浓度检测模块检测室内的二氧化碳浓度，以便二氧化碳捕集装置在判断出二氧化碳浓度不满足要求时，控制超级电容器的放电量和相变蓄热装置的放热量。在这种情况下，将太阳能热气流发电和超级电容器储能的耦合系统应用于空气二氧化碳直接捕集技术中，同时利用太阳能相变蓄热装置为二氧化碳的解吸附提供热能，可以有效地降低系统建设的成本和捕集过程中的能耗，从而使得二氧化碳捕集系统绿色、无污染、低能耗地运行，同时促进可再生能源的利用，解决了现有的二氧化碳捕集技术成本高、能耗大的问题。

本公开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，或通过本公开的实践了解到。

附图说明

本公开上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1示出本公开实施例提供的耦合太阳能与超级电容器储能的二氧化碳捕集系统的框图；

图2示出本公开实施例提供的耦合太阳能与超级电容器储能的二氧化碳捕集系统的场景示意图；

图3示出本公开实施例提供的一种二氧化碳捕集装置的框图；

图4示出本公开实施例提供的另一种二氧化碳捕集装置的框图；

图5示出本公开实施例提供的耦合太阳能与超级电容器储能的二氧化碳捕集方法的流程示意图；

图6示出本公开实施例提供的耦合太阳能与超级电容器储能的二氧化碳捕集方法的部分流程示意图。

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公开实施例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、本公开实施例的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。还应当理解，本公开中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

下面详细描述本公开的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本公开，而不能理解为对本公开的限制。

在第一个实施例中，图1示出本公开实施例提供的耦合太阳能与超级电容器储能的二氧化碳捕集系统的框图。图2示出本公开实施例提供的耦合太阳能与超级电容器储能的二氧化碳捕集系统的场景示意图。本公开涉及的耦合太阳能与超级电容器储能的二氧化碳捕集系统可以简称为二氧化碳捕集系统，如图1所示，耦合太阳能与超级电容器储能的二氧化碳捕集系统10包括发电储能装置11、相变蓄热装置12和二氧化碳捕集装置13，其中二氧化碳捕集装置13分别与发电储能装置11和相变蓄热装置12连接。

在本实施例中，发电储能装置11利用被阳光照射后的室内的热气流实现发电。室内是指一个透光的空间，在发电时，空间通过气体进出通道将气体(即气流)排到外界。该气体进出通道的外壁处于露天环境。例如在图2所示的场景中，室内为一个顶部为锥形的空间，气体进出通道为该空间的最顶端的烟囱。

具体地，本实施例中的发电储能装置11包括太阳能热气流发电单元和超级电容器，其中太阳能热气流发电单元包括发电机和设置在气体进出通道处的叶轮，叶轮与发电机连接。在发电模式下，叶轮用于利用进入气体进出通道的热气流实现转动生成机械能，发电机用于将机械能转化成电能，从而实现太阳能热气流发电，超级电容器用于存储电能；在放电模式下，超级电容器用于向叶轮输电以使叶轮转动。

在一些实施例中，如图2所示，发电机和超级电容器之间还可以设置有AC/DC变换器。超级电容器和叶轮之间还可以设置有DC/AC逆变器。如图2所示，叶轮设置在烟囱内，在发电模式下，阳光照射温室，该温室的室内温度升高，热气流上升，进入烟囱，带动烟囱内的叶轮转动，叶轮与发电机连接，从而实现了太阳能热气流发电，发电机产生的电能(即发电机输出交流电流)经过AC/DC变换器的交直流转化后存储在超级电容器中。在放电模式下，超级电容器中存储的电能(即超级电容器输出直流电流)通过DC/AC逆变器的交直流转化后进入叶轮，以驱动叶轮转动。

本实施例中的发电储能装置11在白天有阳光的时候通常处于发电模式。

在本实施例中，相变蓄热装置12用于将阳光转化成热能进行储存，并利用热能向二氧化碳捕集装置供热。具体地，相变蓄热装置12可以接收阳光并将接收的阳光转化成热能进行存储，另外相变蓄热装置12的放热开关与二氧化碳捕集装置13连接，且受二氧化碳捕集装置13发送的放热指令控制，在接收到来自二氧化碳捕集装置13的放热指令时，放热开关闭合，向二氧化碳捕集装置提供热能。由此，利用相变蓄热装置为二氧化碳捕集装置13提供热源，减少了二氧化碳捕集系统的能耗。

在一些实施例中，相变蓄热装置12可以直接设置在气体进出通道的外壁，以便于相变蓄热装置12接收阳光。特别的，相变蓄热装置12可以直接设置在气体进出通道的最顶端的外壁处，以降低周边其他物体对相变蓄热装置12产生遮挡的可能性。例如图2中的相变蓄热装置设置在烟囱的顶部的外壁处。

在一些实施例中，二氧化碳捕集系统10还可以包括设置在气体进出通道外部的滑轨，相变蓄热装置安装在滑轨上；在进行热能储存时，相变蓄热装置根据太阳位置的变化通过在滑轨上的移动以调整高度；在向二氧化碳捕集装置供热时，相变蓄热装置向靠近二氧化碳捕集装置的一侧移动以减少热量流失。如图2中，烟囱上安装有滑轨，在放热时可以降低相变蓄热装置12的高度，从而减少工质流向冷端时的散热量。

在一些实施例中，二氧化碳捕集系统10还可以包括设置在地面的反光镜。反光镜用于将接收的阳光反射汇集到相变蓄热装置。

在一些实施例中，地面的反光镜配有太阳追踪器，相变蓄热装置和地面的反光镜可以根据太阳位置的变化来调整高度和角度，从而提高蓄热量。

在一些实施例中，反光镜的数量可以有多个，从而更好地提高蓄热量。例如图2中的反光镜有2个。

图3示出本公开实施例提供的一种二氧化碳捕集装置的框图。在本实施例中，二氧化碳捕集装置13存在吸收模式和吸收模式，其中二氧化碳捕集装置13根据二氧化碳的吸附情况是否饱和以及是否有阳光确定是否处于吸收模式。本实施例中的二氧化碳捕集装置13在没有阳光的前提下，接收到其他地方的二氧化碳需要指令后进入释放模式。

在本实施例中，如图3所示，二氧化碳捕集装置13包括二氧化碳吸附与解吸附模块131。二氧化碳吸附与解吸附模块131设置在室内。在吸收模式下，二氧化碳吸附与解吸附模块131用于吸附二氧化碳；在释放模式下，二氧化碳吸附与解吸附模块131用于接收来自相变蓄热装置12的热能以向室内释放(即解吸附)二氧化碳。在这种情况下，发电储能装置11和二氧化碳捕集装置13的二氧化碳吸附与解吸附模块共用一个温室，而且叶轮和相变蓄热装置12集成在烟囱上，减少了二氧化碳捕集系统的建设成本。

具体地，在本实施例中，二氧化碳吸附与解吸附模块131包括吸附单元和催化单元，吸附单元和催化单元设置在室内。吸附单元和催化单元可以有一组或多组。如图2所示，吸附单元和催化单元可以有2组。

在本实施例中，催化单元包括催化剂，催化单元可以将除二氧化碳之外的温室气体转化为二氧化碳。除二氧化碳之外的温室气体例如可以为甲烷。吸附单元包括二氧化碳(CO₂)吸附剂，吸附单元可以吸附室内空气中的二氧化碳和催化单元转化的二氧化碳。具体地，在吸收模式下，阳光照射温室使得室内温度升高，热气流流经二氧化碳吸附与解吸附模块131中的催化单元时，催化剂在紫外线的作用下将CO₂之外的温室气体转化为CO₂，催化单元转化的CO₂连同空气中本身存在的CO₂被吸附单元中的二氧化碳吸附剂吸附，从而实现二氧化碳捕集技术中二氧化碳的吸附过程。在释放模式下，二氧化碳捕集装置13向相变蓄热装置12发送放热指令，相变蓄热装置12接收到放热指令后向二氧化碳吸附与解吸附模块131供热，二氧化碳吸附与解吸附模块131在接收到来自相变蓄热装置12的热能后，得到加热的吸附单元将吸附的CO₂释放，从而实现二氧化碳捕集技术中二氧化碳的释放过程。在这种情况下，利用相变蓄热装置12为二氧化碳的解吸附提供热能，可以有效地降低二氧化碳捕集系统10建设的成本和捕集过程中的能耗，从而使得二氧化碳捕集系统绿色、无污染、低能耗地运行，实现降低空气中二氧化碳浓度的目的。

在本实施例中，在释放模式下，二氧化碳捕集装置13还用于控制发电储能装置11进入放电模式，以便利用叶轮的转动辅助二氧化碳从气体进出通道排出。烟囱和叶轮的抽吸作用使得更多的空气流经二氧化碳吸附剂，增加了二氧化碳的吸附量，减少或者避免了风机的使用，减少了二氧化碳捕集系统的能耗。

具体地，二氧化碳捕集装置13与超级电容器的放电开关连接，且放电开关受二氧化碳捕集装置13发送的放电模式指令控制，在释放模式下，二氧化碳捕集装置13向发电储能装置11发送放电模式指令，发电储能装置11接收到放电模式指令后放电开关闭合进入放电模式，此时超级电容器放电，通过DC/AC逆变器带动叶轮旋转，抽吸室内含有较高CO₂浓度的气流，然后通过烟囱和管道将该气流输送到需要CO₂的地点进行利用。需要CO₂的地点例如可以为蔬菜大棚，将CO₂输送到蔬菜大棚可以用于调节蔬菜大棚内的二氧化碳浓度，促进植物的光合作用，实现减少空气中二氧化碳浓度的目的。

在一些实施例中，考虑到热气流经过吸附单元时气流速度可能有所下降，故二氧化碳捕集系统10还可以包括设置在室内的导流模块，导流模块用于引导室内气流流向气体进出通道中。室内气流例如为收到阳光照射的热气流或在二氧化碳捕集释放二氧化碳时包括较高二氧化碳浓度的气流。如图2所示，导流模块为导流锥，该导流锥设置在烟囱的正下方，以便更好地引导气流的方向，使得热气流转向时动能损耗减小，提高发电效率。图2中的粗箭头表示气流的流动方向。

在本实施例中，如图3所示，二氧化碳捕集装置13包括二氧化碳浓度检测模块132。二氧化碳浓度检测模块132设置在室内或烟囱内，用于检测室内的二氧化碳浓度。

在本实施例中，二氧化碳捕集装置13基于二氧化碳浓度检测模块132检测到的二氧化碳浓度，判断二氧化碳浓度是否满足要求，在判断出二氧化碳浓度不满足要求时，控制发电储能装置11中超级电容器的放电量和相变蓄热装置12的放热量。

具体地，如图3所示，二氧化碳捕集装置13包括第一判断模块133。第一判断模块133设置有第一浓度阈值和第二浓度阈值，第一浓度阈值大于第二浓度阈值。

在一些实施例中，第一浓度阈值可以根据吸附单元的二氧化碳含量充足时的释放速率确定，第二浓度阈值可以根据吸附单元的二氧化碳含量不足时的释放速率确定。

在另一些实施例中，第一浓度阈值和第二浓度阈值可以根据实验条件下吸附单元释放的二氧化碳的全过程中的CO₂浓度的变化情况确定。例如检测到CO₂浓度明显降低时，说明白天吸附的CO₂大部分已经释放，基于此时的CO₂浓度确定第二浓度阈值。

在本实施例中，第一判断模块133用于判断二氧化碳浓度、第二浓度阈值以及第一浓度阈值间的大小并生成对应的指令。具体地，在二氧化碳浓度大于第二浓度阈值且小于第一浓度阈值时，第一判断模块133生成用于指示增大放热量的第一指令；在二氧化碳浓度等于或大于第一浓度阈值时，第一判断模块133生成用于指示增大放电量的第二指令；在二氧化碳浓度小于或等于第二浓度阈值，第一判断模块133生成用于指示减小放热量的第三指令和用于指示减小放电量的第四指令。

图4示出本公开实施例提供的另一种二氧化碳捕集装置的框图。

在一些实施例中，二氧化碳捕集装置13还可以包括第一获取模块134、第二获取模块135、第二判断模块136和第三判断模块137。

第一获取模块134，用于获取二氧化碳需要指令或二氧化碳停止指令，在接收到二氧化碳需要指令时，二氧化碳捕集装置13进入释放模式，在接收到二氧化碳停止指令时，二氧化碳捕集装置停止释放模式。其中，二氧化碳需要指令或二氧化碳停止指令可以由其他需要CO₂的地点的设备发出。

第二获取模块135，用于在释放模式时，获取二氧化碳需求增大指令或二氧化碳需求减小指令，并将获取的二氧化碳需求增大指令或二氧化碳需求减小指令传输给第二判断模块136。其中，二氧化碳需求增大指令或二氧化碳需求减小指令可以由其他需要CO₂的地点的设备发出。

第二判断模块136，用于判断接收到的是二氧化碳需求增大指令还是二氧化碳需求减小指令并生成对应的指令，具体地，在接收到二氧化碳需求增大指令时，第二判断模块136生成用于指示增大放热量的第五指令和用于指示增大放电量的第六指令，在接收到二氧化碳需求减小指令时，第二判断模块136生成用于指示减小放热量的第七指令和用于指示减小放电量的第八指令。

第三判断模块137，用于获取第二判断模块136生成的指令和第一判断模块133生成的指令，通过指令判断向第二判断模块136或第一判断模块133发送确认指令，以控制发电储能装置11中超级电容器的放电量和相变蓄热装置12的放热量。

具体地，第三判断模块137，还用于在第二判断模块136生成第五指令和第六指令，且第一判断模块133生成第一指令或第二指令时，向第一判断模块133发送第一确认指令；第三判断模块137，还用于在第二判断模块136生成第五指令和第六指令，且第一判断模块133生成第三指令和第四指令时，输出报警指令；第三判断模块137，还用于在第二判断模块136生成第七指令和第八指令，且第一判断模块133生成第一指令或第二指令时，向第二判断模块136发送第二确认指令；第三判断模块137，还用于在第二判断模块136生成第七指令和第八指令，且第一判断模块133生成第三指令和第四指令时，向第一判断模块133发送第三确认指令。另外，第一判断模块133和第二判断模块136在接收到对应的确认指令后，分别向对应的发电储能装置11中超级电容器或相变蓄热装置12发送指令，以实现发电储能装置11中超级电容器的放电量和相变蓄热装置12的放热量的控制。

在一些实施例中，二氧化碳捕集系统10还包括报警装置，报警装置在接收到第三判断模块137输出的报警指令后进行报警提醒。

在本公开的耦合太阳能与超级电容器储能的二氧化碳捕集系统中，发电储能装置包括发电机、超级电容器和设置在气体进出通道处的叶轮，在发电模式下叶轮利用进入气体进出通道的热气流实现转动生成机械能，发电机将机械能转化成电能，超级电容器存储电能；在放电模式下超级电容器向叶轮输电以使叶轮转动；相变蓄热装置将阳光转化成热能进行储存，并利用热能向二氧化碳捕集装置供热；二氧化碳捕集装置包括设置在室内的二氧化碳浓度检测模块和二氧化碳吸附与解吸附模块；在吸收模式下二氧化碳吸附与解吸附模块吸附二氧化碳；在释放模式下二氧化碳吸附与解吸附模块接收来自相变蓄热装置的热能以向室内释放二氧化碳，二氧化碳捕集装置控制发电储能装置进入放电模式，以便利用叶轮的转动辅助二氧化碳从气体进出通道排出，二氧化碳浓度检测模块检测室内的二氧化碳浓度，以便二氧化碳捕集装置在判断出二氧化碳浓度不满足要求时，控制超级电容器的放电量和相变蓄热装置的放热量。在这种情况下，将太阳能热气流发电和超级电容器储能的耦合系统应用于空气二氧化碳直接捕集技术中，同时利用太阳能相变蓄热装置为二氧化碳的解吸附提供热能，可以有效地降低系统建设的成本和捕集过程中的能耗，从而使得二氧化碳捕集系统绿色、无污染、低能耗地运行，实现了二氧化碳的“负排放”，且实现了降低空气中二氧化碳浓度的目的、拓宽了太阳能热气流发电的应用场景、同时促进了可再生能源的利用，解决了现有的二氧化碳捕集技术成本高、能耗大的问题。

下述为本公开方法实施例，对于本公开方法实施例中未披露的细节，请参照本公开系统实施例。本公开的方法实施例提出了一种耦合太阳能与超级电容器储能的二氧化碳捕集方法。该耦合太阳能与超级电容器储能的二氧化碳捕集方法采用上述系统实施例的耦合太阳能与超级电容器储能的二氧化碳捕集系统实现二氧化碳捕集技术。

图5示出本公开实施例提供的耦合太阳能与超级电容器储能的二氧化碳捕集方法的流程示意图。如图5所示，该耦合太阳能与超级电容器储能的二氧化碳捕集方法，包括：

S101，利用阳光照射室内产生热气流，通过热气流带动叶轮转动生成机械能，通过发电机将机械能转化成电能，并将电能存储于超级电容器；

S102，通过相变蓄热装置将进入的阳光转化为热能，并将热能存储于相变蓄热装置；

S103，判断二氧化碳捕集装置处于吸收模式还是释放模式，若为吸收模式，则通过二氧化碳捕集装置进行二氧化碳吸附；

S104，若为释放模式，则通过二氧化碳捕集装置接收来自相变蓄热装置的热量向室内释放二氧化碳，并控制超级电容器向叶轮输电以使叶轮转动，以便利用叶轮的转动辅助二氧化碳排出，同时检测室内的二氧化碳浓度，以便在二氧化碳浓度不满足要求时，控制超级电容器的放电量和相变蓄热装置的放热量。其中二氧化碳浓度是否满足要求主要是基于二氧化碳浓度、第二浓度阈值、第一浓度阈值确定的。第一浓度阈值和第二浓度阈值为预先设置的，第一浓度阈值大于第二浓度阈值。

图6示出本公开实施例提供的耦合太阳能与超级电容器储能的二氧化碳捕集方法的部分流程示意图。图6为步骤S103和步骤S104的具体判别过程，如图6所示，具体步骤如下：

获取二氧化碳需要指令或二氧化碳停止指令，控制二氧化碳捕集装置进入对应的模式；

判断二氧化碳捕集装置是否处于释放模式；

若不处于释放模式，则综合二氧化碳捕集装置中二氧化碳的吸附情况是否饱和是否有阳光确定是否处于吸收模式；

若处于释放模式，则获取二氧化碳需求增大指令或二氧化碳需求减小指令，判断接收到的是否是二氧化碳需求增大指令，若是则第二判断模块生成用于指示增大放热量的第五指令和用于指示增大放电量的第六指令；若不是则第二判断模块用于指示减小放热量的第七指令和用于指示减小放电量的第八指令；

若处于释放模式，二氧化碳捕集装置同时向相变蓄热装置发送放热指令，向发电储能装置发送放电模式指令，相变蓄热装置放热，发电储能装置进入放电模式，二氧化碳捕集装置释放二氧化碳；并检测室内的二氧化碳浓度，然后判断二氧化碳浓度大于第二浓度阈值且小于第一浓度阈值是否成立，在二氧化碳浓度大于第二浓度阈值且小于第一浓度阈值时，通过二氧化碳捕集装置的第一判断模块生成用于指示增大放热量的第一指令；在二氧化碳浓度大于或等于第一浓度阈值时，通过二氧化碳捕集装置的第一判断模块生成用于指示增大放电量的第二指令；在二氧化碳浓度小于或等于第二浓度阈值时，通过二氧化碳捕集装置的第一判断模块生成用于指示减小放热量的第三指令和用于指示减小放电量的第四指令；

获取第二判断模块生成的指令和第一判断模块生成的指令，通过指令判断向第二判断模块或第一判断模块发送确认指令，以控制发电储能装置中超级电容器的放电量和相变蓄热装置的放热量。具体地，在第二判断模块生成第五指令和第六指令，且第一判断模块生成第一指令或第二指令时，向第一判断模块发送第一确认指令；在第二判断模块生成第五指令和第六指令，且第一判断模块生成第三指令和第四指令时，输出报警指令；在第二判断模块生成第七指令和第八指令，且第一判断模块生成第一指令或第二指令时，向第二判断模块发送第二确认指令；在第二判断模块生成第七指令和第八指令，且第一判断模块生成第三指令和第四指令时，向第一判断模块发送第三确认指令；第一判断模块或第二判断模块在接收到对应的确认指令后，分别向对应的发电储能装置、相变蓄热装置发送指令，以实现发电储能装置中超级电容器的放电量和相变蓄热装置的放热量的控制。若报警装置接收到对应指令，则进行报警。

结合图2的场景，本公开的耦合太阳能与超级电容器储能的二氧化碳捕集方法具体过程如下：

在白天有阳光且二氧化碳捕集装置的吸附单元中吸附的CO₂未饱和的情况下，阳光照射温室，室内温度升高，热气流流经二氧化碳捕集装置中的吸附单元和催化单元，其中催化单元中的催化剂在紫外线的作用下将CO₂之外的温室气体例如甲烷转化为CO₂，并将转化的CO₂连同空气中本身存在的CO₂被吸附单元中的CO₂吸附剂吸附；热气流经导流锥引导后上升，带动烟囱内叶轮转动，叶轮与发电机连接，实现太阳能热气流发电，电流经过AC/DC变换器由超级电容器储存；同时阳光经反光镜汇集到烟囱顶部的相变蓄热装置，通过加热工质实现热能的储存；

在晚上且二氧化碳捕集装置接收到其他地点的目标设备发出的二氧化碳需要指令时，二氧化碳捕集装置进入释放模式，二氧化碳捕集装置同时向相变蓄热装置发送放热指令，向发电储能装置发送放电模式指令，相变蓄热装置放热，通过换热器加热吸附单元，使得吸附的CO₂释放；超级电容器放电，通过DC/AC逆变器带动叶轮旋转，抽吸室内较高CO₂浓度的气流，通过烟囱和管道将其输送到发送二氧化碳需要指令的目标设备对应的地点进行利用，另外安装在烟囱内的二氧化碳浓度检测模块检测室内的二氧化碳浓度，二氧化碳捕集装置的第一判断模块判断二氧化碳浓度、第二浓度阈值和第一浓度阈值的大小，生成对应的指令，另外，在释放模式下，获取目标设备发送的二氧化碳需求增大指令或二氧化碳需求减小指令，通过二氧化碳捕集装置的第二判断模块生成对应的指令，二氧化碳捕集装置的第三判断模块获取第二判断模块生成的指令和第一判断模块生成的指令，通过指令判断向第二判断模块或第一判断模块发送确认指令，以控制发电储能装置中超级电容器的放电量和相变蓄热装置的放热量，以提高系统的自动化程度并减小能量的损失。

需要说明的是，前述对耦合太阳能与超级电容器储能的二氧化碳捕集系统实施例的解释说明也适用于该实施例的耦合太阳能与超级电容器储能的二氧化碳捕集方法，此处不在赘述。

上述本公开实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本公开的耦合太阳能与超级电容器储能的二氧化碳捕集方法中，利用包括发电储能装置、相变蓄热装置和二氧化碳捕集装置的二氧化碳捕集系统，发电储能装置包括发电机、超级电容器和设置在气体进出通道处的叶轮，在发电模式下叶轮利用进入气体进出通道的热气流实现转动生成机械能，发电机将机械能转化成电能，超级电容器存储电能；在放电模式下超级电容器向叶轮输电以使叶轮转动；相变蓄热装置将阳光转化成热能进行储存，并利用热能向二氧化碳捕集装置供热；二氧化碳捕集装置包括设置在室内的二氧化碳浓度检测模块和二氧化碳吸附与解吸附模块；在吸收模式下二氧化碳吸附与解吸附模块吸附二氧化碳；在释放模式下二氧化碳吸附与解吸附模块接收来自相变蓄热装置的热能以向室内释放二氧化碳，二氧化碳捕集装置控制发电储能装置进入放电模式，以便利用叶轮的转动辅助二氧化碳从气体进出通道排出，二氧化碳浓度检测模块检测室内的二氧化碳浓度，以便二氧化碳捕集装置在判断出二氧化碳浓度不满足要求时，控制超级电容器的放电量和相变蓄热装置的放热量。在这种情况下，将太阳能热气流发电和超级电容器储能的耦合系统应用于空气二氧化碳直接捕集技术中，同时利用太阳能相变蓄热装置为二氧化碳的解吸附提供热能，可以有效地降低系统建设的成本和捕集过程中的能耗，从而使得二氧化碳捕集系统绿色、无污染、低能耗地运行，同时促进可再生能源的利用，解决了现有的二氧化碳捕集技术成本高、能耗大的问题。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本公开公开的技术方案所期望的结果，本公开在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。

Claims (10)

1.一种耦合太阳能与超级电容器储能的二氧化碳捕集系统，其特征在于，包括：

发电储能装置、相变蓄热装置和二氧化碳捕集装置，所述二氧化碳捕集装置分别与所述发电储能装置和所述相变蓄热装置连接；

所述发电储能装置包括发电机、超级电容器和设置在气体进出通道处的叶轮，在发电模式下，所述叶轮用于利用进入所述气体进出通道的热气流实现转动生成机械能，所述发电机用于将所述机械能转化成电能，所述超级电容器用于存储所述电能；在放电模式下，所述超级电容器用于向所述叶轮输电以使所述叶轮转动；

所述相变蓄热装置用于将阳光转化成热能进行储存，并利用所述热能向所述二氧化碳捕集装置供热；

所述二氧化碳捕集装置包括设置在室内的二氧化碳浓度检测模块和二氧化碳吸附与解吸附模块；在吸收模式下，所述二氧化碳吸附与解吸附模块用于吸附二氧化碳；在释放模式下，所述二氧化碳吸附与解吸附模块用于接收来自所述相变蓄热装置的热能以向室内释放二氧化碳，所述二氧化碳捕集装置用于控制所述发电储能装置进入放电模式，以便利用所述叶轮的转动辅助二氧化碳从所述气体进出通道排出，所述二氧化碳浓度检测模块用于检测室内的二氧化碳浓度，以便所述二氧化碳捕集装置在判断出二氧化碳浓度不满足要求时，控制所述超级电容器的放电量和所述相变蓄热装置的放热量。

2.如权利要求1所述的耦合太阳能与超级电容器储能的二氧化碳捕集系统，其特征在于：

所述二氧化碳捕集装置包括第一判断模块，所述第一判断模块设置有第一浓度阈值和第二浓度阈值，所述第一浓度阈值大于所述第二浓度阈值；

所述第一判断模块，用于在所述二氧化碳浓度大于所述第二浓度阈值且小于所述第一浓度阈值时，生成用于指示增大放热量的第一指令，并在所述二氧化碳浓度等于或大于所述第一浓度阈值时，生成用于指示增大放电量的第二指令，在所述二氧化碳浓度等于或小于所述第二浓度阈值，生成用于指示减小放热量的第三指令和用于指示减小放电量的第四指令。

3.如权利要求2所述的耦合太阳能与超级电容器储能的二氧化碳捕集系统，其特征在于：

所述二氧化碳捕集装置还包括第一获取模块、第二获取模块、第二判断模块和第三判断模块；

所述第一获取模块，用于获取二氧化碳需要指令或二氧化碳停止指令，在接收到所述二氧化碳需要指令时，所述二氧化碳捕集装置进入释放模式，在接收到所述二氧化碳停止指令时，所述二氧化碳捕集装置停止释放模式；

所述第二获取模块，用于在释放模式时，获取二氧化碳需求增大指令或二氧化碳需求减小指令，并将获取的二氧化碳需求增大指令或二氧化碳需求减小指令传输给所述第二判断模块；

所述第二判断模块，用于在接收到所述二氧化碳需求增大指令时，生成用于指示增大放热量的第五指令和用于指示增大放电量的第六指令，在接收到所述二氧化碳需求减小指令时，生成用于指示减小放热量的第七指令和用于指示减小放电量的第八指令；

所述第三判断模块，用于获取所述第二判断模块生成的指令和所述第一判断模块生成的指令，通过指令判断向所述第二判断模块或所述第一判断模块发送确认指令，以控制所述超级电容器的放电量和所述相变蓄热装置的放热量。

4.如权利要求3所述的耦合太阳能与超级电容器储能的二氧化碳捕集系统，其特征在于：

所述第三判断模块，还用于在所述第二判断模块生成第五指令和第六指令，且所述第一判断模块生成第一指令或第二指令时，向所述第一判断模块发送第一确认指令；

所述第三判断模块，还用于在所述第二判断模块生成第五指令和第六指令，且所述第一判断模块生成第三指令和第四指令时，输出报警指令；

所述第三判断模块，还用于在所述第二判断模块生成第七指令和第八指令，且所述第一判断模块生成第一指令或第二指令时，向所述第二判断模块发送第二确认指令；

所述第三判断模块，还用于在所述第二判断模块生成第七指令和第八指令，且所述第一判断模块生成第三指令和第四指令时，向所述第一判断模块发送第三确认指令。

5.如权利要求1所述的耦合太阳能与超级电容器储能的二氧化碳捕集系统，其特征在于，所述二氧化碳捕集系统还包括设置在所述气体进出通道外部的滑轨，所述相变蓄热装置安装在所述滑轨上；在进行热能储存时，所述相变蓄热装置根据太阳位置的变化通过在滑轨上的移动以调整高度；在向所述二氧化碳捕集装置供热时，所述相变蓄热装置向靠近所述二氧化碳捕集装置的一侧移动以减少热量流失。

6.如权利要求1或5所述的耦合太阳能与超级电容器储能的二氧化碳捕集系统，其特征在于，所述二氧化碳捕集系统还包括设置在地面的反光镜，所述反光镜用于将接收的阳光反射汇集到所述相变蓄热装置。

7.如权利要求1所述的耦合太阳能与超级电容器储能的二氧化碳捕集系统，其特征在于，所述二氧化碳捕集系统还包括设置在室内的导流模块，所述导流模块用于引导室内气流流向所述气体进出通道中。

8.如权利要求1所述的耦合太阳能与超级电容器储能的二氧化碳捕集系统，其特征在于，所述二氧化碳吸附与解吸附模块包括吸附单元和催化单元；所述催化单元用于将除二氧化碳之外的温室气体转化为二氧化碳，所述吸附单元用于吸附室内空气中的二氧化碳和所述催化单元转化的二氧化碳。

9.一种耦合太阳能与超级电容器储能的二氧化碳捕集方法，其特征在于，所述耦合太阳能与超级电容器储能的二氧化碳捕集方法采用如权利要求1-8中任意一项所述的耦合太阳能与超级电容器储能的二氧化碳捕集系统进行二氧化碳捕集，其包括：

利用阳光照射室内产生热气流，通过所述热气流带动叶轮转动生成机械能，通过发电机将所述机械能转化成电能，并将所述电能存储于超级电容器；

通过相变蓄热装置将进入的阳光转化为热能，并将所述热能存储于所述相变蓄热装置；

判断二氧化碳捕集装置处于吸收模式还是释放模式，若为吸收模式，则通过所述二氧化碳捕集装置进行二氧化碳吸附；

若为释放模式，则通过所述二氧化碳捕集装置接收来自所述相变蓄热装置的热量向室内释放二氧化碳，并控制所述超级电容器向所述叶轮输电以使叶轮转动，以便利用所述叶轮的转动辅助二氧化碳排出，同时检测室内的二氧化碳浓度，以便在所述二氧化碳浓度不满足要求时，控制所述超级电容器的放电量和所述相变蓄热装置的放热量。

10.如权利要求9所述的耦合太阳能与超级电容器储能的二氧化碳捕集方法，其特征在于，还包括：

设置第一浓度阈值和第二浓度阈值，所述第一浓度阈值大于所述第二浓度阈值，比较所述二氧化碳浓度、所述第二浓度阈值和所述第一浓度阈值；

在所述二氧化碳浓度大于所述第二浓度阈值且小于所述第一浓度阈值时，通过所述二氧化碳捕集装置生成用于指示增大放热量的第一指令；

在所述二氧化碳浓度等于或大于所述第一浓度阈值时，通过所述二氧化碳捕集装置生成用于指示增大放电量的第二指令；

在所述二氧化碳浓度等于或小于所述第二浓度阈值，通过所述二氧化碳捕集装置生成用于指示减小放热量的第三指令和用于指示减小放电量的第四指令。