CN208603751U - 用于海水淡化的光伏光热装置及其海水淡化系统 - Google Patents

用于海水淡化的光伏光热装置及其海水淡化系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及用于海水淡化的光伏光热装置及其海水淡化系统，包括光伏部、集热部，所述光伏部设置在所述光伏光热装置的下半部，所述集热部设置在所述光伏光热装置的上半部；所述光伏部用于对海水进行预热，所述集热部用于对预热的所述海水进行加热。其优点在于，通过光伏光热装置，充分利用海洋环境中的太阳能能源，减少化石能源的使用与运输，具有较强的环境友好属性；光伏部设置在光伏光热装置的下半部，光伏电池设置在光伏部的中部，且在光伏电池的下部设置流体通道，能够保证光伏电池的低温工作环境，并对海水进行预热；集热部设置在光伏光热装置的上半部，对预热的海水进行进一步加热，能够保证海水出口的温度。

Description

用于海水淡化的光伏光热装置及其海水淡化系统
技术领域
本实用新型涉及太阳能光伏以及海水淡化技术领域，尤其涉及用于海水淡化的光伏光热装置及其海水淡化系统。
背景技术
海洋中蕴藏着丰富的资源，海上油气和矿产资源勘探开发中，海洋平台是必不可少的装备，但其在地理上长期孤立海外，与大陆隔离，日常运行深受电力、能源、淡水紧缺与交通困难的制约，通常需要补给船定期通勤或近海电缆供电等方式来维持正常运行和工作人员的需求，消耗化石能源，且受气候与环境影响，对于生态环境也存在潜在威胁。
然而，海上风能、太阳能、潮汐能等可再生能源却十分丰富，通过与员工居住楼屋顶集成的光伏光热装置，为海水淡化系统提供清洁能源，减轻对化石能源的依赖性，形成多能互补以具备良好的能源负荷响应能力。
多级闪蒸海水淡化系统为有效利用热量，减少预处理的海水量，经预处理的海水首先在经过排热段预热后，通常与部分末级浓盐水混合进入热回收段；在热回收段，盐水依次流经各级闪蒸室，获得其中蒸汽凝结的热量，即蒸汽冷凝释放出的潜热用于加热盐水；最后，盐水由初级闪蒸室流出后进入加热器，传统采用锅炉等设备提供蒸汽换热，将流体温度提升至系统要求的最高盐水温度后依次通过压力逐渐降低的多级闪蒸室，由此蒸发的蒸汽于上侧冷凝放热后转化为淡水，逐级收集后输出。
光伏电池在标准条件下(太阳辐射强度1000W/m2，温度25℃)的电转化效率仅为6％～17％，其余照射至电池表面超过八成的能量都转化为热量或以电磁波的形式向外辐射，造成能量利用率低的同时引起电池温度上升，不同类型的电池都会随着温升而以其负温度系数产生光电转化效率损失。为避免高温所引起的电效率下降与热能损失，利用流体作为转移热量的媒介，获得装置上原本会浪费的低品位热能。传统光伏光热装置可产生光伏电池温度降低与可利用热流体的双重效果，实现了能量的梯级利用，在减少环境热污染的同时提高能源综合利用效率。
基于热量传递，传统光伏光热装置出口处流体温度会受到其上侧光伏电池的温度限制，即流体出口处温度必将低于光伏电池温度。一方面流体水温在装置上部提升空间受到限制，有可能增加高品位能源的加热量，另一方面此处的光伏电池温度下降空间同样受限，对电效率产生不利影响。
因此，亟需一种既保证光伏电池在低温环境下高效工作，又能提高装置出口水温，减少高品位能耗量的光伏光热装置和海水淡化系统，而目前关于这种光伏光热装置和海水淡化系统还未见报道。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有技术中的不足，提供一种用于海水淡化的光伏光热装置。
为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是：
用于海水淡化的光伏光热装置，包括光伏部、集热部，所述光伏部设置在所述光伏光热装置的下半部，所述集热部设置在所述光伏光热装置的上半部；
所述光伏部，用于对海水进行预热，包括第一盖板、第一保温层、第一粘接层、光伏电池层、第二粘接层、第二保温层、第一流体通道，所述第一盖板设置在所述第一保温层的上部，所述第一粘接层用于将所述第一保温层的下部与所述光伏电池层的上部连接，所述第二粘接层用于将所述光伏电池层的下部与所述第二保温层的上部连接，所述第一流体通道设置在所述所述第二保温层的内部；
所述集热部，用于对预热的所述海水进行加热，包括第二盖板、第三保温层、吸热层、第四保温层、第二流体通道，所述第二盖板设置在所述所述第三保温层的上部，所述吸热层设置在所述第三保温层的下部，所述第四保温层设置在所述吸热层的下部，所述第二流体通道设置在所述第四保温层的内部；
所述第一流体通道与所述第二流体通道连接。
优选的，还包括入水通道、出水通道，所述入水通道设置在所述光伏部一侧，并与所述第一流体通道连接，所述出水通道设置在所述集热部一侧，并与所述第二流体通道连接。
优选的，所述第一粘接层和所述第二粘接层为EVA层。
优选的，所述光伏部还包括反射层，所述反射层的上部与所述第二粘接层的下部连接，所述反射层的下部与所述第二保温层的上部连接。
优选的，所述反射层为TPT层。
优选的，所述第一盖板和所述第二盖板为透明盖板。
优选的，所述光伏光热装置朝太阳辐射方向放置，并以一倾斜角度放置。
优选的，所述倾斜角度根据所述光伏光热装置放置所在地的经纬度设置。
本实用新型的第二个目的，提供一种海水淡化系统。
海水淡化系统，包括光伏光热装置、水泵、温敏三通阀、集热水箱、储热水箱、淡化装置；
所述光伏光热装置的下部与所述水泵的输出端连接，所述水泵的输入端与所述集热水箱连接；
所述光伏光热装置的上部与所述温敏三通阀的第一端连接，所述温敏三通阀的第二端与所述集热水箱连接，所述温敏三通阀的第三端与所述储热水箱连接；
所述集热水箱、所述储热水箱分别与所述淡化装置进行连接。
优选的，还包括逆变器、电池组、发电机；
所述逆变器，分别与所述光伏光热装置、所述发电机、所述电池组电联接，用于控制所述电池组进行充放电；
所述电池组与所述水泵、所述储热水箱电联接，所述电池组，用于对所述储热水箱辅助加热。
本实用新型采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
本实用新型的用于海水淡化的光伏光热装置及其海水淡化系统，通过光伏光热装置，充分利用海洋环境中的太阳能能源，减少化石能源的使用与运输，具有较强的环境友好属性；光伏部设置在光伏光热装置的下半部，光伏电池设置在光伏部的中部，且在光伏电池的下部设置流体通道，能够保证光伏电池的低温工作环境，并对海水进行预热；集热部设置在光伏光热装置的上半部，对预热的海水进行进一步加热，能够保证海水出口的温度；通过集热部与光伏部上下位置的设置，提高光伏光热装置的工作效率，既保证光伏电池的良好工作环境，又保证海水淡化系统中海水温度要求；光伏光热装置在海洋平台上与居住楼屋顶集成在一起，极大的消除海上风雨对设备稳定性的影响，并能够替代部分屋顶效果，降低造价费用；光伏光热装置采用上下两侧保温层包夹的方式，有效减少光伏光热装置的上表面、下表面以及侧面的热损失，极大的提高热效率；光伏电池的下部设置有TPT层，能够提高光电转换效率并降低电池的工作温度。
附图说明
图1是本实用新型的光伏光热装置的一个优选实施例的示意图。
图2是本实用新型的光伏光热装置的一个优选实施例的光伏部的剖视图。
图3是本实用新型的光伏光热装置的一个优选实施例的集热部的剖视图。
图4是本实用新型的海水淡化系统的一个优选实施例的示意图。
其中的附图标记为：光伏光热装置1；光伏部11；集热部12；入水通道13；出水通道14；第一盖板111；第一保温层112；第一粘接层113；光伏电池层114；第二粘接层115；反射层116；第二保温层117；第一流体通道118；第二盖板121；第三保温层122；吸热层123；第四保温层124；第二流体通道125；水泵2；温敏三通阀3；集热水箱4；储热水箱5；淡化装置6；发电机7；逆变器8；电池组9。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为本实用新型的限定。
本实用新型的一个优选实施例，如图1所示，用于海水淡化的光伏光热装置1，包括光伏部11、集热部12、入水通道13、出水通道14，光伏部11设置在光伏光热装置1的下半部，集热部12设置在光伏光热装置1的上半部，光伏部11与集热部12连接，入水通道13与光伏部11连接，出水通道14与集热部12连接。
光伏部11，用于对入水通道13通入的海水进行预热，如图2所示，包括第一盖板111、第一保温层112、第一粘接层113、光伏电池层114、第二粘接层115、反射层116、第二保温层117、第一流体通道118。
第一盖板111设置在第一保温层112的上部，第一粘接层113将第一保温层112的下部与光伏电池层114的上部连接，第二粘接层115将光伏电池层114的下部与反射层116的上部连接，第二保温层117设置在反射层116的下部，第一流体通道118设置在第二保温层117的中部，第一流体通道118与入水通道13连接。
第一盖板111为透明盖板，第一保温层112为空气保温层，第一粘接层113和第二粘接层115为EVA层(乙烯-乙酸乙酯共聚物层)，反射层116为TPT层(聚氟乙烯复合膜层)。
第一盖板111采用透明盖板，使阳光透过第一盖板111直射光伏电池层114，使光伏电池层114接收最多的太阳能能源。
第一盖板111为钢化玻璃盖板。
第一粘接层113和第二粘接层115采用EVA作为热熔粘接胶膜，经一定条件热压发生熔融黏接后冷却固化，将光伏电池层114“上盖下垫”包封。
反射层116采用TPT，与第二粘接层115的EVA层具有良好黏接效果，并且具有阳光反射性和高红外发射率，通过阳光反射性，将光线反射至光伏电池层114以提高光伏电池层114的光电转换效率；利用高红外发射率，可以提高光伏电池层114的散热效率，从而降低光伏电池层114的工作温度。
在本实施例中，反射层116的设置只是为了提高光反射率和红外发射率，在实际应用中，可以将反射层116去除，以控制成本。
第一保温层112和第二保温层117，能够有效降低光伏部11的上表面、下表面以及侧面的热损失。
采用上述技术方案，利用光伏部11的这种结构设计，保证了光伏电池层114的光电转换效率，同时对海水进行预热，提高了光热在光伏部11的利用效率。
集热部12，用于对光伏部11预热的海水进一步加热，如图3所示，包括第二盖板121、第三保温层122、吸热层123、第四保温层124、第二流体通道125。
第二盖板121设置在第三保温层122的上部，吸热层123设置在第三保温层122的下部，第四保温层124设置在吸热层123的下部，第二流体通道125设置在第四保温层124的中部，第二流体通道125一端与光伏部11的第一流体通道118连接，其另一端与出水通道14连接。
第二盖板121为透明盖板，第三保温层122为空气保温层，吸热层123表面覆盖有选择性吸收涂层。
第二盖板121采用透明盖板，使阳光透过第二盖板121直射吸热层123，是吸热层123接收最多的太阳能能源。
第二盖板121为钢化玻璃盖板。
吸热层123将吸收的太阳能能源转化为热能，并随之导热至第二流体通道125，对第二流体通道125内的海水进行加热。
吸热层123具有高吸收率、高导热率以及良好的相容性，其表面覆盖有选择性吸收涂层，可最大程度吸收太阳能能源并减少自身的热损失。
第三保温层121和第四保温层124，能够有效降低集热部12的上表面、下表明以及侧面的热损失。
采用上述技术方案，利用集热部12的这种结构设计，保证了吸热层123的光热效率，对海水进行加热，使出口海水温度符合海水淡化要求。
采用上述技术方案，光伏光热装置1采用上集热部12、下光伏部11的设计，在工作时，太阳辐射分别透过第一盖板111和第二盖板121分别投射在光伏电池层114和吸热层123上，并让海水依次通过光伏部11和集热部12，既保证光伏电池层114的光电转换效率，又保证出口海水的水温。将海水先通过光伏部11，可以在降低光伏电池层114的工作温度的同时，对海水进行预热，保证光伏部11最大程度利用太阳能能源；再将海水通过集热部12，使预热海水的温度进一步升高，提高集热部12的光热效率。
利用这种设计，解决了传统的光伏光热装置中出口海水温度受限于其上部的光伏电池的问题。
在海洋平台使用光伏光热装置1的时候，可以将光伏光热装置与居住楼屋顶进行集成，可以有效消减风雨对于设备稳定性的影响，同时又能替代一部分屋顶效果，降低造价费用。
在使用光伏光热装置1时，将光伏光热装置1以一定倾斜角度放置，使光伏光热装置1朝向太阳辐射方向。
光伏光热装置1的倾斜角度会根据光伏光热装置1所在地的经纬度进行设置。
采用上述技术方案，通过倾斜光伏光热装置1，使光伏光热装置1正对着太阳辐射方向，从而最大限度吸收太阳辐射，提高光电光热转换效率。
本实用新型的一个优选的海水淡化系统，如图4所示，包括光伏光热装置1、水泵2、温敏三通阀3、集热水箱4、储热水箱5、淡化系统6、发电机7、逆变器8、电池组9。
光伏光热装置1的输入端(即入水通道13)与水泵2的输出端连接，水泵2的输入端与集热水箱4连接。
光伏光热装置1的输出端(即出水通道14)与温敏三通阀3的第一端连接，温敏三通阀3的第二端与集热水箱4连接，温敏三通阀3的第三端与储热水箱5连接。
淡化系统6的输出端与集热水箱4连接，淡化系统6的输入端与储热水箱5连接。
光伏光热装置1和发电机7与逆变器8电联接，逆变器8与电池组9电联接，电池组9与水泵2、储热水箱5电联接。
进一步地，发电机7为风力发电机，能够最大化利用海洋环境的风力资源。
进一步地，逆变器8为风光互补控制逆变器，能够有效调节风电与光电之间的关系，从而保证稳定高效的电力输出，控制电池组9的充放电状态。
进一步地，电池组9为蓄电池组。
进一步地，利用温敏三通阀3，可以有效控制水的流向。
本实施例的海水淡化系统的使用方法如下：首先设定温敏三通阀3的阈值；淡化系统6向集热水箱4输出预处理海水；打开水泵2，集热水箱4向光伏光热装置1输出预处理海水；光伏光热装置1对预处理海水进行预热、加热，并将加热后的海水向温敏三通阀3输出；当温敏三通阀3的第一端的温度低于阈值时，温敏三通阀3的第二端打开，温敏三通阀3的第三端关闭，海水进入集热水箱4，并再次通过光伏光热装置1进行加热；当温敏三通阀3的第一端的温度高于阈值时，温敏三通阀3的第二端关闭，温敏三通阀3的第三端开启，海水进入储热水箱5，并向淡化系统6输送；淡化系统6对满足温度的海水进行处理，得到淡水和高盐度海水，将淡水通过淡水泵输出；将高盐度海水与预处理海水混合后，送入热回收段，吸收蒸汽凝结热后，进入集热水箱4进行循环。
光伏光热装置1和发电机7产生的电能通过逆变器8进行转换，对电池组9进行充电放电操作，电池组9为水泵2和储热水箱5功能，对储热水箱5内的海水进行辅助加热，达到淡化系统6的温度要求。
当光伏光热装置1所处的室外环境温度或辐照度低于温敏三通阀3的阈值时，温敏三通阀3自动关断，光伏光热装置1内的海水停滞，持续接受太阳辐射而升温，当水温达到阈值时，温敏三通阀3开启，进行后续的处理。
以上所述仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本实用新型说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于海水淡化的光伏光热装置，其特征在于，包括光伏部(11)、集热部(12)，所述光伏部(11)设置在所述光伏光热装置(1)的下半部，所述集热部(12)设置在所述光伏光热装置(1)的上半部；
所述光伏部(11)，用于对海水进行预热，包括第一盖板(111)、第一保温层(112)、第一粘接层(113)、光伏电池层(114)、第二粘接层(115)、第二保温层(117)、第一流体通道(118)，所述第一盖板(111)设置在所述第一保温层(112)的上部，所述第一粘接层(113)用于将所述第一保温层(112)的下部与所述光伏电池层(114)的上部连接，所述第二粘接层(115)用于将所述光伏电池层(114)的下部与所述第二保温层(117)的上部连接，所述第一流体通道(118)设置在所述第二保温层(117)的内部；
所述集热部(12)，用于对预热的所述海水进行加热，包括第二盖板(121)、第三保温层(122)、吸热层(123)、第四保温层(124)、第二流体通道(125)，所述第二盖板(121)设置在所述第三保温层(122)的上部，所述吸热层(123)设置在所述第三保温层(122)的下部，所述第四保温层(124)设置在所述吸热层(123)的下部，所述第二流体通道(125)设置在所述第四保温层(124)的内部；
所述第一流体通道(118)与所述第二流体通道(125)连接。
2.根据权利要求1所述的用于海水淡化的光伏光热装置，其特征在于，还包括入水通道(13)、出水通道(14)，所述入水通道(13)设置在所述光伏部(11)一侧，并与所述第一流体通道(118)连接，所述出水通道(14)设置在所述集热部(12)一侧，并与所述第二流体通道(125)连接。
3.根据权利要求1所述的用于海水淡化的光伏光热装置，其特征在于，所述第一粘接层(113)和所述第二粘接层(115)为EVA层。
4.根据权利要求1所述的用于海水淡化的光伏光热装置，其特征在于，所述光伏部(11)还包括反射层(116)，所述反射层(116)的上部与第二粘接层(115)的下部连接，所述反射层(116)的下部与第二保温层(117)的上部连接。
5.根据权利要求4所述的用于海水淡化的光伏光热装置，其特征在于，所述反射层(116)为TPT层。
6.根据权利要求1所述的用于海水淡化的光伏光热装置，其特征在于，所述第一盖板(111)和所述第二盖板(121)为透明盖板。
7.根据权利要求1所述的用于海水淡化的光伏光热装置，其特征在于，所述光伏光热装置(1)朝太阳辐射方向放置，并以一倾斜角度放置。
8.根据权利要求7所述的用于海水淡化的光伏光热装置，其特征在于，所述倾斜角度根据所述光伏光热装置(1)放置所在地的经纬度设置。
9.一种海水淡化系统，包括如权利要求1～8所述的光伏光热装置，其特征在于，还包括水泵(2)、温敏三通阀(3)、集热水箱(4)、储热水箱(5)、淡化装置(6)；
所述光伏光热装置(1)的下部与所述水泵(2)的输出端连接，所述水泵(2)的输入端与所述集热水箱(4)连接；
所述光伏光热装置(1)的上部与所述温敏三通阀(3)的第一端连接，所述温敏三通阀(3)的第二端与所述集热水箱(4)连接，所述温敏三通阀(3)的第三端与所述储热水箱(5)连接；
所述集热水箱(4)、所述储热水箱(5)分别与所述淡化装置(6)进行连接。
10.根据权利要求9所述的海水淡化系统，其特征在于，还包括逆变器(8)、电池组(9)、发电机(7)；
所述逆变器(8)，分别与所述光伏光热装置(1)、所述发电机(7)、所述电池组(9)电联接，用于控制所述电池组(9)进行充放电；
所述电池组(9)与所述水泵(2)、所述储热水箱(5)电联接，所述电池组(9)，用于对所述储热水箱(5)辅助加热。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114620794A (zh) * 2022-03-16 2022-06-14 江南大学 一种仿蒸腾作用光热水蒸发淡水收集器及其制备方法
CN115010227A (zh) * 2022-07-07 2022-09-06 西安交通大学 光伏余热耦合磁热强化的电渗析系统

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