[发明专利]一种用于太阳能水电联产的防水连接层、制备方法、专用装置

说明书

本发明涉及太阳能光伏和太阳能海水净化领域，具体涉及一种用于太阳能水电联产的防水连接层、制备方法、专用装置，所述的防水连接层为负载有陶瓷颗粒和/或碳纳米管的乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物层；或负载有陶瓷颗粒和/或碳纳米管的聚二甲基硅氧烷层；或玻璃层；或塑料层，且该层的一侧表面有亲水性的亲水层。将该防水连接层应用于太阳能水电联产装置中，使得顶部太阳能电池的光电转化效率进一步提高。含有该防水连接层的专用装置可应用至工业光伏电站，提高光伏电站的电能产出，并产生净水，也可作为便携装置，用于户外的生存器件，提供电和水。

技术领域

本发明涉及太阳能光伏领域和光热转换技术领域，具体涉及一种用于太阳能水电联产的防水连接层、制备方法、专用装置。

背景技术

随着全球人口增加气候变化加剧，社会和经济发展迅速，人们对水电资源的需求越来越大。然而水和能源的关系错综复杂，人们通常只能通过无关的方式分别获取净水资源和电能资源。当同时需要水和电时，人们需要分立的占地面积和基础设施，故而会带来较高的成本，得到较低的能源利用率。

近年来，光伏产业蓬勃发展，太阳能电池的成本稳步降低，而转化效率逐渐提升。目前来说，单级太阳能电池的效率依旧在30％以下，使得大部分的太阳光能量(70％)依旧被浪费掉。对于光伏器件来说，高能光子(高于带宽)在部分被吸收后，都会以热的方式(掉落到带边的热化热)耗散掉。而低能光子(低于带宽)则会由于被困在电池中或者透过电池而不能被利用。对于电池来说，热化热带来的温度升高会损害电池的工作性能(效率或稳定性)。

在海水淡化方面，近年来在降低成本，提高能源利用等方面进展显著。但需要注意的是，反式渗透膜的水处理技术已经接近热力学的极限。对于海水淡化的进一步发展，廉价能源和是否环境友好依旧是两大重点关注的议题。

光伏技术和反式渗透膜技术是目前生产环境友好的电能和净水资源的主流技术。光伏和反式渗透膜联用成为了持续同时供给电能和净水资源的重要方式之一。这种级联的系统首先通过光伏技术产生绿色电能，随后电能驱动反式渗透膜，产生淡水资源。然而，这个级联系统的太阳能转化效率被单级光伏的shockly-queisser极限(33％)所限制。此外，建立这样的联合系统，需要针对光伏和反式渗透膜系统规划分立的占地面积和建造不同的基础设施，增加了整个系统的成本和复杂性。水和电的联产引起了人们广泛的兴趣，研究人员也对太阳能产水产电领域进行了诸多研究。一些工作在基于太阳能光热技术的基础上进行。例如在海水淡化过程中利用盐浓差同时发电，或是利用形变同时产电。尽管它们有着和独立的光热转化器件一样高的太阳光利用率，但是电的产量都不尽如人意，通常在一个太阳光强下小于1W m^-2。

发明内容

本发明为了解决太阳能光伏器件中大部分太阳能的浪费、热化热对光伏器件性能损坏、水和电能同时获取的困难等问题，设计了一种用于太阳能水电联产的防水连接层、制备方法、专用装置，该装置可利用全谱太阳光，使顶部的红外透明电池产生绿色电能，底部的太阳能水净化系统淡化海水或污水。我们在顶部电池和底部纯化系统中设计了一个防水连接层(WTIL)，该防水连接层同时具有较好的传热功能，使得电池和纯化体系级联起来，两者协同工作。利用这个级联协同水电联产器件，可以在一个太阳的光照下，实现204W m^-2的电能输出(比顶部电池单独产电提升了～8％的产电效率)，同时还可以0.8kg m^-2h^-1的速率纯化水，达到74.6％的总太阳能利用率。

一种用于太阳能水电联产的防水连接层，其特征在于，所述的防水连接层为负载有陶瓷颗粒和/或碳纳米管的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物层；或负载有陶瓷颗粒和/或碳纳米管的聚二甲基硅氧烷层；或玻璃层；或塑料层，且该层的一侧表面有亲水性的亲水层。此处“该层”是指的负载有陶瓷颗粒和/或碳纳米管的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物层；或负载有陶瓷颗粒和/或碳纳米管的聚二甲基硅氧烷层；或玻璃层；或塑料层。