[发明专利]一种太阳能水-电联产装置

说明书

一种太阳能水‑电联产装置，包括太阳能光伏‑蒸发装置和温差水箱；太阳能光伏‑蒸发装置包括光伏系统和蒸发系统；温差水箱包括膜蒸馏系统；膜蒸馏系统包括海水池和冷水槽，海水池和冷水槽之间以温差集水组件隔开；光伏系统包括光伏电池，蒸发系统包括蒸发层和冷却铜板，蒸发层设置于光伏电池的基底侧吸收光伏电池发电产生的热量，热量用于使蒸发层从海水池吸取的海水蒸发，热量还用于通过蒸发层传递至海水池使海水升温；蒸发层和冷却铜板之间形成蒸汽腔，蒸发形成的蒸汽在冷却铜板上凝结收集。本发明利用水相变吸热降低光伏电池工作温度，利用废热蒸馏海水实现淡化；多级蒸发技术可充分利用蒸汽显热和冷凝潜热；膜蒸馏系统可增加淡水产量。

技术领域

本发明属于太阳能光伏发电和海水淡化技术领域，特别涉及一种太阳能水-电联产装置。

背景技术

能源短缺和清洁水短缺是全球可持续发展的两大挑战。水和能源密不可分，全球越来越感受到水与能源的紧密联系，因为水安全正成为对能源安全的威胁，反之亦然。在西方国家，大约50％的水用于能源生产。另一方面，清洁水生产，特别是海水淡化，消耗大量的电力。特别是在干旱和半干旱地区，水-能源关系的影响已经大大加剧。太阳能作为一种可再生能源，目前太阳能光伏发电是全球利用清洁能源发电的一种重要方式。在世界大部分地区每天辐射量通常在4-8kW/m²的范围内，且只有大约10-20％的太阳能可以被最先进的商业光伏电池转化为电能。

这是由于光伏电池中半导体材料禁带宽度的限制，大部分波段的太阳能无法被光伏电池利用，以热化热能和热能的形式存在，造成了光谱能量的损失，并对光伏电池产生负面影响；而太阳能界面蒸发技术作为一种新型光热利用手段,借助微纳结构材料设计及热学有效调控，将热能转化局域到气-液界面,高效的利用热能产生蒸汽。太阳能光伏发电和蒸发冷却技术相结合，光伏电池充当了蒸馏器的光吸收单元，而蒸馏器的蒸发有效地给光伏电池降温增效，同时弥补了太阳能光伏利用中未被利用光谱波段的能量损失，实现太阳能的全光谱利用，达到了互利共赢的效果。

太阳能光伏发电和蒸发冷却技术相结合不仅可以高效的利用太阳能产生电能和淡水，同时具有能耗低、响应快、无污染、发电效率高、蒸发速率快等优点。但蒸馏过程的蒸发层补给水源的同时，沿水路的逆方向仍有部分热量散失到海水中，虽然已经减少了水路蒸发层与水的接触面积，但并不能阻断蒸发层向海水的热量传递，且底部海水余热仍是具有利用价值的。因此，采用膜蒸馏技术进一步开发和利用底部海水的余热是提高能源利用效率，实现太阳能全光谱利用的重要途径。同时这一策略也可为发电厂从用水者转变为淡水生产者提供了潜在的可能性。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种太阳能水-电联产装置，将太阳能光伏发电和海水淡化相结合，以期在提高光伏效率的同时，增加淡水的产量。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种太阳能水-电联产装置，包括太阳能光伏-蒸发装置和温差水箱；

所述太阳能光伏-蒸发装置包括光伏系统和蒸发系统；所述温差水箱包括膜蒸馏系统；所述膜蒸馏系统包括海水池和冷水槽，所述海水池和冷水槽之间以温差集水组件隔开；

所述光伏系统包括光伏电池，所述蒸发系统包括蒸发层和冷却铜板，所述蒸发层设置于光伏电池的基底侧吸收所述光伏电池发电产生的热量，所述热量用于使所述蒸发层从所述海水池吸取的海水蒸发，所述热量还用于通过所述蒸发层传递至所述海水池使海水升温；所述蒸发层和冷却铜板之间形成蒸汽腔，所述蒸发形成的蒸汽在所述冷却铜板上凝结收集。

在一个实施例中，所述太阳能光伏-蒸发装置设置在所述温差水箱上侧，通过铰链和连杆连接，以实现太阳能光伏-蒸发装置的角度调节。