太阳能电池发汗冷却及多级海水淡化耦合系统技术方案

本发明专利技术提供了一种太阳能电池发汗冷却及多级海水淡化耦合系统，包括：太阳能电池板，太阳能电池板背面底部设有多级发汗冷却淡化系统；所述发汗冷却淡化系统包括从上到下依次叠加的发汗蒸发层、疏水膜、冷凝收集层、金属片；海水存储池通过海水输送通道与每级发汗冷却淡化系统中的发汗蒸发层连接；淡水收集池通过淡水回收通道与每级发汗冷却淡化系统中的冷凝收集层连接；发汗冷却层安装在最后一级发汗冷却淡化系统的冷凝收集层底部且一端伸入海水存储池中。本发明专利技术优化了太阳能电池板由于不断在太阳光照射下温度上升而降低光电转化效率，另一方面充分利用太阳能电池板的废热进行多级海水淡化产生大量淡水，使得整个系统的能源利用效率大大提升。

【技术实现步骤摘要】
太阳能电池发汗冷却及多级海水淡化耦合系统
本专利技术涉及海水淡化
，具体涉及一种太阳能电池发汗冷却及多级海水淡化耦合系统。
技术介绍
中国是一个海岸线长，海岛众多国家。而我国海岛地区的基本现状却是淡水、电力资源普遍不足。水、电资源的严重短缺制约了海岛经济、社会的发展，并给人们的生产、生活造成了困难。以往为解决海岛地区淡水资源缺乏的常用方法有海水淡化、开发当地淡水、大陆运水；而对于电力资源缺失的问题，往往采用柴油发电机供电的方法。一方面，这些海岛远离大陆，交通运输困难，燃油和淡水运输成本太高；另一方面，这些海岛地区往往拥有极其丰富的太阳能资源，具备太阳能海水淡化和太阳能光伏发电的有利条件，但却未能得到有效的利用。目前海岛地区对于太阳能的利用往往是通过太阳能光伏发电的形式实现的，但是传统意义上的太阳能光伏发电不具备合理的热管理技术，造成效率偏低，仅能在一定程度上缓解电力紧张的局面。为解决海岛地区水、电匮乏的问题，目前只能采用不同的装置分别加以解决，这也就造成了最终水、电系统庞杂、成本昂贵的问题。因此，寻找一种新型、高效、可靠、简单的一体化水电联产系统，从根本上改善海岛地区淡水、电力的缺乏的现状，加强我国对于海洋权益的维护具有极为重大的意义。基于此，我们设计了一套太阳能电池发汗冷却及多级海水淡化耦合系统，旨在通过发汗冷却方式降低电池板温度进而提高其光电转化效率的同时，利用局域热法和多级结构重复利用相变潜热技术进行海水淡化，产生淡水。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种太阳能电池发汗冷却及多级海水淡化耦合系统，通过太阳能单晶硅片光电转化系统与海水淡化系统巧妙地耦合，一方面提高太阳能光电转化效率，另一方面利用电池板背面的热量蒸发海水，并多次利用产生的蒸汽凝结潜热进行海水淡化，使得太阳能电池板的废热得到充分利用，极大地提高了太阳能的利用率。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种太阳能电池发汗冷却及多级海水淡化系统相互耦合的水电联产系统，其特征在于，包括：太阳能电池板，所述太阳能电池板背面底部设有多级发汗冷却淡化系统，发汗冷却淡化系统，包括从上到下依次叠加的发汗蒸发层、疏水膜、冷凝收集层、金属片，所述发汗冷却淡化系统与太阳能电池板的背面底部直接接触；海水存储池，所述海水存储池通过海水输送通道与每级发汗冷却淡化系统中的发汗蒸发层连接；淡水收集池，所述淡水收集池通过淡水回收通道与每级发汗冷却淡化系统中的冷凝收集层连接；发汗冷却层，所述发汗冷却层安装在最后一级发汗冷却淡化系统的金属片底部且一端伸入所述海水存储池中。进一步，本专利技术还还包括壳体，所述壳体固定在发汗蒸发层和冷凝收集层四周，采用导热系数低于0.3W/(m﹒K)的硅胶垫片。进一步，本专利技术还可以具有这样的特征：所述疏水膜为聚四氟乙烯选择透过膜。进一步，本专利技术还可以具有这样的特征：所述金属片的导热系数高于100W/(m﹒K)，厚度小于1mm。进一步，本专利技术还可以具有这样的特征：所述发汗蒸发层、冷凝收集层、发汗冷却层、海水输送通道和淡水回收通道均采用导热系数低于0.3W/(m﹒K)的纤维材质。进一步，本专利技术还可以具有这样的特征：所述发汗蒸发层和冷凝收集层的厚度在0.8mm-2mm之间。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1.产品是淡水和电，更加多元，且全程除太阳能外无需外界额外输入能量。提高太阳能电池的输出功率的同时可以产生淡水，通过这两种系统的耦合设计能够有效提高太阳能的能量利用率。2.本专利技术统筹光向电和热的转化，其中光伏发电利用约200Wm-2，太阳能光热利用约650Wm-2，实现太阳光的全光谱充分利用。3.系统利用微通道毛细力能实现系统自动补水和向外输送淡水不需要额外泵功，有效降低热损。4.多级结构实现潜热重复利用极大提高淡水产量。5.系统整体成本低廉，所有材料加工合成简单，系统高度集成。6.采用清洁可再生的太阳能，能源品位高、来源普遍、无成本。附图说明图1为本专利技术整体结构示意图；其中，1-太阳能电池板，2-发汗冷却系统，21-发汗蒸发层，22-疏水膜，23-冷凝收集层，24-金属片，3-海水存储池，4-淡水收集池，5-海水输送通道，6-淡水回收通道，7-发汗冷却层，8-壳体。具体实施方式以下参照附图对本专利技术所涉及的太阳能电池发汗冷却及多级海水淡化耦合系统。如图1所示，太阳能电池发汗冷却及多级海水淡化耦合系统包括:太阳能电池板1，所述太阳能电池板1背面底部设有多级发汗冷却淡化系统2；发汗冷却淡化系统2，包括从上到下依次叠加的发汗蒸发层21、疏水膜22、冷凝收集层23、金属片24，所述发汗冷却淡化系统2直接与太阳能电池板1的背面底部直接接触；海水存储池3，所述海水存储池3通过海水输送通道5与每级发汗冷却淡化系统中的发汗蒸发层21连接；淡水收集池4，所述淡水收集池4通过淡水回收通道6与每级发汗冷却淡化系统中的冷凝收集层23连接；发汗冷却层7，所述发汗冷却层7安装在最后一级发汗冷却淡化系统的金属片24底部且一端伸入所述海水存储池3中。在上述实施例中，所述发汗蒸发层21和冷凝收集层23四周外部还设有壳体8，对整个系统起支撑和固定作用，壳体8采用低导热系数绝热材料，导热系数低于0.3W/(m﹒K)，可采用低导热耐海水腐蚀硅胶垫片，但不限于硅胶垫片；上述疏水膜22为聚四氟乙烯选择透过膜，有效的使蒸汽透过同时将水阻挡在外部。太阳能电池板1用单晶硅太阳能电池板，光电转化效率为15-20％实现光电转化，底部直接与发汗蒸发层21接触，将热量传导至发汗蒸发层21，实现余热向海水相变潜热的转化；其中发汗蒸发层21、冷凝收集层23、发汗冷却层7、海水输送通道5和淡水回收通道6均采用纤维材质，可选择亲水低导热系数的棉布、海绵、混合纤维素或无纺布中的一种，但不限于棉布、海绵、混合纤维素或无纺布，其中，发汗蒸发层21和冷凝收集层23导热系数低于0.3W/(m﹒K)，可以有效抑制热量向海水传导，可提供毛细力不断补充海水且将淡水输送至淡水储藏室中，其厚度选择在0.8毫米左右。其中，金属片24采用导热系数高于100W/(m﹒K)的金属材质，本实施例中金属片采用铝片，但不限于铝片，其厚度小于1mm。系统在开始运行时，太阳能被太阳能电池板1吸收利用，一部分转化为电能另一部分转化为电池板自身的热量，使得电池板不断升温降低光热转化效率，为了使产电量稳定且有一定提高，我们通过设计了回收利用蒸汽潜热的海水淡化系统，在提高发电量的同时获得淡水。通过海水输送通道5把海水存储池3中的海水引流至太阳能电池板1的背部，由于海水输送通道5采用了清水低导热系数的棉布，所以海水输送通道5可自动将海水引流至各级的发汗蒸发层21中，最上一级的发汗蒸发层21直接与太阳能电池板1的背面直接接触，太阳能电池板1的背面温度较高，利用太阳能电池板的余热使发汗蒸发层21中的海水蒸发产生蒸汽，透过疏水膜22后冷凝，类似发汗产生的淡水冷凝收集层23吸收并通过淡水回收通道6输送至淡水收集池4，蒸汽透过疏水膜22后冷凝所释放的潜热被金属片24吸收，金属片24的余热使下一级发汗冷却淡化系统2中的发汗蒸发层21中的海水蒸发产生蒸汽，依次循环。单级蒸汽潜热回收利用的原理是金属片24吸收的热量传导至与其充分接触的发汗蒸发层21本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.太阳能电池发汗冷却及多级海水淡化耦合系统，其特征在于，包括：太阳能电池板，所述太阳能电池板背面底部设有多级发汗冷却淡化系统；发汗冷却淡化系统，包括从上到下依次叠加的发汗蒸发层、疏水膜、金属片、冷凝收集层，所述发汗冷却淡化系统与太阳能电池板的背面底部直接接触；海水存储池，所述海水存储池通过海水输送通道与每级发汗冷却淡化系统中的发汗蒸发层连接；淡水收集池，所述淡水收集池通过淡水回收通道与每级发汗冷却淡化系统中的冷凝收集层连接；发汗冷却层，所述发汗冷却层安装在最后一级发汗冷却淡化系统的金属层底部且一端伸入所述海水存储池中。

【技术特征摘要】
1.太阳能电池发汗冷却及多级海水淡化耦合系统，其特征在于，包括：太阳能电池板，所述太阳能电池板背面底部设有多级发汗冷却淡化系统；发汗冷却淡化系统，包括从上到下依次叠加的发汗蒸发层、疏水膜、金属片、冷凝收集层，所述发汗冷却淡化系统与太阳能电池板的背面底部直接接触；海水存储池，所述海水存储池通过海水输送通道与每级发汗冷却淡化系统中的发汗蒸发层连接；淡水收集池，所述淡水收集池通过淡水回收通道与每级发汗冷却淡化系统中的冷凝收集层连接；发汗冷却层，所述发汗冷却层安装在最后一级发汗冷却淡化系统的金属层底部且一端伸入所述海水存储池中。2.根据权利要求1所述的太阳能电池发汗冷却及多级海水淡化耦合系统，其特征在于：还包括壳体，所述壳体固定在发汗蒸发层和冷凝收集...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡雪蛟，刘抗，刘辉东，江海峰，黄璐，王仪浦，欧阳自强，何荣杰，孔祥晖，雷舒婷，刘洋，王秉政，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42