基于太阳能光谱级联利用的藻类生物反应器系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于太阳能光谱级联利用的藻类生物反应器系统及方法，涉及生物反应器技术领域。包括改进型太阳能聚光器、藻类生物反应器、电线、电力管理系统，所述改进型太阳能聚光器与所述藻类生物反应器相连，所述改进型太阳能聚光器通过所述电线与所述电力管理系统相连；其中，所述改进型太阳能聚光器包括分光太阳能接收器、光学集中器、光纤和电线；所述分光太阳能接收器与所述光纤相连，所述光纤与所述光学集中器相连，所述电线与所述光纤对齐，并作为电缆束连接在一起。通过应用由光谱分离器和光伏电池组成的新型多层太阳能接收器，首次实现了太阳能光谱的级联利用，同时促进藻类生产和利用“浪费的光谱”发电，提高光的利用率。利用率。利用率。

【技术实现步骤摘要】
基于太阳能光谱级联利用的藻类生物反应器系统及方法


[0001]本专利技术涉及生物反应器
，更具体的说是涉及一种基于太阳能光谱级联利用的藻类生物反应器系统及方法。

技术介绍

[0002]近年来，在航天器上使用藻类生物反应器作为一种自我维持的生命支持系统得到了广泛的研究，因为这些反应器不仅可以为航天器上的乘员生产可食用的藻类，还可以消除呼出的CO2并为航天器舱补充。现有技术中，最基本的藻类生物反应器设计是将藻类/水混合物放入一个直接位于自然阳光下的透明圆筒中，液体流动回路和分离器连接到该气缸，使产生的藻类和其他材料循环进出生物反应器。虽然此做法可行，但是当阳光穿过藻类时，由于藻类的部分吸收，其强度将逐渐降低。因此，整个生物反应器空间上将存在不均匀的阳光强度，这导致生物反应器内深层区域活性藻类生长缺乏光合作用。其次，由于藻类只能利用400
‑
500nm和600
‑
700nm的光谱进行光合作用，因此其他光谱通常不被使用，这不仅导致能源效率非常低，废热还可能导致过热，从而杀死藻类。总的来说，基本藻类生物反应器的工作条件具有极低的能量效率和藻类产率，而且生物反应器的体积很大，因此对于航天器应用来说过于鸡肋。
[0003]解决阳光不均匀分布的一个常见解决方案是使用发光二极管，多个LED均匀地分布在生物反应器周围，并以与藻类需求相匹配的光强度发射。然而，LED需要功耗能量，在航天器环境中，这种能量通常来自光伏板，但是这种光合作用效率极低，使得LED解决方案不适合应用于航天器。另外，以前也提出过应用太阳能聚光器和光再分配器的概念，然而，这种解决方式太阳能利用效率非常低；藻类仅利用400
‑
500nm和600
‑
700nm的光谱进行光合作用，而浪费剩余光谱的问题并没有得到解决，从而导致航天器应用的经济成本过高。总而言之，现有藻类生物反应器系统的能量效率非常低，这是由于光强温度分布不均匀造成的，藻类仅利用400
‑
500nm和600
‑
700nm的光谱进行光合作用。因此，对本领域技术人员来说，如何提高藻类生物反应器系统的能量效率使藻类生物反应器可持续发展，是亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于太阳能光谱级联利用的藻类生物反应器系统及方法，以解决
技术介绍
中存在的问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于太阳能光谱级联利用的藻类生物反应器系统，包括改进型太阳能聚光器、藻类生物反应器、电线、电力管理系统，所述改进型太阳能聚光器与所述藻类生物反应器相连，所述改进型太阳能聚光器通过所述电线与所述电力管理系统相连；其中，所述改进型太阳能聚光器包括分光太阳能接收器、光学集中器、光纤和电线；所述分光太阳能接收器与所述光纤相连，所述光纤与所述光学集中器相连，所述电线与所述光纤对齐，并作为电缆束连接在一起。
[0006]通过采用上述技术方案，具有以下有益的技术效果：可以促进藻类的生产而不受
损害(因为藻类不能利用400nm
‑
700nm光谱之外的光)，并通过对太阳能集中器的太阳能接收器进行一些小修改来获取能量。
[0007]可选的，所述分光太阳能接收器为多层组件结构，由作为顶层的分光涂层、作为中间层的光伏电池和作为底层的玻璃纤维基板组成。
[0008]可选的，所述光纤和所述电线沿所述光学集中器的径向轴对齐，并作为电缆束连接在一起，并且在顶点穿过所述光学集中器的主体。
[0009]可选的，还包括水和CO2捕获子系统，所述水和CO2捕获子系统与所述电力管理系统、所述藻类生物反应器、航天器舱相连；所述水和CO2捕获子系统用于从所述航天器舱中抽取机舱空气，并从机舱空气中回收高浓度CO2和水，随后提供给所述藻类生物反应器，剩余未捕获的空气返回所述航天器舱。
[0010]可选的，所述藻类生物反应器还配备有由液体泵驱动的连续工作液体流动回路，所述连续工作液体流动回路包括液体和藻类分离与回收装置。
[0011]通过采用上述技术方案，具有以下有益的技术效果：本专利技术实现了一种有效的方法，用于调节航天器舱内的CO2、O2和水浓度水平，并向客舱机组人员提供藻类，所有这些都无需任何外部电源。
[0012]可选的，所述光纤用于传输400nm
–
700nm光谱范围内的光，所述电线连接到光伏电池端子，用于将产生的电能从所述改进型太阳能聚光器引向最终用户。
[0013]可选的，还包括太阳能跟踪器，所述太阳能跟踪器安装在所述改进型太阳能聚光器上。
[0014]另一方面，提供一种基于太阳能光谱级联利用的藻类生物反应方法，利用一种基于太阳能光谱级联利用的藻类生物反应器系统进行生物反应，具体步骤包括如下：
[0015]阳光入射到改进型太阳能聚光器上，分光太阳能接收器将阳光分为两个单独的光谱；
[0016]第一光谱定向反射到光纤中，通过光纤将所述第一光谱的光引导至藻类生物反应器中；
[0017]剩余光谱的光通过电线进入电力管理系统。
[0018]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种基于太阳能光谱级联利用的藻类生物反应器系统及方法，具有以下有益的技术效果：
[0019](1)通过应用由光谱分离器和光伏电池组成的新型多层太阳能接收器，首次实现了太阳能光谱的级联利用，同时促进藻类生产和利用“浪费的光谱”发电；这是区别于传统藻类生物反应器系统的一个主要优势，传统系统通常仅用于生产藻类；
[0020](2)本专利技术只需对太阳能接收器进行非常微小的修改，包括发电系统，剩余的材料预算基本上与基于普通太阳能集中器的藻类生物反应器相同。因此，与传统的互补系统相比，本专利技术具有更低的材料要求，该互补系统将藻类生物反应器和光伏板作为两个独立的子系统；
[0021](3)本专利技术系统还包括可由光伏电池供电的CO2和水捕获功能，本专利技术提出了一种小型、紧凑、完全集成的藻类生物反应器系统，该系统适用于封闭的航天器环境，不需要外部电源。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0023]图1为本专利技术的改进型太阳能集中器结构图；
[0024]图2为本专利技术的整体系统结构图。
[0025]其中，1为改进型太阳能聚光器、2为分光太阳能接收器、3为光学集中器、4为电缆束、5为光纤、6为玻璃、7为分光涂层、8为光伏电池、9为玻璃纤维基板、10为电线、11为400
‑
700nm、12为藻类生物反应器、13为液体和藻类分离和回收装置、14为液体泵、15为直流母线、16为机舱空气、17为净化空气、1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于太阳能光谱级联利用的藻类生物反应器系统，其特征在于，包括改进型太阳能聚光器、藻类生物反应器、电线、电力管理系统，所述改进型太阳能聚光器与所述藻类生物反应器相连，所述改进型太阳能聚光器通过所述电线与所述电力管理系统相连；其中，所述改进型太阳能聚光器包括分光太阳能接收器、光学集中器、光纤和电线；所述分光太阳能接收器与所述光纤相连，所述光纤与所述光学集中器相连，所述电线与所述光纤对齐，并作为电缆束连接在一起。2.根据权利要求1所述的一种基于太阳能光谱级联利用的藻类生物反应器系统，其特征在于，所述分光太阳能接收器为多层组件结构，由作为顶层的分光涂层、作为中间层的光伏电池和作为底层的玻璃纤维基板组成。3.根据权利要求1所述的一种基于太阳能光谱级联利用的藻类生物反应器系统，其特征在于，所述光纤和所述电线沿所述光学集中器的径向轴对齐，并作为电缆束连接在一起，并且在顶点穿过所述光学集中器的主体。4.根据权利要求1所述的一种基于太阳能光谱级联利用的藻类生物反应器系统，其特征在于，还包括水和CO2捕获子系统，所述水和CO2捕获子系统与所述电力管理系统、所述藻类生物反应器、航天器舱相连；所述水和CO2捕获子系统用于从所述航天器舱中抽取机舱空气，并从机舱空气中回收高浓度...

【专利技术属性】
技术研发人员：关学新，姚清河，罗语轩，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：