[发明专利]一种太阳能热光伏海水淡化装置

说明书

技术领域

本发明属于太阳能利用领域，属一种新型的太阳能利用技术，特指一种综合利用太阳能产生的热能和电能来进行海水淡化的技术。

背景技术

淡水是人类社会赖以生存和发展的基本资源之一。地球上的水资源总量很多，但淡水仅占不到3 %，剩下的都是海水资源。随着世界环境的变化，人口的增加、生活水平的提高以及工业的快速发展，当今整个世界都面临严重的淡水资源短缺的局面；从某种意义上说，海水才是取之不尽、用之不竭的主要水源，因此，开发和利用海水淡化技术是未来解决全球性淡水资源供需矛盾最有效的途径。

传统的海水淡化方法有多级闪蒸、低温多效、电渗析法、压汽蒸馏、反渗透膜法、冷冻法等数十种，其中多级闪蒸法、反渗透膜法和低温多效蒸馏法是全球主流技术；多级闪蒸法具有技术成熟、运行可靠、装置产量大等优点，但能耗偏高，而电渗析法具有装置简单、不污染环境、单位能耗产水率高等显著特点；传统的海水淡化装置都需要外部装置提供能量，因此为解决海水淡化的供能问题有人提出了利用太阳能实现海水淡化的装置，其中包括有直接利用太阳光聚焦淡化海水的装置、光伏聚光发电海水淡化装置等。

太阳能热光伏是一种新型的太阳能利用技术，它的基本工作原理是利用光学组件先聚光，再利用汇聚的光能加热辐射器，最后利用低带隙光电池将辐射器辐射出来的光子转变为电能，由于能量较低的光子也参与加热辐射器而使辐射器辐射出来的光子增加，而且辐射器的辐射频率是与光电池的吸收频率匹配的，这样原来不能进行直接光电转换的能量能够被利用起来，在光电转换效率相同，太阳能热光伏发电系统输出功率密度可达一般太阳能光伏发电系统的几十倍。

因此，如果能将太阳能热光伏发电系统同传统的海水淡化装置结合起来，既可以保留目前海水淡化工艺中的一些成熟技术，又可以充分利用太阳能为海水淡化过程提供充足的热能和动力消耗，我们有理由相信这样的一套装置必将对缓解淡水资源危机着重要的现实意义。

发明内容

本发明以一种改进的太阳能热光伏发电系统为核心，结合多级闪蒸法和电渗析法海水淡化的特点和要求，设计出一种新型的太阳能热光伏海水淡化装置。

本发明装置主要由太阳能热光伏系统、海水淡化系统两大部分组成。

所述太阳能热光伏系统由菲涅尔透镜、 镀有选择性光学膜玻璃板、集热器、辐射器、光伏电池以及蓄电池组成，工作时利用菲涅尔透镜聚焦太阳光，使得光线首先被聚焦到镀有选择性光学膜玻璃板上，玻璃板可对光线进行分光，其中短波辐射被反射到辐射器上并对其进行加热，高温下辐射器可发射出同光伏电池能很好匹配的特定波长热辐射，它们通过光伏电池的光电转换作用转变为电能输出，这些电 能被存储在蓄电池中，为后续的海水淡化过程等提供能源；光伏电池板背后安装了冷却通道，利用冷却水在通道内的对流换热过程对光电池进行冷却，以维持光伏电池的合理工作温度，保证光电转换的效率。

海水淡化系统包括电渗析装置和多级闪蒸室，其中电渗析海水淡化装置用作对海水进行粗过滤并置于多级闪蒸室之前，电渗析装置和多级闪蒸室工作过程中所需要的电能均由太阳能热光伏系统提供。

所述海水淡化系统中存在两套水路，其一是原料海水水路，另一个是能在不同位置对原料海水进行预热的电池循环冷却水的水路，为此在系统中设置了多个热交换器以实现不同温度海水和电池循环冷却水之间的热量交换。

原料海水在淡化过程中，首先在一个电渗析装置中进行粗过滤，使得海水浓度得以降低，然后再经多级闪蒸室进一步淡化，同时分离出的废水排入浓海水池。采用多级闪蒸法淡化前，粗过滤海水依次进入两个热交热器被较高温度的电池冷却循环水以及末级闪蒸室排除的浓海水进行预热，随后从末级闪蒸室上部开始逆向流入各级闪蒸室，经闪蒸室产生的蒸汽预热后，到达第三个热交换器并被从集热器流出的电池循环冷却水加热至第一级闪蒸所需的80℃左右温度后依次进入压力逐渐降低的闪蒸室中，逐级进行闪蒸、预热粗过滤海水，最后冷凝为淡水汇入淡水池中，末级闪蒸室排出的浓海水流入浓海水池。

另一套水路采用循环流动的方式，循环水流经电池背部冷却通道时吸收电池光电转化的废热后温度升高，随后经输送管道流至安装在玻璃板后的集热器内部，集热器吸收了聚焦太阳光中的长波辐射能因此可大幅提升冷却水的温度至90℃左右，接着高温冷却水进入上文提到的第三个热交换器中与即将进入第一级闪蒸室的海水进行热量交换，随后这部分冷却水继续流至另一个热交换器，并与同时汇入热交换器的粗过滤海水继续进行换热，从而再次成为低温冷却水，之后流入光电池板背部的冷却通道内以循环利用。