[发明专利]太阳能PV/T-膜蒸馏一体化海水系统

说明书

一种太阳能PV/T‑膜蒸馏一体化海水系统，属于太阳能热利用技术领域，该系统包括光伏光热发电集热系统、扩容蒸发系统和海水淡化系统组成。本系统通过扩容蒸发器实现各系统的集成耦合，其中光伏光热组件发出的电能通过逆变器发电供给系统和用户，同时用低温进料海水冷却光伏电池，提高光伏光热组件的光电转换效率。扩容蒸发器产生的蒸汽进入冷凝组件中，预热进料海水并被冷凝为淡水，通过阀门调节进料海水以保证光伏光热组件的稳定运行，而扩容蒸发器的疏水进入到膜蒸馏组件中继续产生淡水。本发明可实现太阳能的综合利用，减少一次能源的消耗，并具有高度的自动化和独立性。

技术领域

太阳能PV/T-膜蒸馏一体化海水系统，涉及一种将复合抛物面光伏光热组件和海水淡化集成在一起的联合水热电一体化系统，属于太阳能热利用技术领域。

背景技术

复合抛物面聚光器(Compound Parabolic Concentrator，简写CPC)，是一种依据边缘光线原理设计的低聚光度非成像聚光器，可将接收角范围内的入射光线按理想聚光比收集到吸收体上，最早由美国芝加哥大学Winston教授从高能物理实验研究中的辐射探测器改进而来的。CPC聚光器的最大特点就是不需要随时跟踪太阳的位置，仅需要根据季节的变化及时调整CPC的方位就能实现对太阳的跟踪，系统结构简单，便于操控，因此在投资成本与自动化方面具有很大的优势。光伏/光热集热器(Photovoltaic/thermal collector，简写PVT)是利用层压或胶粘技术将太阳能电池与太阳能集热器有机结合起来。按照光生伏特原理，大约有10％～17％的太阳光能被光伏电池直接转化为电能，剩下的大部分则被转化为热能，并且这部分能量在电池板上无法散出，提高了光伏电池的温度，经研究表明，光伏电池每提升1℃，光电转换效率则降低0.5％。PVT集热器采用强制循环流体(水或空气)来吸收太阳能电池板中未被转化成电能的热量，温度升高的水或空气可用于建筑采暖、生活热水、各种工质预热等。复合抛物面聚光器与光伏光热组件相结合，通过复合抛物面提高聚光比从而增加入射辐射能，一方面提高电池的电能输出功率，而通过光伏光热组件吸收电池背板热量，降低电池板温度，提高电效率。目前，对于CPC-PV/T系统的研究主要是集中在改进系统结构和建筑一体化的应用上，然而对于CPC-PV/T系统耦合海水淡化的工程示范鲜见报道。复合抛物面聚光器与太阳能集热组件相结合，吸收太阳辐射后并将产生的热能传递到传热工质，聚光的提升使工质可获得较大出口水温。太阳能集热器可以有多种分类方式，按集热器工作的温度范围可以将其分为低温集热器(工作温度100℃)、中温集热器(工作温度在100～200℃之间)和高温集热器(工作温度200℃)，等等，因此太阳能集热器可作为多种不同类型温度梯度的热源。

海水淡化是指通过向海水提供能量或做功使海水中的盐和水进行分离，从中获得淡水或者浓盐水的一种技术。据盐水的分离分离过程分类，可分为热方法、膜方法和其他方法。热方法中包括多级闪蒸(multi-stage flash,MSF)、多效蒸馏(multipleeffectdistillation，MED)、压气蒸馏(vapor compression,VC)等；膜方法包括反渗透(reverseosmosis,RO)、电渗析(electrodialysis,ED)、纳滤(Nanofiltration，NF)等；其他方法还包括冰冻法、水合物法、离子交换法、增湿除湿法等。尽管上述方法有很多，但是当前工业上大规模应用的海水淡化技术只有MSF、MED、VC和RO等几种方法。由于MSF、MED、VC需要消耗大量的蒸汽和电能，而RO也需要大量的电能，会带来大量的化石燃料的消耗，造成温室气体排放、雾霾频发等环境问题。膜蒸馏过程(membrane distillation，MD)是一种膜分离过程，该过程结合传统蒸馏过程和膜过程。膜蒸馏过程中所采用的膜为微孔疏水膜，该膜只允许水蒸汽透过而不被料液润湿。膜蒸馏过程的基本原理为料液中易挥发性组分在膜两侧易挥发性组分蒸汽压差的推动下穿过微孔疏水膜的膜孔，并在微孔疏水膜的另一侧冷凝。膜蒸馏过程中料液中易挥发性组分的蒸发、冷凝过程与传统的蒸馏过程十分相似，并且使用微孔疏水膜作为相界面屏障。