[发明专利]可变功率特性可再生太阳/风能源用于闭路淡化的系统

说明书

一种通过一缓冲电池及一直流与交流转换器由多个太阳能板及/或多个风力涡轮机供电的多个闭路淡化(CCD)单元的系统，在所述缓冲电池的所述负载保持在一预选水平被提供时，通过来自上述多种自然能量来源的一通量变化作为所述功率可用性功能，来进行运作。所述发明的系统的所述可编程逻辑控制器连续跟踪所述电池负载；所述系统在负载下降(输出输入)的情况下通过一通量下降或在负载增加(输出输入)的情况下通过一通量增加来周期性响应，使得所述平均电池负载维持在所述预选水平附近。渗透物生产是通过所述系统继续作为所述CCD单元的所述NMEn配置(N为模块编号；n为元件编号)、所述多个太阳能板的面积及/或所述多个风力涡轮机的所述转子扫掠面积，及所述可再生能量来源的所述功率可用性功能。

背景技术

为了减轻“全球温室效应”，对来自免费可再生能量来源的清洁发电的需求不断增加，导致具有成本效益的太阳能板(solar panels)及小型风力涡轮机(wind turbines)的开发及商业化，这可以在地球上有需要的地方离网(off grid)供应免费电力。将可再生能量来源用于淡化及水处理的应用应该能将低成本饮用水供应给在本地电网不存在或提供昂贵电力的岛屿、沿海地区及供水稀缺的内陆地区的不断增加的全球人口(约72亿)中的很大一部分。如果分别将25-50-100升/日/人的饮用水消耗量分别视为低-中-高标准，则以免费的太阳能/风能运作的5、10、25、50及100立方米/日(m³/day)容量的多个小型淡化单元应该能够分别供应200-100-50；400-200-100；1,000-500-259及2,000-1,00-500居民提供无污染的优质水。水消耗量大部分发生在白天，因此，仅由太阳能运作的多个淡化(desalination)单元应在日间有效照明6-8个小时期间满足所有日常用水需求；然而，通过风力运作的多个淡化单元不受限于日光，并且夜间产物被存储以在白天期间使用。

发明内容

在地球表面上的太阳能(P_S)可由(1)表示，作为通过空间中的太阳常数(1.353千瓦/平方米，kW/m²)被定义，并考虑到在晴朗的天空中在大气中损失的太阳辐射部分(δ)约为50％，在多云及/或雾气的情况下更多。如果将多个太阳能板产生的直流(DC)电流的效率用表示，将DC→AC功率转换因子的效率用Ω表示，则从在地球上的太阳辐射产生的所述交流功率可以表示为(2)。在白天期间，在地球平坦表面上的太阳辐射会发生变化，并通过cos(α)被定义；其中，α是在入射辐射与对平坦表面的法线之间的夹角，这暗示在中午的最大功率沉积，在早晨及下午的低功率沉积以及每日有效功率沉积的一有限小时数量。在全球几个区域中，每表面积的年度太阳能沉积量(千瓦时/平方米/年，kWh/m2/year)以及将它们转换成假设的直流能量(用括号括起来)透露：中欧、亚洲及加拿大为1,000(200)；美国中部为1,500(330)；地中海地区为1,750(385)；在赤道非洲以及中东、澳大利亚、非洲和美洲的沙漠地区为2,200(484)。所述被引用的数字已经考虑到夏季/冬季的大量季节性变化，其值被估计比冬季中期的平均值低25％，并且比夏季中期的数值高25％。因此，在484千瓦时/平方米/年(kWh/m²/year)的年度平均直流能量沉积的沙漠地区，季节性变化应在363-605千瓦时/平方米/年的范围内，这被解读为每日平均范围为0.99→1.66千瓦时/平方米/日(kWh/m²/day)。假设在冬季和夏季，在沙漠地区的平均日有效太阳辐射分别为6-8小时，则以上被引用的数字转换为平均电流165→207瓦时/平方米(Wh/m²)或13.7→17.2安培小时/平方米(Ampere-hour/m²)输入每平方米12伏电池的一太阳能板(solar panel)，被认为每30平方米(m²)的太阳能板分别在冬季和夏季期间转换成29.7→49.8千瓦时/日(kWh/day)。

(1)P_S(千瓦/平方米，kW/m²)＝1.353*(1-δ)