【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于新能源制備領(lǐng)域，具體涉及一種耦合光化學(xué)-光電-熱電反應(yīng)轉(zhuǎn)化集成的氫電互補(bǔ)供能系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、將取之不盡用之不竭的太陽能資源轉(zhuǎn)化為高效、清潔的氫能和電能進(jìn)行儲存利用是實現(xiàn)清潔能源大規(guī)模、長時間存儲的重要方式?，F(xiàn)有的制備綠色氫能和電能的生產(chǎn)方式都比較單一，如前者主要是通過光伏或風(fēng)力發(fā)電等驅(qū)動電解水反應(yīng)，這種方式因太陽能自身的周期性和波動性本征特征，對串級的電解槽的穩(wěn)定性及內(nèi)部組件性能提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。此外，該方法因利用大型直流電解槽進(jìn)行電解，前期的投資成本巨大。同樣的，對于單獨發(fā)電過程來講，目前通過室外光伏將太陽能光譜中部分紫外光及大部分可見光轉(zhuǎn)化為電能是最為普遍的方法，然而，光伏發(fā)電過程中的熱影響對光伏的發(fā)電效率影響明顯。通常情況下，以廉價的硅基光伏為例，在光輻照資源充足的夏季時光伏的效率甚至于低于在春天時候的工作狀態(tài)。針對于前述技術(shù)應(yīng)用瓶頸，通過簡單的多能量轉(zhuǎn)化過程的合理集成與優(yōu)化是解決技術(shù)難點及提升太陽能綜合轉(zhuǎn)化效率的有效途徑。
2、太陽能光催化反應(yīng)因其簡單、溫和、安全、低成本的技術(shù)特征而廣為研究，其反應(yīng)過程是通過顆粒態(tài)的光催化劑顆粒溶于純凈水中，在光激發(fā)情況下，半導(dǎo)體光催化劑界面活性位點處產(chǎn)生的光生電子可有效還原水分子從而得到氫氣。此外，此顆粒態(tài)的水基懸漿亦可以作為太陽能光譜利用中的有效“分割器件”。在聚光的情況下，實現(xiàn)其與光伏發(fā)電過程的互補(bǔ)綜合利用。與此同時，在聚光光伏工作時輔之以合理、高效的熱擴(kuò)散系統(tǒng)是解決光伏波動及安全耐久性的重要手段。對于整個集成系統(tǒng)中無序的熱能分配及轉(zhuǎn)化利用也是至關(guān)重要
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的在于提供一種耦合光化學(xué)-光電-熱電反應(yīng)轉(zhuǎn)化集成的氫電互補(bǔ)供能系統(tǒng)，旨在針對目前太陽能利用轉(zhuǎn)化利用形式單一、轉(zhuǎn)化效率低等現(xiàn)狀，提出一種在室外聚光條件下的耦合光化學(xué)轉(zhuǎn)化、光電轉(zhuǎn)化、熱電轉(zhuǎn)化高度集成的氫電互補(bǔ)綜合供能系統(tǒng)，以此方便于有關(guān)研究人員進(jìn)一步研究耦合集成系統(tǒng)內(nèi)部的工況優(yōu)化及能源有序轉(zhuǎn)化設(shè)計機(jī)理與理論，為太陽能的清潔、高效、低成本轉(zhuǎn)化利用提供一種可行的、可復(fù)制的、可放大的利用途徑及方法參考。
2、為達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
3、耦合光化學(xué)-光電-熱電反應(yīng)轉(zhuǎn)化集成的氫電互補(bǔ)供能系統(tǒng)，包括多流股換熱器、電能調(diào)度系統(tǒng)、光伏發(fā)電單元、熱電模組、光化學(xué)反應(yīng)流子系統(tǒng)、光熱轉(zhuǎn)化流子系統(tǒng)和熱交換流子系統(tǒng)；
4、光伏發(fā)電單元包括兩個對稱設(shè)置的反光拋面，在兩個反光拋面下方設(shè)置有軸對稱放置的斜面聚光光伏，與聚光光伏具有相同傾斜角且位于其底部位置處設(shè)置有聚光冷卻板，在聚光冷卻板對稱中心線下方設(shè)置有同心圓反應(yīng)管夾層結(jié)構(gòu)，包括由外至內(nèi)設(shè)置的光化學(xué)反應(yīng)外層管和光熱轉(zhuǎn)化內(nèi)層管；在同心圓反應(yīng)管夾層結(jié)構(gòu)下方設(shè)置有片層反光板；
5、熱電模組包括自上而下依次設(shè)置的熱電模組熱腔、熱電電池和熱電模組冷腔；
6、光化學(xué)反應(yīng)流子系統(tǒng)包括光催化劑懸液儲罐和光催化循環(huán)泵，光催化劑懸液儲罐出口通過光催化循環(huán)泵連通至光化學(xué)反應(yīng)外層管進(jìn)口，光化學(xué)反應(yīng)外層管出口連通至多流股換熱器光催化劑顆粒懸液進(jìn)口，多流股換熱器光催化劑顆粒懸液出口連通至光催化劑懸液儲罐進(jìn)口；
7、光熱轉(zhuǎn)化流子系統(tǒng)包括光熱流體儲罐和光熱循環(huán)泵，光熱流體儲罐出口通過光熱循環(huán)泵分別連通至光熱轉(zhuǎn)化內(nèi)層管進(jìn)口和聚光冷卻板進(jìn)口，光熱轉(zhuǎn)化內(nèi)層管出口和聚光冷卻板出口連通至多流股換熱器光熱流體進(jìn)口，多流股換熱器光熱流體出口連通至光熱流體儲罐進(jìn)口；
8、熱交換流子系統(tǒng)包括熱交換儲罐，熱交換儲罐出口連通至多流股換熱器納米流體進(jìn)口，多流股換熱器納米流體出口連通至熱電模組熱腔進(jìn)口，熱電模組熱腔出口連通至熱交換儲罐進(jìn)口；
9、熱電電池和聚光光伏所產(chǎn)生的電能接入到電能調(diào)度系統(tǒng)，形成電能的互補(bǔ)供給輸出。
10、本專利技術(shù)進(jìn)一步的改進(jìn)在于，反光拋面采用1/4反光拋面。
11、本專利技術(shù)進(jìn)一步的改進(jìn)在于，光化學(xué)反應(yīng)流子系統(tǒng)還包括設(shè)置在光催化循環(huán)泵出口處的光催化流量計。
12、本專利技術(shù)進(jìn)一步的改進(jìn)在于，光熱轉(zhuǎn)化流子系統(tǒng)還包括設(shè)置在光熱循環(huán)泵出口處的光熱流量計。
13、本專利技術(shù)進(jìn)一步的改進(jìn)在于，室外直接太陽能輻射至片層反光板后進(jìn)一步匯聚至同心圓反應(yīng)管夾層結(jié)構(gòu)；片層反光板間采用線性拉鎖控制其疏密程度；光催化劑懸液儲罐中放置的光催化劑顆粒懸液經(jīng)過光化學(xué)反應(yīng)外層管吸收太陽能紫外區(qū)和部分可見光能量，從而激發(fā)光催化劑產(chǎn)生電子還原水分子得到氫氣；未被光化學(xué)反應(yīng)外層管吸收的部分紅外區(qū)光子進(jìn)一步被流經(jīng)光熱轉(zhuǎn)化內(nèi)層管中的光熱流體吸收轉(zhuǎn)化為熱量，其部分熱量輔助加速光催化反應(yīng)的速率；透過同心圓反應(yīng)管夾層結(jié)構(gòu)的光子一部分由片層反光板的聚焦反射作用輻射給同心圓反應(yīng)管夾層結(jié)構(gòu)繼續(xù)利用，另一部分反射光線由反光拋面二次反射至聚光光伏表面，將前述未利用的大部分可見光能量直接轉(zhuǎn)化為電能；同時，一部分支路光熱流體通過聚光冷卻板將聚光光伏工作時所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行收集。
14、本專利技術(shù)進(jìn)一步的改進(jìn)在于，光催化劑懸液儲罐中的光催化劑顆粒懸液由光催化劑tio2、zno或fe2o3溶于甲醇和水的混合液得到。
15、本專利技術(shù)進(jìn)一步的改進(jìn)在于，光熱流體儲罐中的光熱流體由納米顆粒cu、al2o3溶于導(dǎo)熱油而構(gòu)成。
16、本專利技術(shù)進(jìn)一步的改進(jìn)在于，熱交換儲罐內(nèi)放置有高熱導(dǎo)率、高比熱容的氮化硼/石墨烯納米流體。
17、本專利技術(shù)進(jìn)一步的改進(jìn)在于，在熱電模組冷腔中放置有冰水混合物，其溫度恒定控制在0℃；熱電電池在熱電模組熱腔和熱電模組冷腔的溫差驅(qū)動下輸出電能。
18、本專利技術(shù)進(jìn)一步的改進(jìn)在于，光熱轉(zhuǎn)化內(nèi)層管的外側(cè)壁上設(shè)置有周期性圓柱，當(dāng)光催化劑顆粒懸液從光化學(xué)反應(yīng)外層管流動時，能夠增強(qiáng)流體的湍動效果。
19、相對于現(xiàn)有技術(shù)，本專利技術(shù)至少具有如下有益的技術(shù)效果：
20、1、本集成系統(tǒng)可大幅提升太陽能到終端氫、電的轉(zhuǎn)化效率，提高了系統(tǒng)的集成度及安全性。
21、2、系統(tǒng)中片層反光板間設(shè)置有線性拉鎖，可根據(jù)實際光輻射情況控制其疏密程度和聚光比例大小，操作簡單，便捷。
22、3、熱電電池充分利用光催化劑顆粒懸液及光熱轉(zhuǎn)化流體的熱量轉(zhuǎn)化，在熱電模組熱腔和熱電模組冷腔的溫差驅(qū)動之下產(chǎn)生恒定電能，提高了集成系統(tǒng)中的廢熱利用率。
23、4、系統(tǒng)在利用光催化劑顆粒懸浮液制備生成氫氣的同時，也利用其光吸收特征，作為有效的光學(xué)分頻器件，以便于將其余光譜能量用于光熱轉(zhuǎn)化和聚光光伏的發(fā)電過程。
24、5、在光熱轉(zhuǎn)化內(nèi)層管的外側(cè)壁上設(shè)置有周期性圓柱，可增加光催化劑顆粒懸液的輸運(yùn)湍動效果本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
1.耦合光化學(xué)-光電-熱電反應(yīng)轉(zhuǎn)化集成的氫電互補(bǔ)供能系統(tǒng)，其特征在于，包括多流股換熱器(17)、電能調(diào)度系統(tǒng)(18)、光伏發(fā)電單元、熱電模組、光化學(xué)反應(yīng)流子系統(tǒng)、光熱轉(zhuǎn)化流子系統(tǒng)和熱交換流子系統(tǒng)；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合光化學(xué)-光電-熱電反應(yīng)轉(zhuǎn)化集成的氫電互補(bǔ)供能系統(tǒng)，其特征在于，反光拋面(3)采用1/4反光拋面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合光化學(xué)-光電-熱電反應(yīng)轉(zhuǎn)化集成的氫電互補(bǔ)供能系統(tǒng)，其特征在于，光化學(xué)反應(yīng)流子系統(tǒng)還包括設(shè)置在光催化循環(huán)泵(9)出口處的光催化流量計(10)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合光化學(xué)-光電-熱電反應(yīng)轉(zhuǎn)化集成的氫電互補(bǔ)供能系統(tǒng)，其特征在于，光熱轉(zhuǎn)化流子系統(tǒng)還包括設(shè)置在光熱循環(huán)泵(12)出口處的光熱流量計(13)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合光化學(xué)-光電-熱電反應(yīng)轉(zhuǎn)化集成的氫電互補(bǔ)供能系統(tǒng)，其特征在于，室外直接太陽能(2)輻射至片層反光板(1)后進(jìn)一步匯聚至同心圓反應(yīng)管夾層結(jié)構(gòu)；片層反光板(1)間采用線性拉鎖控制其疏密程度；光催化劑懸液儲罐(8)中放置的光催化劑顆粒懸液經(jīng)過光化學(xué)反應(yīng)外層管(5)
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合光化學(xué)-光電-熱電反應(yīng)轉(zhuǎn)化集成的氫電互補(bǔ)供能系統(tǒng)，其特征在于，光催化劑懸液儲罐(8)中的光催化劑顆粒懸液由光催化劑TiO2、ZnO或Fe2O3溶于甲醇和水的混合液得到。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合光化學(xué)-光電-熱電反應(yīng)轉(zhuǎn)化集成的氫電互補(bǔ)供能系統(tǒng)，其特征在于，光熱流體儲罐(11)中的光熱流體由納米顆粒Cu、Al2O3溶于導(dǎo)熱油而構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合光化學(xué)-光電-熱電反應(yīng)轉(zhuǎn)化集成的氫電互補(bǔ)供能系統(tǒng)，其特征在于，熱交換儲罐(19)內(nèi)放置有高熱導(dǎo)率、高比熱容的氮化硼/石墨烯納米流體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合光化學(xué)-光電-熱電反應(yīng)轉(zhuǎn)化集成的氫電互補(bǔ)供能系統(tǒng)，其特征在于，在熱電模組冷腔(16)中放置有冰水混合物，其溫度恒定控制在0℃；熱電電池(15)在熱電模組熱腔(14)和熱電模組冷腔(16)的溫差驅(qū)動下輸出電能。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合光化學(xué)-光電-熱電反應(yīng)轉(zhuǎn)化集成的氫電互補(bǔ)供能系統(tǒng)，其特征在于，光熱轉(zhuǎn)化內(nèi)層管(4)的外側(cè)壁上設(shè)置有周期性圓柱，當(dāng)光催化劑顆粒懸液從光化學(xué)反應(yīng)外層管(5)流動時，能夠增強(qiáng)流體的湍動效果。
...【技術(shù)特征摘要】
1.耦合光化學(xué)-光電-熱電反應(yīng)轉(zhuǎn)化集成的氫電互補(bǔ)供能系統(tǒng)，其特征在于，包括多流股換熱器(17)、電能調(diào)度系統(tǒng)(18)、光伏發(fā)電單元、熱電模組、光化學(xué)反應(yīng)流子系統(tǒng)、光熱轉(zhuǎn)化流子系統(tǒng)和熱交換流子系統(tǒng)；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合光化學(xué)-光電-熱電反應(yīng)轉(zhuǎn)化集成的氫電互補(bǔ)供能系統(tǒng)，其特征在于，反光拋面(3)采用1/4反光拋面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合光化學(xué)-光電-熱電反應(yīng)轉(zhuǎn)化集成的氫電互補(bǔ)供能系統(tǒng)，其特征在于，光化學(xué)反應(yīng)流子系統(tǒng)還包括設(shè)置在光催化循環(huán)泵(9)出口處的光催化流量計(10)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合光化學(xué)-光電-熱電反應(yīng)轉(zhuǎn)化集成的氫電互補(bǔ)供能系統(tǒng)，其特征在于，光熱轉(zhuǎn)化流子系統(tǒng)還包括設(shè)置在光熱循環(huán)泵(12)出口處的光熱流量計(13)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合光化學(xué)-光電-熱電反應(yīng)轉(zhuǎn)化集成的氫電互補(bǔ)供能系統(tǒng)，其特征在于，室外直接太陽能(2)輻射至片層反光板(1)后進(jìn)一步匯聚至同心圓反應(yīng)管夾層結(jié)構(gòu)；片層反光板(1)間采用線性拉鎖控制其疏密程度；光催化劑懸液儲罐(8)中放置的光催化劑顆粒懸液經(jīng)過光化學(xué)反應(yīng)外層管(5)吸收太陽能紫外區(qū)和部分可見光能量，從而激發(fā)光催化劑產(chǎn)生電子還原水分子得到氫氣；未被光化學(xué)反應(yīng)外層管(5)吸收的部分紅外區(qū)光子進(jìn)一步被流經(jīng)光熱轉(zhuǎn)化內(nèi)層管(4)中的光熱流體吸收轉(zhuǎn)化為熱量，其部分熱量輔助加速光催化反應(yīng)的速率；透過同心圓反應(yīng)管夾層結(jié)構(gòu)的光子一部分由片層反光板(1)的聚焦反射...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：藺麗華，廖子添，敬登偉，曾子龍，劉茂昌，師進(jìn)文，蘇進(jìn)展，
申請(專利權(quán))人：陜西華添聚能科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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