具有光催化消毒劑層的混合太陽能轉換系統技術方案

本發明專利技術提供一種混合太陽能轉換系統，其中工作流體在內部光伏陣列與透明頂層之間流動，在該處，工作流體由設置在與工作流體接觸的光透射表面上的光催化消毒層消毒。工作流體還與光伏陣列接觸以吸收熱量，并且被吸收的熱量經由外部熱量提取設備諸如水容器或熱交換器提取。因此，本發明專利技術提供一種改進的太陽能轉換系統，其同時提供電能和熱能，并且還利用太陽光譜的一部分來對工作流體進行光催化消毒。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及太陽能轉換設備。更具體地，本專利技術涉及混合太陽能轉換設備，該混合太陽能轉換設備提供電和熱量以及其它太陽能激活的功能，諸如光催化消毒。
技術介紹
太陽能轉換設備(尤其是光伏陣列)的效率逐年提高且成本逐年降低。然而，對光伏電池的轉換效率的不多的理論限制強調如下事實，即被吸收的太陽能的有效部分以熱量的形式被浪費，即使在最高效的光伏設備中也是如此，進而，被吸收的熱量降低了光伏電池的光伏效率。為了改善光伏太陽能電池的效率，許多現有技術的設備和系統已經試圖提供提取由光伏電池吸收的熱量的混合太陽能轉換系統。例如，第5，589，006號美國專利公開了一種混合太陽能電池，在這種混合太陽能電池中，由太陽能電池吸收的熱量被用于加熱從太陽能電池下方經過的空氣。類似地，第20090173375號美國專利申請教導了一種混合太陽能轉換系統，在這種混合太陽能系統中，空氣在覆蓋有光伏材料的板條上流動并被加熱。第6，472，593號美國專利描述了一種混合太陽能系統，在這種混合太陽能系統中，薄膜太陽能電池與待加熱媒介直接接觸。第20040055631號美國專利申請公開了一種混合系統，在這種混合系統中，光伏陣列吸收短波長輻射以轉換為電能，并且長波長輻射被發送至熱收集器。第20080302357號美國專利申請提供了一種改善了混合太陽能收集器，其包括Cu (InxGa1J Se2 (CIGS)光伏能量收集器，該光伏能量收集器熱聯接至能量吸收工作流體套管以使熱量流動至散熱器。太陽能模塊通過工作流體冷卻，工作流體經由冷卻流體循環將非生產熱量轉移出光伏陣列并轉移至外部散熱器。類似地，第20090065046號美國專利申請描述了一種用于改裝的光伏能量收集器的系統，該系統通過聯接熱能吸收工作流體套管以使熱量流出散熱器。Blanco等人提交的國際專利申請W02005121030提供一種改進的混合設備以同時進行發電、熱量提取，以及水的光催化去污。Blanco等人公開了使水在光伏陣列的表面之上并在光催化反應器內流動，在光催化反應器中，通過被提供為水內懸浮物的光催化物質的作用對水進行殺菌。但不幸的是，前面提到的混合太陽能轉換系統不提供對熱量的高效提取、對工作流體的方便的光催化消毒以及對生物膜在系統內表面上的生長的有效阻止。
技術實現思路
本專利技術的實施方式提供改進的混合太陽能轉換設備、系統和方法，通過混合太陽能轉換系統克服了已知混合系統的局限性，該混合太陽能轉換系統適合于利用由粘附至該設備內的光透射表面的光催化層消毒的工作流體對除來自太陽能陣列的電力之外的熱量進行有效提取。不同于現有技術，文中公開的實施方式包括位于光伏陣列之上和之下的流體導管以用于改善的熱量提取。通過在光伏陣列下方提供專用的熱量提取導管，實質上增加了熱量提取。陣列下方的熱量提取的設置允許該設備的熱量提取部分被配置為不對系統的光學性能造成影響，諸如改變幾何結構或增加更多熱傳導材料。在所選實施方式中，光催化材料設置在固相上，并優選覆蓋導管的內表面。這解決了與混合光伏和光催化系統有關的多個問題。具體地，通過提供光催化材料作為覆蓋在導管內表面上的固相，可防止或減少生物膜的生長。此外，代替懸浮物的固相涂層的使用避免了與過濾工作流體以移除光催化顆粒有關的問題和不便。在第一個方面，提供了一種混合太陽能轉換設備包括殼體，具有透明頂層；光伏陣列，封裝在殼體內，其中入射穿過頂層的光照射光伏陣列并產生電和熱；第一流體導管， 形成于頂層與光伏陣列的上表面之間；光催化劑，設置在第一流體導管內以對在第一流體導管中流動的工作流體進行處理；以及第二流體導管，設置在陣列下方，第二流體導管與第一流體導管流體聯通，其中第二流體導管被配置為在工作流體與光伏陣列之間提供熱接觸以從光伏陣列提取熱量；以及入口和出口，與第一流體導管和第二流體導管流體聯通。光催化劑可包括粘附至第一流體導管內的光透射表面的涂層。光催化劑可至少粘附至第一流體導管的內表面的一部分。散熱器可附接至陣列的背面，其中散熱器被定位以與第二流體導管中的工作流體接觸。光催化劑可包括納米級二氧化鈦，并且還可包括涂覆有納米級二氧化鈦的玻璃纖維。頂層可包括至少兩個真空密封的透明窗格。附加光催化劑消毒劑可粘附至所述頂層以進行自我清潔。光催化劑的光譜帶寬可包括紫外光譜的至少一部分。頂層的一個或多個表面可包括抗反射涂層。殼體的至少一部分可以是熱絕緣的。光伏陣列中的一個或多個可包括單晶硅、多晶硅、硅、碲化鎘、硒化銅銦、硒化銅銦鎵、砷化鎵、染色敏化電池、聚合物太陽能電池以及Cu(InxGah)Se2(CIGS)。工作流體可包括液體，諸如水，或者可以是氣體，諸如空氣。光催化劑可包括位于工作流體內的光催化顆粒的懸浮物。在另一個方面，提供了一種混合太陽能轉換系統，其包括如前所述的混合太陽能轉換設備，其中該設備串聯或并聯連接。在又一個方面，提供了一種混合太陽能轉換系統，其包括工作流體是氣體的混合太陽能轉換設備和用于使該氣體流過設備的風扇。在又一個方面，提供了一種混合太陽能轉換系統，其包括如前所述的混合太陽能轉換設備，該系統還包括用于儲存工作流體的容器，其中該容器位于混合太陽能轉換設備外部并且入口和出口與容器流體聯通；其中該系統被配置為使工作流體在容器與設備之間循環。該系統還可包括入口管線，將入口連接至容器內的第一位置；以及出口管線，將出口連接至容器內的第二位置。第一位置可位于第二位置上方，并且該系統被配置為使工作流體在自然對流下進行循環。該系統還可包括用于使工作流體循環的流體驅動裝置，其中流體驅動裝置可以是栗。該系統還包括用于從工作流體提取熱量的熱量提取裝置，其中熱量提取裝置可位于殼體外部。熱量提取裝置可以是熱交換器。該設備可被定向為相對于水平面一個角度，并且該系統被配置為通過設備內所生成對流使工作流體循環。該所述設備可被定位為與容器相鄰，并且入口和出口被定位在設備上的上部位置并連接至容器。在另一個方面，提供了一種太陽能轉換設備，其包括殼體，具有透明頂層；光伏陣列，封裝在殼體內，其中入射穿過過頂層的光照射光伏陣列并產生電和熱；第一流體導管，形成于頂層與光伏陣列的上表面之間；光催化劑，設置在第一流體導管內以對在第一流體導管中流動的工作流體進行消毒；以及第二流體導管，設置在陣列下方，第二流體導管與第一流體導管流體聯通，其中第二流體導管被配置為在工作流體與光伏陣列之間提供熱接觸以從光伏陣列提取熱量；以及熱交換器，用于從工作流體提取熱量。在又一個方面，提供了一種轉換太陽能的方法，該方法包括以下步驟提供如前所述的混合太陽能轉換設備；使工作流體流動至入口 ；從出口提取工作流體；以及從設備提取電能。該方法還可包括從工作流體提取熱量的步驟。該方法還包括通過改變工作流體的屬性來控制光伏陣列的轉換效率的步驟，其中所述屬性響應于測量溫度而變化，其中測量溫度與光伏陣列的效率有關，并且所述屬性是工作流體的流速以及工作流體的初始溫度中的一個或多個。通過參照下面詳細描述和附圖，可以實現對本專利技術的功能和優點方面的更好理解。附圖說明本專利技術的實施方式參照附圖描述，在附圖中圖I示出(a)混合太陽能轉換設備，該設備包含用于對具有光催化劑懸浮物的工作流體進行消毒的上部導管，圖I還示出(b)改進的設備，在改進的設備中，光催化劑本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊軍，劉煥明，丁志峰，
申請(專利權)人：西安大略大學，
類型：
國別省市：