阅读说明：本技术 一种水下太阳能柔性聚光光伏-海水淡化复合系统 (Underwater solar flexible concentrating photovoltaic-seawater desalination composite system ) 是由 梁深 郑宏飞 马兴龙 赵云胜 于 2019-12-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种水下太阳能柔性聚光光伏-海水淡化复合系统,属于太阳能聚光光伏与海水淡化技术领域。该系统由水下柔性太阳能聚光器,光伏电池,海水淡化蒸馏膜,海水加热腔以及冷凝腔等部件组成。聚光器是由高透光弹性膜,支撑件和透光板组成的密闭腔体,当其位于水下时高透光弹性膜一侧为气体另一侧为水,在压差的作用下,膜面变形为凹曲面,曲面中的水体形成了一个类凸透镜。太阳光入射到聚光器后,汇聚至光伏电池,完成光电转化。为避免电池温度过高影响其性能,利用海水对其冷却,海水被光伏电池及入射光线加热,与冷凝腔形成温差,创造出蒸发冷凝条件,此时脱离海水表面的水分子穿过海水淡化蒸馏膜,到达冷凝腔冷凝,产生淡水。(The invention discloses an underwater solar flexible concentrating photovoltaic-seawater desalination composite system, and belongs to the technical field of solar concentrating photovoltaic and seawater desalination. The system consists of an underwater flexible solar condenser, a photovoltaic cell, a seawater desalination distillation membrane, a seawater heating cavity, a condensation cavity and the like. The condenser is a closed cavity consisting of a high-light-transmission elastic membrane, a supporting piece and a light-transmitting plate, when the condenser is positioned under water, one side of the high-light-transmission elastic membrane is gas, and the other side of the high-light-transmission elastic membrane is water, under the action of pressure difference, the membrane surface is deformed into a concave curved surface, and a convex lens is formed by water in the curved surface. The sunlight is incident to the condenser and then is converged to the photovoltaic cell to complete the photoelectric conversion. In order to avoid the influence of the overhigh temperature of the battery on the performance of the battery, the seawater is cooled and heated by the photovoltaic battery and incident light to form temperature difference with the condensation cavity, an evaporation and condensation condition is created, and water molecules separated from the surface of the seawater pass through the seawater desalination distillation membrane and reach the condensation cavity to be condensed to generate fresh water.)

一种水下太阳能柔性聚光光伏-海水淡化复合系统

所属技术领域

本发明涉及一种水下太阳能柔性聚光光伏-海水淡化复合系统，是一种利用水下太阳能聚光器与光伏电池及海水淡化单元结合而成的系统，实现了水下聚光发电并生产淡水的水下太阳能复合利用。属于太阳能聚光光伏与海水淡化技术领域。

背景技术

海洋中蕴含着丰富的可再生能源和矿产资源，对海洋资源的开发和利用是解决目前能源问题的重要途径。而随着海洋研究的不断深入，对水下装置的工作时长和探测范围提出了更严苛的要求。传统的利用自载电池、有线供电等方式限制了这些装置的工作时间和活动范围。水面上蕴含着丰富的太阳能资源，在一定深度的水体中，太阳辐照度依然很可观。采用聚光的方式，对水下的太阳能进行光伏和海水淡化的耦合利用，从而设置远洋能源补给站，或作为应急能源与水源的补充措施，将解决水下工作装置的供能问题以及远洋工作人员的应急饮水问题。另一方面，经济发达的城市大多聚集在沿海地区，这使得沿海地区不仅对电力需求量大，也需要大量的淡水资源，而国内沿海城市所用的淡水也极度依赖内地河流，或调水工程。而开发利用海洋中的太阳能资源，产生电力和淡水，直接供给沿海地区使用，也具有重要意义。

本发明提供一种水下太阳能柔性聚光光伏-海水淡化复合系统，利用高透光弹性膜与支撑件形成的密闭空腔在水中的压差变形形成透镜的原理进行聚光。汇聚的能量一部分通过光伏电池进行光电转换，另一部分加热装置内部的海水实现蒸发冷凝过程。太阳能光伏发电和海水淡化的耦合，避免了因聚光过程而导致光伏电池温度过高的问题，同时又实现了水下电-淡水联产。

发明内容

本发明利用覆盖有高透光弹性膜的密闭腔体在水下压差变形形成透镜的特性，实现对水下太阳光的汇聚。将光伏电池布置在聚光焦斑处，利用光伏电池将汇聚的太阳能转化为电能。同时，利用海水对电池进行冷却，避免了电池温度升高的问题。利用海水淡化蒸馏膜隔开海水和冷凝腔，海水淡化蒸馏膜的微孔可以形成毛细效应进而阻止液体通过，而海水受到聚光以及电池的加热作用，部分水分子脱离冷却水表面形成蒸汽，水蒸气可透过海水淡化蒸馏膜到达冷凝腔冷凝。利用上述过程实现水下聚光式太阳能光伏-海水淡化的复合利用。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种水下太阳能柔性聚光光伏-海水淡化复合系统，其主要结构包括，高透光弹性膜(1)，支撑件(3)，透光板(4)，光伏电池(9)，海水淡化蒸馏膜(12)，多孔板(11)，海水加热腔(5)以及冷凝腔(6)。高透光弹性膜(1)与支撑件(3)以及透光板(4)依次连接，形成一个密闭的空腔，支撑件侧面设置有气孔(2)，用于调节腔体内部气体的压力。整个结构位于水下时，高透光弹性膜(1)的外侧为水，内侧为气体，高透光弹性膜(1)在内外压差的作用下，将会变形为凹曲面，当该曲面充满水时便等效为一个聚光透镜。光线穿过该结构时，便会在下方形成一个高能焦斑，实现聚光。将太阳能光伏电池(9)布置在透光板(4)的中心位置，光伏电池将汇聚的太阳能转化为电能。

支撑件(3)，透光板(4)，多孔板(11)及冷凝外壳(8)依次连接形成上下两个部分，其中上部分为海水加热腔(5)，下部分则为冷凝腔(6)。海水淡化蒸馏膜(12)覆盖在多孔板(11)上，经过聚光以及光伏电池的加热，海水加热腔(5)中的海水温度升高，产生蒸汽(10)，蒸汽(10)通过海水淡化蒸馏膜(12)到达冷凝腔(6)凝结为淡水(7)。

有益效果：

(1)利用高透光弹性膜在水下的压差变形特性，形成聚光透镜，将汇聚的光线直接用于光电转化及海水淡化，同时满足了水下用电及淡水需求。一体化的设计使得装置简单紧凑，成本低廉。

(2)光伏电池安装在密闭的腔体中，能始终保持清洁，此外，由于海水的冷却作用避免了光伏电池的温度升高，从而使其始终保持较高的光电转化效率，提高了能量利用率。此外，冷凝腔与海水直接接触，温度较低，便于热蒸汽的冷凝，提高了产水效率。

(3)装置原理简单，结构轻巧，不占用宝贵的陆地面积，能够为远洋及水下工作设备及沿海居民提供电力和淡水，意义重大。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明结构示意图；

图2为光伏电池浸没在海水中的水下太阳能柔性聚光光伏-海水淡化复合系统；

图3为支撑件为复合抛物面结构的水下太阳能柔性聚光光伏-海水淡化复合系统；

图4为双层膜结构的水下太阳能柔性聚光光伏-海水淡化复合系统；

图5为线聚焦式水下太阳能柔性聚光光伏-海水淡化复合系统；

其中，1-高透光弹性膜；2-充放气孔；3-支撑件；4-透光板；5-海水加热腔；6-冷凝腔；7-淡水；8-冷凝外壳；9-光伏电池；10-水蒸气；11-多孔板；12-海水淡化蒸馏膜；13-光线。

具体实施方式

下面结合附图和实施实例对本发明技术方案做进一步详细说明。

图1是本发明一种水下太阳能柔性聚光光伏-海水淡化复合系统的结构示意图。其主要结构包括：高透光弹性膜(1)，支撑件(3)，透光板(4)，光伏电池(9)，海水淡化蒸馏膜(12)，多孔板(11)，海水加热腔(5)以及冷凝腔(6)。各部分连接关系为，高透光弹性膜(1)与支撑件(3)和透光板(4)三者依次连接形成密闭腔体，其中支撑件(3)的侧面设置一充放气孔(2)，光伏电池(9)安装在透光板(4)的中心区域，支撑结构(3)和透光板(4)及海水淡化蒸馏膜(12)多孔板(11)连接，形成海水加热腔(5)，冷凝外壳(8)与多孔板(11)连接，形成冷凝腔(6)。

一种水下太阳能柔性聚光光伏-海水淡化复合系统的运行原理如下：高透光弹性膜(1)和支撑件(3)以及透光板(4)组成密闭空腔，当装置位于水下时，高透光弹性膜(1)的一侧为气体另一侧为液体，在压差的作用下变形为球面，被球面包围的水体就形成了一个类凸透镜结构。当光线穿过该结构时，便会被汇聚，安装在透光板(4)上表面的光伏电池(9)将一部分汇聚的太阳能转化为电能。海水加热腔(5)中的海水受到光伏电池以及聚光过程的加热，温度升高产生蒸汽(10)，蒸汽(10)穿过海水淡化蒸馏膜(12)到达冷凝腔(6)产生淡水(7)，装置实现了水下的电-淡水联产。

如图2所示的一个实施实例，光伏电池(9)安装在多孔板(11)的中心区域，多孔板(11)的其余位置则覆盖有海水淡化蒸馏膜(12)，光伏电池(9)直接浸没在海水中，提高了海水对光伏电池(9)的冷却效率。

如图3所示的一个实施实例，支撑件(3)为复合抛物面结构的水下太阳能聚光光伏-海水淡化复合系统。当光线倾斜入射角较大时，经高透光弹性膜(1)折射后的光线，即无法汇聚到光伏电池上也无法被冷却液吸收利用。而支撑件做成复合抛物面结构，可以将折射后的光线二次反射至光伏电池，增大了系统的接收角。

如图4所示的一个实施实例，透光板(4)为上凸结构，也可以采用透光弹性膜取代透光板(4)来实现图中所示的上凸结构，从而实现对光线的再次汇聚。

图5为线聚焦式水下太阳能柔性聚光光伏-海水淡化复合系统，由一至多片高透光弹性膜(1)构成聚光透镜，每个聚光焦点上安装有光伏电池(9)，增加了系统的电能输出。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。