一种漂浮式太阳能水电联产装置

本技术涉及光伏发电和太阳能海水淡化领域，具体涉及一种漂浮式太阳能水电联产装置。

背景技术：

1、进入21世纪，能源和环境问题已经成为人类社会可持续发展过程中面临的一项重大课题。太阳能光伏技术因其能将太阳辐射直接转化为电能而被认为是最有效的利用太阳能的方式之一。从应用方式来看，目前大部分太阳能电池都用于建设大面积的陆地光伏发电站，或者是与社区建筑（屋顶和墙壁等）结合的大面积分布式光伏项目。这些大面积陆地光伏项目的开发对于经济发达、人口稠密、土地资源稀缺的国家和地区，带来了如何合理利用珍贵土地资源的新课题。

2、近年来，在水面上建设“漂浮式”光伏发电系统作为一种新概念获得了广泛的关注。该技术能有效利用废弃的矿坑、水库、湖泊、河流甚至近海表面的闲置空间，优化利用珍贵的土地资源；利用水的冷却效应能提高光伏发电量，降低发电成本，为偏远地区的矿井、水坝和岛屿提供清洁能源的解决方案。同时，我们可以利用太阳能电池产生的热量结合膜蒸馏技术来制备多功能集成的一体式水电联产系统，实现分布式、便捷式和可持续的光伏发电、污水处理、海水淡化和饮用水生产等多种应用。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是提供一种漂浮式太阳能水电联产装置，以弥补现有技术的不足。

2、本实用新型通过在太阳能电池背板集成多级膜蒸馏海水淡化装置，协同实现太阳能的光电和光热转换，利用水的冷却效应提升太阳能电池的光电转换效率，利用太阳能电池的余热来蒸馏和淡化海水，实现对太阳能的最大程度利用。该装置能稳定漂浮于自然水体上，具备一定的抗波浪和抗倾覆功能。该漂浮式水电联产装置为实现土地资源、水资源和太阳能资源的合理高效利用和可持续发展提供了新方案。

3、针对自然水体上的抗波浪漂浮式应用，具备一体式结构的多级水电联产系统的设计和制备研究目前尚未开展。

4、为了达到上述目的，本实用新型采用的具体技术方案是：

5、一种漂浮式太阳能水电联产装置，该装置主体包括太阳能电池和位于该太阳能电池下方的多级膜蒸馏海水淡化模块；该装置还包括浮力模块，该模块包括浮桥和位于该浮桥内的气室；所述多级膜蒸馏海水淡化模块包括蒸发-冷凝单元、海水输送通道、淡水回收通道、海水存储池和淡水收集池；所述蒸发-冷凝单元包括由上至下排布的热传导层、蒸发层、疏水膜和冷凝层，所述热传导层位于太阳能电池的下方；所述海水输送通道与海水存储池连通，输送海水至蒸发层，所述蒸发层中的海水在热量作用下进行蒸发，水蒸气通过疏水膜接触冷凝层进行冷凝，冷凝后的淡水通过回收通道进入清洁水收集池。

6、进一步的，所述漂浮式太阳能水电联产装置设有多级蒸发-冷凝单元，从上至下以并联方式多级排列。

7、进一步的，所述漂浮式太阳能水电联产装置的底部还设有吸水气凝胶，用以通过自然水体冷却整个系统。

8、进一步的，所述浮桥及其中的气室分别位于装置的两侧，呈平行设置，为装置提供漂浮力，保证其抗波浪和抗倾覆性能。

9、进一步，所述太阳能电池为单晶硅电池片，其光电能量转换效率为15%左右。

10、进一步，所述热传导层为超薄铝片，其导热系数高于100 w/(m·k)，厚度小于1mm。

11、进一步，所述蒸发层和冷凝层均为亲水性好导热系数低的纤维薄膜，可采用但不仅限于天然或合成纤维薄膜；优选为超亲水纳米纤维素薄膜，孔隙率高于95%，平均纤维直径在5-20 μm。

12、进一步，所述疏水膜为聚苯乙烯选择性透过膜，允许水蒸汽分子通过不允许液态水通过。

13、进一步，所述浮桥、气室以及装置的整体均为3d打印制备的聚乳酸超轻框架，导热系数低于0.03 w/(m·k)。

14、本实用新型的优点和有益效果是：

15、漂浮式光伏是一种将太阳能电池安装在浮动结构上，放置在水面上利用太阳能发电的技术，利用水的冷却效应可以提高光伏发电效率，同时减少对土地资源的需求。多级膜蒸馏海水淡化装置是一种将海水通过多个蒸发-冷凝系统进行淡化的膜蒸馏技术，能够回收利用潜热，提高太阳能海水淡化效率和速率。

16、本实用新型涉及的漂浮式太阳能水电联产装置结合了漂浮式光伏和多级海水淡化系统的优势，包括：

17、（1）实现合理配置自然资源：漂浮式系统能有效利用闲置的水面，节约有限的土地资源，利用太阳能这种清洁能源来同时生产电力和清洁水，减少对传统能源的依赖，降低温室气体排放和环境污染。

18、（2） 实现最大化太阳能转换效率：协同实现太阳能的光电和光热转换，利用水的冷却效应提升太阳能的光电转换效率，利用太阳能电池的余热来蒸馏和淡化海水，多级装置通过潜热回收能进一步提高热能转换效率。

19、（3）实现多种应用场景下的多功能应用：一体式的装置集成了光伏发电、海水淡化、抗波浪和抗倾覆等多种功能，能够实现水面、便捷式和分布式等应用场景下的可持续电力和淡水解决方案。

技术特征：

1.一种漂浮式太阳能水电联产装置，其特征在于，该装置包括太阳能电池（1）和位于该太阳能电池下方的多级膜蒸馏海水淡化模块；该装置还包括漂浮模块，该模块包括浮桥（8）和位于该浮桥内的气室（9）；所述多级膜蒸馏海水淡化模块包括蒸发-冷凝单元、海水输送通道（4）、淡水回收通道（5）、海水存储池（6）和淡水收集池（7）；所述蒸发-冷凝单元包括由上至下排布的热传导层（2）、蒸发层（11）、疏水膜（3）和冷凝层（12），所述热传导层（2）位于太阳能电池（1）的下方；所述海水输送通道（4）与海水存储池（6）连通，输送海水至蒸发层（11），所述蒸发层（11）中的海水在热量作用下进行蒸发，水蒸气通过疏水膜（3）接触冷凝层（12）进行冷凝，冷凝后的淡水通过回收通道（5）进入淡水收集池（7）。

2.如权利要求1所述的漂浮式太阳能水电联产装置，其特征在于，所述漂浮式太阳能水电联产装置设有多个蒸发-冷凝单元，从上至下以并联方式多级排列。

3.如权利要求1所述的漂浮式太阳能水电联产装置，其特征在于，所述漂浮式太阳能水电联产装置的底部还设有吸水气凝胶（10），通过自然水体冷却整个系统。

4.如权利要求1所述的漂浮式太阳能水电联产装置，其特征在于，所述浮桥（8）及其内的气室（9）分别位于装置的两侧，呈平行设置，为装置提供漂浮力。

5.如权利要求1所述的漂浮式太阳能水电联产装置，其特征在于，所述太阳能电池（1）为单晶硅电池片；所述热传导层（2）为铝片，导热系数高于100 w/m·k，厚度小于1 mm；所述蒸发层（11）和冷凝层（12）均为亲水性好导热系数低的纤维薄膜，孔隙率高于95%，平均纤维直径在5-20 μm。

技术总结
本技术公开了一种漂浮式太阳能水电联产装置，该装置包括太阳能电池和位于该太阳能电池下方的多级膜蒸馏海水淡化模块、漂浮模块；所述多级膜蒸馏海水淡化模块包括蒸发‑冷凝单元、海水输送通道、淡水回收通道、海水存储池和淡水收集池；所述蒸发‑冷凝单元包括热传导层、蒸发层、疏水膜和冷凝层；海水输送通道与海水存储池连通，输送海水至蒸发层，蒸发层中的海水在热量作用下进行蒸发，水蒸气通过疏水膜接触冷凝层进行冷凝，冷凝后的淡水通过回收通道进入淡水收集池。本发明能够最大化太阳能转换效率，集成了光伏发电、海水淡化、抗波浪和抗倾覆等多种功能，提供了水面、便捷式和分布式等多种应用场景下的可持续电力和饮用水解决方案。

技术研发人员：徐晓峰,刘明星,孙雨可
受保护的技术使用者：中国海洋大学
技术研发日：20230807
技术公布日：2024/4/17