V型聚光光伏—光催化水处理系统的实验研究

发布时间：2020-07-18 07:33

【摘要】：为了有效利用太阳能和提高光催化效率,于是将低倍聚光光伏和光催化相结合,设计了V型聚光光伏-光催化水处理系统,即在低倍聚光条件下同时进行光催化污水处理和光伏发电的集成自供给系统。其中太阳光谱中紫外光谱用于光催化降解废水,可见光谱和近红外光谱透过污水到达电池表面进行发电供给系统内废水循环,而远红外光谱均被污水吸收可使电池在较低的工作温度下工作。V型低倍聚光结合了聚光和非聚光光催化的优点。聚光器成本较低、制造工艺较为简单;能利用太阳直射光和散射光,光利用效率高;低倍聚光相对非聚光能同时增加光伏发电量和光催化效率。首先,搭建了太阳模拟器和小型的SOLWAT系统,分析了其光学性能,并对比分析了SOLWAT系统在不同条件下的光催化和光伏发电性能。其次,建立了V型聚光SOLWAT系统(Solar water purification and renewable electricity generation system),对其光学结构进行了理论分析,计算出其理论聚光比,并通过实验测得其实际聚光比,考察了系统总体光谱透过率对于系统电学性能的影响。最后,建立了非聚光SOLWAT系统,在太阳光下对比分析了SOLWAT系统在V型聚光和非聚光下的光催化性能和光伏发电性能。研究结果表明:1.模拟光源中,随着催化剂浓度的增加光催化反应速率逐渐增加,但催化剂浓度增加到一定程度反应速率增加的趋势不明显,而随着光强的增加反应速率逐渐增加;2.V型聚光器理论聚光比计算结果为2.64,实际聚光比计算结果为2.34;3.初始污染物浓度分别为10、15和20mg/L时,V型聚光SOLWAT系统完全降解的时间相比非聚光系统分别减少了33.3%、42.9%和54.5%。催化剂浓度分别为0.1、0.15和0.2g/L时,V型聚光SOLWAT系统完全降解的时间相比非聚光系统分别减少了47.4%、62.5%和33.3%;4.非聚光和V型聚光条件下光催化降解反应均符合一级动力学,随着催化剂浓度的增加,非聚光系统的反应动力学常数逐渐增加,但增加的程度减小,而聚光的反应动力学常数是先增加后减小;5.V型聚光系统的最大输出功率和短路电流都大于参比电池组件系统,大约是非聚光的2倍,较高的输出电量不仅能满足系统的自运转,过量的电还能储存起来。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK519;O643.36
【图文】：

曲线,太阳能电池,实物,硅电池

第二章模拟光源水处理实验首先，选择不同的太阳能电池，主要有砷化镓电池、聚光硅电池和普通硅电池，如图 2-1。其中砷化镓电池的尺寸为 10×10mm，普通聚光硅电池为 40×60mm，普通硅电池为 125×125mm。将不同的太阳能电池分别放在直流和交流氙灯光源下照射，并利用 I-V 测试仪（DS-100c）测试电池的 I-V 曲线，如图 2-2。结果显示，三种电池在直流氙灯光源下能得到较为准确的 I-V，而在交流氙灯下都无法得到完整的 I-V 曲线，如图 2-3。这可能是因为 I-V 曲线测试仪有一个取样频率，而交流氙灯的光照强度也会有一定的波动频率，当两者接近时 I-V 曲线测试仪就会在氙灯光强波动的瞬间进行取样，则无法得到完整的 I-V 曲线，所以最后为了与 I-V 曲线测试仪进行匹配，更为了选择比较稳定的光源，最后选择长弧风冷直流氙灯作为模拟光源。

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更为了选择比较稳定的光源，最后选择光源。图 2-1 不同的太阳能电池实物图Fig.2-1 Photos of different solar cells

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图 2-4 太阳模拟器的结构图Fig.2-4 Structure diagram of the solar simulator2.1.3 太阳模拟器的光学特性太阳模拟器需要满足一定的技术标准，太阳模拟器通用规范规定了 AM0 和AM1.5 太阳光谱辐照度分布的太阳模拟器的通用技术要求及其级别和类型的划分。太阳模拟器的技术标准主要考察辐照不均匀度和辐照不稳定度两个方面，根据其各个单项指标，划分为 A、B、C 三个级别，如表 2-2。下面就需要对氙灯的辐照稳定性和均匀性进行测试，来判断其是否符合太阳模拟器的技术标准。表 2-2 太阳模拟器的级别Table 2-2 Grade of solar simulator级别技术要求A B C辐照不均匀度 ≤±2% ≤ ±5% ≤ ±10%

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