分布式太阳能水净化—光伏耦合系统的实验研究

发布时间：2020-07-20 13:06

【摘要】：能源和水资源危机越来越严重,利用清洁、丰富的太阳能解决能源与水资源问题是一种有效途径。常见的单晶硅电池只能利用太阳光谱中的可见和近红外光,一般情况下可用于水处理的紫外光和部分可见光在太阳光中的占比也很小。基于光伏发电和水处理所利用的光谱不同,提出了分布式太阳能水净化-光伏耦合系统,并建立了可以实现太阳能消毒或者太阳光芬顿同时进行光伏发电的户外水处理装置,从如下方面进行了实验研究和数值分析。1、在模拟光条件下研究了太阳光对大肠杆菌的灭活;增强光照强度可以提高灭菌速率;当温度升高到45℃以上时,温度可以强化太阳光的灭菌过程;在户外太阳光下,水流道会使小型耦合装置中的电池效率降低15%。2、建立太阳能消毒-光伏耦合系统以及数据采集系统,对耦合系统的光伏和灭菌性能以及适用性进行的研究表明:一定的环境条件下,水温可以超过45℃,有效强化大肠杆菌的灭活;耦合系统的电池可以在较低的温度下工作,其产生的电能远大于系统的消耗;耦合系统每年在拉萨和钦奈地区的适用天数分别为324和315天,而且在钦奈地区每年有60%以上的天数,水温可以超过45℃;耦合系统的成本回收周期为134天。3、使用双轴跟踪的V型聚光器和微量的双氧水强化耦合系统的性能,研究结果表明:在协同强化作用下,耦合系统灭活高浓度大肠杆菌需要1.25小时,灭活沙门氏菌需要2.5小时,沙门氏菌更适合做太阳能消毒的指示菌;水流道对聚光耦合系统的冷却作用更显著;V型聚光器大幅提高了耦合系统中的电池的发电量,其最大功率为43W(参比电池为26.1W)。4、研究了不同条件下太阳光芬顿-光伏耦合系统对孔雀石绿的脱色以及系统对对氯苯酚和亚甲基蓝的降解,结果表明:5mg/L Fe~(2+)条件下,孔雀石绿脱色的最优pH和每次H_2O_2投量分别为3和200mg/L;100mg/L的孔雀石绿脱色率达到99.52%;一定条件下,对氯苯酚和亚甲基蓝的降解或脱色率分别为80.8%和99.3%。5、在室内研究了太阳光芬顿对三种类型的染料的脱色和矿化;在户外研究了耦合系统对不同浓度染料的脱色。结果表明:太阳光不仅提高了染料的脱色速率也促进了其矿化;在20~50℃范围内,升高温度可以提高脱色速率;三种染料脱色的难度依次为:孔雀石绿、酸性红26、活性蓝4;耦合系统可以处理浓度为200mg/L以下的染料废水,同时实现能量自供给。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TK519;TU991.2;X703
【图文】：

分布图,辐照,全球,分布图

不安全的水和人类排泄物传播的疾病[11]。世界人口日益增长，对清洁水的需求量越来越大，工农业的发展也需要越来越多的水，世界上原来水源充足的地区也出现了缺水的现象，有人预测对水源的争夺将成为未来战争发生的重要原因。1.2 太阳能的主要利用形式1.2.1 太阳能资源与其他任何能源相比，太阳能都具有环境友好的优势。在使用过程中不需要消耗自然资源，不会排放二氧化碳以及其他温室气体，也不会产生固液污染。开发利用太阳能在可持续发展方面有以下优势[12]：不会排放二氧化碳、氮氧化物等温室气体，也不会排放二氧化硫等有毒气体；实现荒地的复垦；减少电网输送；提高水资源质量；增强地区或者国家的能源独立；实现能源供应的多样化，保障能源安全；加速发展中国家农村地区的电器化。

增量,容量,光伏电池

第 1 章文献综述100%m oc scin inP FF V IP P (1-2)式中 Pin表示光伏电池得到的光照功率。光伏电池在使用过程中，温度会升高。半导体温度上升，其带隙能量会下降，可用来产生电子空穴对的光子也会随之增多，因此，升高温度在一定程度上提高了短路电流，但是温度对短路电流的影响比较小[18]。而对于开路电压和填充因子而言，电池工作温度的升高，会导致其有相对较大的下降[19, 20]。有文献报道[21]，温度升高 10℃，光伏电池的转化效率下降 4%左右。

处理器,灭菌效果,浊度,肠杆菌

肠杆菌不会复活。Martin-Doming水温，强化灭菌效果；Saitoh 等[5高灭菌速率。Mani 等[57]采用容积PET 瓶子下方放置铝反射板和将 PE光照条件不佳的情况下，放置在处理的水，增大了水对光的吸收，板涂黑的方式灭菌速率更优，这是温度与紫外协同灭菌。SODIS 灭菌效果的另外一个重要因影响光的透过率，从而抑制了 SO等颗粒会影响光对微生物的照射，的影响。因此，在使用 SODIS 处对浊度比较高的污水进行预处理。的浊度一般应该低于 30NTU。

【相似文献】