[發(fā)明專利]太陽能光伏直驅(qū)海水反滲透淡化裝置

在審

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• 申請日: 2014-12-30
• 公開（公告）號: CN104528883A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王曉初;金蘭;程振華
• 申請（專利權(quán)）人: 王曉初;金蘭;程振華
• 主分類號: C02F1/44
• 分類號: C02F1/44;C02F103/08
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于海水淡化技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及的是太陽能光伏直驅(qū)海水反滲透淡化裝置。

背景技術(shù)

地球上的淡水資源總量有限，地理分布不均勻，而海水淡化是解決淡水緊缺問題的一種有效途徑。海水淡化需要消耗大量能量，對于中小型用水量且遠(yuǎn)離電網(wǎng)的海島、船舶等分布式應(yīng)用，利用太陽能光伏技術(shù)作為海水淡化能源具有良好的技術(shù)可行性與經(jīng)濟性。

目前，利用太陽能光伏的海水反滲透裝置通常包括蓄電池或逆變器。

中國專利201010532277.0公布了一種光伏太陽能反滲透淡化裝置，該裝置的組成結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括太陽能光伏板、蓄電池、機泵、反滲透膜組件及電源控制系統(tǒng)；其特點為太陽能光伏板連入到蓄電池，蓄電池連出到機泵(電機和水泵)，蓄電池通過電源控制系統(tǒng)控制將儲存太陽能光伏板產(chǎn)生的電能為化學(xué)能，再將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的電能輸出給機泵，使機泵抽出的原水輸入反滲透膜組件，原水經(jīng)過反滲透膜組件輸出淡水。可以看到，在這種裝置中，太陽能光伏板產(chǎn)生的電能要通過電源控制器控制蓄電池轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定電流才能供給機泵使用，首先，蓄電池在進(jìn)行“直流電—化學(xué)能—直流電”的能量轉(zhuǎn)換過程中會損耗能量，然而目前理想實驗室測試狀態(tài)下，最優(yōu)質(zhì)的蓄電池其充放電效率也不超過95％，而通常市場可見的蓄電池充放電效率則僅介于60％到85％之間，特別是蓄電池充放電效率受環(huán)境溫度影響極大，因此實際中使用蓄電池將大大增加能量損耗；其次，目前蓄電池的成本非常高，一般為了匹配kW級的太陽能光伏板，所需的蓄電池初期成本可以高達(dá)上萬元至數(shù)萬元不等，而且以目前和未來有限時間內(nèi)的預(yù)期來看，蓄電池的充放電循環(huán)次數(shù)有限(通常為數(shù)千次)，其性能會隨著太陽能光伏對其頻繁的充放電而逐漸下降，導(dǎo)致蓄電池必須定期更換，不難看到，蓄電池在初期成本中所占比重達(dá)到15％以上，以設(shè)備運行十年時間周期內(nèi)的全成本進(jìn)行分析，則蓄電池成本在裝置總體成本中所占比重高達(dá)50％以上，蓄電池的存在將大大增加裝置成本與價格；第三，實際中使用蓄電池需要針對安全性能做出防范設(shè)計，特別是太陽能光伏對蓄電池的充放電過程中，由于太陽輻照的波動和不穩(wěn)定，需要相應(yīng)措施保證蓄電池的運行環(huán)境，可以看到，蓄電池的使用會進(jìn)一步增加裝置的成本，也降低了裝置的可靠性與安全性。

中國專利201210400659.7公布了一種光伏海水淡化系統(tǒng)及控制方法和光伏海水淡化逆變器，如圖2所示，該裝置包括太陽能光伏板、直流-交流逆變器、交流機泵及反滲透膜組件；其特點在于其海水淡化系統(tǒng)采用交流電路，且通過直流-交流逆變器的變頻功能實現(xiàn)太陽能光伏板的最大功率跟蹤輸出功能。其不足之處在于，首先，直流-交流逆變器結(jié)構(gòu)中需要額外的直流升壓電路、開關(guān)驅(qū)動電路、電源隔離電路、過流/欠過壓保護電路等，與直流-直流變壓電路相比結(jié)構(gòu)復(fù)雜，轉(zhuǎn)換效率低；其次，交流電機的可調(diào)性較差，調(diào)速范圍較小，因此在太陽輻照變化較劇烈的天氣情況下，光伏板輸出功率的不穩(wěn)定特性不利于交流電機的正常工作和整個裝置的產(chǎn)水性能；第三，從成本上來看，上述兩點加大了系統(tǒng)的投入成本和維護成本；因此系統(tǒng)的總體效率低，及系統(tǒng)成本高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為解決已有技術(shù)存在的問題，提供一種太陽能光伏直驅(qū)海水反滲透淡化裝置，該裝置可利用太陽能獨立運行，采用光伏直流電直接驅(qū)動海水淡化，無需蓄電池與逆變器，運用最大功率跟蹤控制、回收率控制等技術(shù)，使裝置可以在太陽輻射波動導(dǎo)致電源變化情況下安全高效運行，適合偏遠(yuǎn)海島生活、船舶艦艇等分布式中小規(guī)模用水的目標(biāo)場合使用。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種太陽能光伏直驅(qū)海水反滲透淡化裝置，包括太陽能光伏板、電源控制系統(tǒng)、取水泵、反滲透膜組件，其特征在于：該裝置還包括DC-DC電路，直流電機組、和電控閥門；所述太陽能光伏板與DC-DC電路的電輸入接口連接；DC-DC電路的電輸出接口直接與直流電機組的電輸入接口連接，取水泵的水輸出口與反滲透膜組件的進(jìn)水口相連，反滲透膜組件的濃縮海水出口管道連接有電控閥門，電源控制系統(tǒng)控制信號輸出接口分別與DC-DC電路的控制信號接口、電控閥門電連接。直流電機組與取水泵、高壓泵通過聯(lián)軸器相連。

通過采用本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明裝置無需蓄電池與逆變器，一方面省去了蓄電池、逆變器本身的體積和成本，另一方面減小了能量轉(zhuǎn)換的損耗，提高了能量利用率，使得在相同的反滲透系統(tǒng)運行條件下，所需的太陽能光伏板功率變小，因此減小了太陽能光伏板的體積；總體效果是，提高了能量利用率，降低了裝置的大小和成本。