[發(fā)明專利]一種用于太陽能水電聯(lián)產(chǎn)的防水連接層、制備方法、專用裝置

在審

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• 申請日: 2019-08-09
• 公開（公告）號: CN112217473A
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱嘉;朱鵬臣;徐凝;姚鵬程;林仁興
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號: H02S40/44
• 分類號: H02S40/44;C02F1/14;C02F103/08
• 代理公司: 南京知識律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 萬婧

本發(fā)明涉及太陽能光伏和太陽能海水凈化領(lǐng)域，具體涉及一種用于太陽能水電聯(lián)產(chǎn)的防水連接層、制備方法、專用裝置，所述的防水連接層為負(fù)載有陶瓷顆粒和/或碳納米管的乙烯?醋酸乙烯酯共聚物層；或負(fù)載有陶瓷顆粒和/或碳納米管的聚二甲基硅氧烷層；或玻璃層；或塑料層，且該層的一側(cè)表面有親水性的親水層。將該防水連接層應(yīng)用于太陽能水電聯(lián)產(chǎn)裝置中，使得頂部太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率進(jìn)一步提高。含有該防水連接層的專用裝置可應(yīng)用至工業(yè)光伏電站，提高光伏電站的電能產(chǎn)出，并產(chǎn)生凈水，也可作為便攜裝置，用于戶外的生存器件，提供電和水。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太陽能光伏領(lǐng)域和光熱轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于太陽能水電聯(lián)產(chǎn)的防水連接層、制備方法、專用裝置。

背景技術(shù)

隨著全球人口增加氣候變化加劇，社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，人們對水電資源的需求越來越大。然而水和能源的關(guān)系錯綜復(fù)雜，人們通常只能通過無關(guān)的方式分別獲取凈水資源和電能資源。當(dāng)同時需要水和電時，人們需要分立的占地面積和基礎(chǔ)設(shè)施，故而會帶來較高的成本，得到較低的能源利用率。

近年來，光伏產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，太陽能電池的成本穩(wěn)步降低，而轉(zhuǎn)化效率逐漸提升。目前來說，單級太陽能電池的效率依舊在30％以下，使得大部分的太陽光能量(70％)依舊被浪費掉。對于光伏器件來說，高能光子(高于帶寬)在部分被吸收后，都會以熱的方式(掉落到帶邊的熱化熱)耗散掉。而低能光子(低于帶寬)則會由于被困在電池中或者透過電池而不能被利用。對于電池來說，熱化熱帶來的溫度升高會損害電池的工作性能(效率或穩(wěn)定性)。

在海水淡化方面，近年來在降低成本，提高能源利用等方面進(jìn)展顯著。但需要注意的是，反式滲透膜的水處理技術(shù)已經(jīng)接近熱力學(xué)的極限。對于海水淡化的進(jìn)一步發(fā)展，廉價能源和是否環(huán)境友好依舊是兩大重點關(guān)注的議題。

光伏技術(shù)和反式滲透膜技術(shù)是目前生產(chǎn)環(huán)境友好的電能和凈水資源的主流技術(shù)。光伏和反式滲透膜聯(lián)用成為了持續(xù)同時供給電能和凈水資源的重要方式之一。這種級聯(lián)的系統(tǒng)首先通過光伏技術(shù)產(chǎn)生綠色電能，隨后電能驅(qū)動反式滲透膜，產(chǎn)生淡水資源。然而，這個級聯(lián)系統(tǒng)的太陽能轉(zhuǎn)化效率被單級光伏的shockly-queisser極限(33％)所限制。此外，建立這樣的聯(lián)合系統(tǒng)，需要針對光伏和反式滲透膜系統(tǒng)規(guī)劃分立的占地面積和建造不同的基礎(chǔ)設(shè)施，增加了整個系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性。水和電的聯(lián)產(chǎn)引起了人們廣泛的興趣，研究人員也對太陽能產(chǎn)水產(chǎn)電領(lǐng)域進(jìn)行了諸多研究。一些工作在基于太陽能光熱技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行。例如在海水淡化過程中利用鹽濃差同時發(fā)電，或是利用形變同時產(chǎn)電。盡管它們有著和獨立的光熱轉(zhuǎn)化器件一樣高的太陽光利用率，但是電的產(chǎn)量都不盡如人意，通常在一個太陽光強下小于1W m^-2。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決太陽能光伏器件中大部分太陽能的浪費、熱化熱對光伏器件性能損壞、水和電能同時獲取的困難等問題，設(shè)計了一種用于太陽能水電聯(lián)產(chǎn)的防水連接層、制備方法、專用裝置，該裝置可利用全譜太陽光，使頂部的紅外透明電池產(chǎn)生綠色電能，底部的太陽能水凈化系統(tǒng)淡化海水或污水。我們在頂部電池和底部純化系統(tǒng)中設(shè)計了一個防水連接層(WTIL)，該防水連接層同時具有較好的傳熱功能，使得電池和純化體系級聯(lián)起來，兩者協(xié)同工作。利用這個級聯(lián)協(xié)同水電聯(lián)產(chǎn)器件，可以在一個太陽的光照下，實現(xiàn)204W m^-2的電能輸出(比頂部電池單獨產(chǎn)電提升了～8％的產(chǎn)電效率)，同時還可以0.8kg m^-2h^-1的速率純化水，達(dá)到74.6％的總太陽能利用率。

一種用于太陽能水電聯(lián)產(chǎn)的防水連接層，其特征在于，所述的防水連接層為負(fù)載有陶瓷顆粒和/或碳納米管的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物層；或負(fù)載有陶瓷顆粒和/或碳納米管的聚二甲基硅氧烷層；或玻璃層；或塑料層，且該層的一側(cè)表面有親水性的親水層。此處“該層”是指的負(fù)載有陶瓷顆粒和/或碳納米管的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物層；或負(fù)載有陶瓷顆粒和/或碳納米管的聚二甲基硅氧烷層；或玻璃層；或塑料層。