[发明专利]混合式太阳能水淡化系统

说明书

技术领域

本发明属于太阳能应用技术领域，特别涉及太阳能蒸馏器淡化系统与光伏发电系统综合应用结构。

背景技术

随着社会的发展，工业、农业和日益增多的人口使得世界各地的淡水需求正在不断增长。缺乏淡水资源正在成为制约许多地区经济发展的主要因素。地区性的淡水缺乏目前是许多发展中国家面临的重要问题。为增大淡水供应，除了采用常规的措施，一条更有利的途径就是就近进行海水或苦咸水的淡化，海水是地球上储量最丰富的，而在许多地方，如我国的青海、西藏等高原地区，苦咸水也很丰富。因此在许多沿海地区和内陆地区就近使用海水及苦咸水淡化要比从远处运输方便且经济得多。

传统的盘式太阳能蒸馏器，虽然有结构简单、取材方便、运行费用低以及基本上无需人员管理等优点，但由于它运行温度较低，产水量低等不利因素，大大限制了其推广应用。典型的原有系统如图1所示，其主要由给水箱1、盘式太阳能蒸馏器2、储热水箱3以及直流水泵4组成。

发明内容

针对传统的盘式太阳能蒸馏器的缺点，本发明的目的是结合传统的光热系统与光伏系统二者的优点，并弥补传统的蒸馏设备在运行时间与运行温度控制上的一些不足。因此提出了一种新型的混合式太阳能海水/苦咸水淡化系统，即将盘式太阳能蒸馏器与光伏发电系统相结合，如图2。待加热蒸馏的苦咸水先经过光伏阵列背面的散热器9，吸收光伏阵列运行产生的一部分热量，对水进行预热，之后经过给水箱5，进入带有电热器16的盘式太阳能蒸馏器6，一部分蒸发凝结后流出，另一部分流回储热水箱7等待循环利用。同时利用光伏系统提供的电能对蒸馏器进行温度补偿，延长其工作时间，增大其日产水量。

混合式太阳能水淡化设备，含有由给水箱、盘式太阳能蒸馏器、储热水箱、直流水泵以及第一控制阀和第二控制阀组成的盘式太阳能水淡化装置，其特点在于，所述设备还有一个光伏阵列电力电子变换器，由背面贴着散热器的光伏阵列、第一DC/DC变换器、蓄电池、第二DC/DC变换器、恒温控制电热器、开关电源及最大功率跟踪控制器组成，其中：

所述散热器，设有海水或苦咸水的进水口以及出水口，该出水口与所述给水箱的进水口相通，在所述直流水泵的作用下，所述给水箱内经过所述散热器预热的水经所述第一控制阀进入所述盘式太阳能蒸馏器，冷凝后的蒸馏水由蒸馏水出水口流出，余水经过所述第二控制阀进入所述储热水箱备用，再经所述直流水泵作用下进入所述给水箱。

所述光伏阵列，在输出端分别接有用于测量输出电压的第一霍尔元件和用于测量电流的第二霍尔元件，分别输出电流信号，该光伏阵列的输出端还并联有一个互相串联的整流二极管(D)和第一储能电容(C1)，

所述第一DC/DC变换器，其输入端与所述第一储能电容(C1)并联，输出端并联有第二储能电容C2，

所述蓄电池，输入端与所述第二储能电容C2并联，该蓄电池的第一输出端给所述直流水泵供电，

所述第二DC/DC变换器，输入端与所述蓄电池的第二输出端并联，

所述恒温控制电热器是直流加热管式的，由所述第二DC/DC变换器供电，所述恒温控制电热器置于所述盘式太阳能蒸馏器内，用热传导方式对所述待淡化的海水或苦咸水加热，并通过热电偶测量加热温度，用一个CPU芯片实现恒温控制，

所述开关电源由所述蓄电池的第三输出端供电，该开关电源的输出端向所述最大功率跟踪控制器供电，

所述最大功率跟踪控制器，由信号调理电路和数字信号处理器DSP串联组成，其中：

所述信号调理电路，两个输入端分别与所述第一霍尔元件、第二霍尔元件的输出端相连，

数字信号处理器DSP，设有：

调理信号输入端，与所述信号调理电路的对应输出端相连，

所述蓄电池充电电流输入端，输入信号由设在所述蓄电池输入端的第三霍尔元件提供，蓄电池充电电流的设定值，由Ir表示，

光伏阵列输出电压参考值Vref为变量，

占空比扰动步长设定值，用ΔD表示设定值，

电压扰动步长，用ΔV表示，

该数字信号处理器DSP按如下步骤控制：

步骤(1)，计算在第k个周期所述光伏阵列的输出功率Po(k)＝Vo(k)x Io(k)，其中：

Vo(k)、Io(k)分别为周期k时所述光伏阵列的输出电压和输出电流；

步骤(2)按下式判定所述光伏阵列输出功率的变化趋势：