[发明专利]太阳能光伏直驱海水反渗透淡化装置

说明书

技术领域

本发明属于海水淡化技术领域，特别涉及的是太阳能光伏直驱海水反渗透淡化装置。

背景技术

地球上的淡水资源总量有限，地理分布不均匀，而海水淡化是解决淡水紧缺问题的一种有效途径。海水淡化需要消耗大量能量，对于中小型用水量且远离电网的海岛、船舶等分布式应用，利用太阳能光伏技术作为海水淡化能源具有良好的技术可行性与经济性。

目前，利用太阳能光伏的海水反渗透装置通常包括蓄电池或逆变器。

中国专利201010532277.0公布了一种光伏太阳能反渗透淡化装置，该装置的组成结构如图1所示，包括太阳能光伏板、蓄电池、机泵、反渗透膜组件及电源控制系统；其特点为太阳能光伏板连入到蓄电池，蓄电池连出到机泵(电机和水泵)，蓄电池通过电源控制系统控制将储存太阳能光伏板产生的电能为化学能，再将化学能转换为稳定的电能输出给机泵，使机泵抽出的原水输入反渗透膜组件，原水经过反渗透膜组件输出淡水。可以看到，在这种装置中，太阳能光伏板产生的电能要通过电源控制器控制蓄电池转换为稳定电流才能供给机泵使用，首先，蓄电池在进行“直流电—化学能—直流电”的能量转换过程中会损耗能量，然而目前理想实验室测试状态下，最优质的蓄电池其充放电效率也不超过95％，而通常市场可见的蓄电池充放电效率则仅介于60％到85％之间，特别是蓄电池充放电效率受环境温度影响极大，因此实际中使用蓄电池将大大增加能量损耗；其次，目前蓄电池的成本非常高，一般为了匹配kW级的太阳能光伏板，所需的蓄电池初期成本可以高达上万元至数万元不等，而且以目前和未来有限时间内的预期来看，蓄电池的充放电循环次数有限(通常为数千次)，其性能会随着太阳能光伏对其频繁的充放电而逐渐下降，导致蓄电池必须定期更换，不难看到，蓄电池在初期成本中所占比重达到15％以上，以设备运行十年时间周期内的全成本进行分析，则蓄电池成本在装置总体成本中所占比重高达50％以上，蓄电池的存在将大大增加装置成本与价格；第三，实际中使用蓄电池需要针对安全性能做出防范设计，特别是太阳能光伏对蓄电池的充放电过程中，由于太阳辐照的波动和不稳定，需要相应措施保证蓄电池的运行环境，可以看到，蓄电池的使用会进一步增加装置的成本，也降低了装置的可靠性与安全性。

中国专利201210400659.7公布了一种光伏海水淡化系统及控制方法和光伏海水淡化逆变器，如图2所示，该装置包括太阳能光伏板、直流-交流逆变器、交流机泵及反渗透膜组件；其特点在于其海水淡化系统采用交流电路，且通过直流-交流逆变器的变频功能实现太阳能光伏板的最大功率跟踪输出功能。其不足之处在于，首先，直流-交流逆变器结构中需要额外的直流升压电路、开关驱动电路、电源隔离电路、过流/欠过压保护电路等，与直流-直流变压电路相比结构复杂，转换效率低；其次，交流电机的可调性较差，调速范围较小，因此在太阳辐照变化较剧烈的天气情况下，光伏板输出功率的不稳定特性不利于交流电机的正常工作和整个装置的产水性能；第三，从成本上来看，上述两点加大了系统的投入成本和维护成本；因此系统的总体效率低，及系统成本高。

发明内容

本发明的目的是为解决已有技术存在的问题，提供一种太阳能光伏直驱海水反渗透淡化装置，该装置可利用太阳能独立运行，采用光伏直流电直接驱动海水淡化，无需蓄电池与逆变器，运用最大功率跟踪控制、回收率控制等技术，使装置可以在太阳辐射波动导致电源变化情况下安全高效运行，适合偏远海岛生活、船舶舰艇等分布式中小规模用水的目标场合使用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种太阳能光伏直驱海水反渗透淡化装置，包括太阳能光伏板、电源控制系统、取水泵、反渗透膜组件，其特征在于：该装置还包括DC-DC电路，直流电机组、和电控阀门；所述太阳能光伏板与DC-DC电路的电输入接口连接；DC-DC电路的电输出接口直接与直流电机组的电输入接口连接，取水泵的水输出口与反渗透膜组件的进水口相连，反渗透膜组件的浓缩海水出口管道连接有电控阀门，电源控制系统控制信号输出接口分别与DC-DC电路的控制信号接口、电控阀门电连接。直流电机组与取水泵、高压泵通过联轴器相连。

通过采用本发明的技术方案，本发明的有益效果是：

本发明装置无需蓄电池与逆变器，一方面省去了蓄电池、逆变器本身的体积和成本，另一方面减小了能量转换的损耗，提高了能量利用率，使得在相同的反渗透系统运行条件下，所需的太阳能光伏板功率变小，因此减小了太阳能光伏板的体积；总体效果是，提高了能量利用率，降低了装置的大小和成本。