【摘要】：為了有效利用太陽能和提高光催化效率,于是將低倍聚光光伏和光催化相結(jié)合,設(shè)計了V型聚光光伏-光催化水處理系統(tǒng),即在低倍聚光條件下同時進(jìn)行光催化污水處理和光伏發(fā)電的集成自供給系統(tǒng)。其中太陽光譜中紫外光譜用于光催化降解廢水,可見光譜和近紅外光譜透過污水到達(dá)電池表面進(jìn)行發(fā)電供給系統(tǒng)內(nèi)廢水循環(huán),而遠(yuǎn)紅外光譜均被污水吸收可使電池在較低的工作溫度下工作。V型低倍聚光結(jié)合了聚光和非聚光光催化的優(yōu)點。聚光器成本較低、制造工藝較為簡單;能利用太陽直射光和散射光,光利用效率高;低倍聚光相對非聚光能同時增加光伏發(fā)電量和光催化效率。首先,搭建了太陽模擬器和小型的SOLWAT系統(tǒng),分析了其光學(xué)性能,并對比分析了SOLWAT系統(tǒng)在不同條件下的光催化和光伏發(fā)電性能。其次,建立了V型聚光SOLWAT系統(tǒng)(Solar water purification and renewable electricity generation system),對其光學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了理論分析,計算出其理論聚光比,并通過實驗測得其實際聚光比,考察了系統(tǒng)總體光譜透過率對于系統(tǒng)電學(xué)性能的影響。最后,建立了非聚光SOLWAT系統(tǒng),在太陽光下對比分析了SOLWAT系統(tǒng)在V型聚光和非聚光下的光催化性能和光伏發(fā)電性能。研究結(jié)果表明:1.模擬光源中,隨著催化劑濃度的增加光催化反應(yīng)速率逐漸增加,但催化劑濃度增加到一定程度反應(yīng)速率增加的趨勢不明顯,而隨著光強(qiáng)的增加反應(yīng)速率逐漸增加;2.V型聚光器理論聚光比計算結(jié)果為2.64,實際聚光比計算結(jié)果為2.34;3.初始污染物濃度分別為10、15和20mg/L時,V型聚光SOLWAT系統(tǒng)完全降解的時間相比非聚光系統(tǒng)分別減少了33.3%、42.9%和54.5%。催化劑濃度分別為0.1、0.15和0.2g/L時,V型聚光SOLWAT系統(tǒng)完全降解的時間相比非聚光系統(tǒng)分別減少了47.4%、62.5%和33.3%;4.非聚光和V型聚光條件下光催化降解反應(yīng)均符合一級動力學(xué),隨著催化劑濃度的增加,非聚光系統(tǒng)的反應(yīng)動力學(xué)常數(shù)逐漸增加,但增加的程度減小,而聚光的反應(yīng)動力學(xué)常數(shù)是先增加后減小;5.V型聚光系統(tǒng)的最大輸出功率和短路電流都大于參比電池組件系統(tǒng),大約是非聚光的2倍,較高的輸出電量不僅能滿足系統(tǒng)的自運轉(zhuǎn),過量的電還能儲存起來。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TK519;O643.36
【圖文】：

第二章 模擬光源水處理實驗首先，選擇不同的太陽能電池，主要有砷化鎵電池、聚光硅電池和普通硅電池，如圖 2-1。其中砷化鎵電池的尺寸為 10×10mm，普通聚光硅電池為 40×60mm，普通硅電池為 125×125mm。將不同的太陽能電池分別放在直流和交流氙燈光源下照射，并利用 I-V 測試儀（DS-100c）測試電池的 I-V 曲線，如圖 2-2。結(jié)果顯示，三種電池在直流氙燈光源下能得到較為準(zhǔn)確的 I-V，而在交流氙燈下都無法得到完整的 I-V 曲線，如圖 2-3。這可能是因為 I-V 曲線測試儀有一個取樣頻率，而交流氙燈的光照強(qiáng)度也會有一定的波動頻率，當(dāng)兩者接近時 I-V 曲線測試儀就會在氙燈光強(qiáng)波動的瞬間進(jìn)行取樣，則無法得到完整的 I-V 曲線，所以最后為了與 I-V 曲線測試儀進(jìn)行匹配，更為了選擇比較穩(wěn)定的光源，最后選擇長弧風(fēng)冷直流氙燈作為模擬光源。

更為了選擇比較穩(wěn)定的光源，最后選擇光源。圖 2-1 不同的太陽能電池實物圖Fig.2-1 Photos of different solar cells

圖 2-4 太陽模擬器的結(jié)構(gòu)圖Fig.2-4 Structure diagram of the solar simulator2.1.3 太陽模擬器的光學(xué)特性太陽模擬器需要滿足一定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，太陽模擬器通用規(guī)范規(guī)定了 AM0 和AM1.5 太陽光譜輻照度分布的太陽模擬器的通用技術(shù)要求及其級別和類型的劃分。太陽模擬器的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要考察輻照不均勻度和輻照不穩(wěn)定度兩個方面，根據(jù)其各個單項指標(biāo)，劃分為 A、B、C 三個級別，如表 2-2。下面就需要對氙燈的輻照穩(wěn)定性和均勻性進(jìn)行測試，來判斷其是否符合太陽模擬器的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。表 2-2 太陽模擬器的級別Table 2-2 Grade of solar simulator級別技術(shù)要求A B C輻照不均勻度 ≤±2% ≤ ±5% ≤ ±10%

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本文編號：2760600