一种可减少占地面积的太阳能辅助城市空气净化系统的制作方法

本实用新型属于环境工程和能源利用技术领域，具体涉及一种可减少占地面积的太阳能辅助城市空气净化系统。

背景技术：

大气污染已经成为全球性问题。据估计，全球每年有约420万人死亡是因为暴露于室外污染空气(who,2018,airpollution[wwwdocument].url.http://www.who.int/airpollution/en/,accesseddate:11october2018)。大气污染治理于人民的生命健康息息相关。我国政府近些年也采取了很多“源头减排”措施，使得我国空气质量有了很大提升，但是由于经济发展模式，能源结构等原因，大气污染问题依然严峻。2015年美国明尼苏达大学裴有康教授团队基于太阳能热气流烟囱的基本原理提出了“太阳能辅助城市空气净化系统”这一概念，用于提高局部城市室外空气质量(q.cao,d.y.h.puiandw.lipiński,2015,aconceptofanovelsolar-assistedlarge-scalecleaningsystem(salscs)forurbanairremediation.aerosol.air.qual.res.15.1-10)。为“源头减排”措施提供一种补充措施。该系统利用太阳能加热集热棚内的空气，产生温差，导致空气密度变化引起对流，使环境中污染空气源源不断流过设置在集热棚中的过滤墙，经过过滤的干净空气从烟囱又流向环境。但由于太阳能热气流烟囱结构对太阳能的转化率很低，以西班牙manzanares太阳能热气流烟囱实验电站为例，将太阳能转化为电能的最大效率约为0.13％(w.haaf,1984,solarchimneys.partii:preliminarytestresultsfromthemanzanarespilotplant.int.j.sust.energy,2.141-61)。这就使太阳能辅助的城市空气净化系统需要占用极大的城市土地来收集太阳能，才能产生相当量的进气量。然而众所周知，城市土地的成本非常高，这成为该系统推广和应用的不利因素。

技术实现要素：

鉴于现有太阳能辅助城市空气净化系统的缺陷，本实用新型的目的是提供一种可减少占地面积的太阳能辅助城市空气净化系统。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种可减少占地面积的太阳能辅助城市空气净化系统，包括太阳能热气流烟囱结构、光伏系统、过滤墙和抽风机；其中，

所述的太阳能热气流烟囱结构包括集热棚和烟囱结构，集热棚的一端用于通入污染空气，另一端与烟囱结构的底部连通；所述的过滤墙布置在集热棚内离开集热棚出口有一定距离的气流流场比较均匀的位置处，且从集热棚底部到顶部严密安装，抽风机设置在烟囱结构的底部；

所述的光伏系统包括太阳能电池组件、汇流箱、光伏并网逆变器、智能电表和净化系统配电房；所述的太阳能电池组件覆盖在集热棚底部边缘或顶部边缘，或者覆盖整个集热棚底部或顶部；太阳能电池组件的输出端连接至汇流箱的输入端，汇流箱的输出端连接至光伏并网逆变器，光伏并网逆变器的输出端通过智能电表分为两路，一路连接至净化系统配电房，另一路连接至电网。

本实用新型进一步的改进在于，集热棚顶部采用对太阳辐射高透过率的材料制成。

本实用新型进一步的改进在于，过滤墙采用高效率空气微粒子过滤网技术制成。

本实用新型进一步的改进在于，太阳能电池组件采用倾斜布置，或者水平布置。

本实用新型进一步的改进在于，集热棚内部划分成几个独立区域，抽风机布置在集热棚内每个独立区域的出口，或布置在烟囱结构内。

本实用新型至少具有如下有益的技术效果：

本实用新型将太阳能热气流烟囱结构和光伏系统结合起来，并在净化系统内部设置抽风机。光伏系统一方面利用其安装在净化系统内的太阳能电池组件的散热(约接收到的太阳能的80％)来加热集热棚内空气产生对流，使环境中污染的空气源源不断地进入集热棚，另一方面采用“自发自用，余电上网”的方式，可将太阳能电池组件产生的电量用于驱动净化系统内部的抽风机增加进入净化系统的空气量。所有进入净化系统的空气通过集热棚内的过滤墙，经过滤后干净空气沿烟囱结构再进入环境。该系统由于高效利用太阳能，相同空气进气量下，比太阳能热气流烟囱结构大幅减少对城市土地的占用。而且光伏系统和抽风机的投入成本要远小于城市土地的投入成本。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图。

图2是本实用新型实施例中西班牙manzanares太阳能热气流烟囱实验电站的轴对称结构简图和结构参数。

附图标记说明：

1-集热棚，2-烟囱结构，3-过滤墙，4-抽风机，5-太阳能电池组件，6-汇流箱，7-光伏并网逆变器，8-智能电表，9-净化系统配电房。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型做出进一步的说明。

如图1所示，本实用新型提供的一种可减少占地面积的太阳能辅助城市空气净化系统，包括太阳能热气流烟囱结构、光伏系统、过滤墙3和抽风机4；其中，所述的太阳能热气流烟囱结构包括集热棚1和烟囱结构2，集热棚1的一端用于通入污染空气，另一端与烟囱结构2的底部连通；所述的过滤墙3布置在集热棚1内离开集热棚1出口有一定距离的气流流场比较均匀的位置处，且从集热棚1底部到顶部严密安装，抽风机4设置在烟囱结构2的底部；所述的光伏系统包括太阳能电池组件5、汇流箱6、光伏并网逆变器7、智能电表8和净化系统配电房9；所述的太阳能电池组件5覆盖在集热棚1底部边缘或顶部边缘，或者覆盖整个集热棚1底部或顶部；太阳能电池组件5的输出端连接至汇流箱6的输入端，汇流箱6的输出端连接至光伏并网逆变器7，光伏并网逆变器7的输出端通过智能电表8分为两路，一路连接至净化系统配电房9，另一路连接至电网。

其中，集热棚1顶部采用对太阳辐射高透过率的材料制成。过滤墙3采用高效率空气微粒子过滤网技术制成。太阳能电池组件5采用倾斜布置，或者水平布置。集热棚1内部划分成几个独立区域，抽风机4布置在集热棚1内每个独立区域的出口，或布置在烟囱结构2内。

实施例1：将太阳能电池组件布置在集热棚顶部圆周(40米宽)

图2给出了西班牙manzanares太阳能热气流烟囱实验电站的结构参数。区别在于沿集热棚1进口将太阳能电池组件5布置在集热棚1顶部圆周，宽度为40米。太阳光照射到集热棚1顶盖，大部分的太阳能透过集热棚1顶盖被集热棚1底部吸收，而从集热棚1底部发射的红外热辐射则被集热棚1顶盖阻拦形成温室效应加热集热棚1内空气。太阳光照射到太阳能电池组件5，一部分太阳能被用来发电，一部分太阳能转化为热能。转化成热能的这部分太阳能一部分通过与环境空气对流和辐射损失到环境中，一部分用来加热集热棚1内空气产生热气流。太阳能电池组件5所发的电经过汇流箱6，光伏并网逆变器7，智能电表8，在净化系统配电房9直接供给抽风机4，多余的电传送到电网。太阳能加热产生的热气流和抽风机4抽取的环境空气共同经过净化系统内的过滤墙3，然后沿烟囱结构2将干净空气排入环境。

实施例2：将太阳能电池组件布置在集热棚底部圆周(40米宽)

以西班牙manzanares太阳能热气流烟囱实验电站的结构参数为基础。区别在于沿集热棚1进口将太阳能电池组件5布置在集热棚1底部圆周，宽度为40米。太阳光照射到集热棚1顶盖，大部分的太阳能透过集热棚1顶盖被集热棚1底部吸收，而从集热棚1底部发射的红外热辐射则被集热棚1顶盖阻拦形成温室效应加热集热棚1内空气。透过集热棚1顶盖的太阳光照射到太阳能电池组件5，一部分太阳能被用来发电，一部分太阳能转化为热能。转化成热能的这部分太阳能一部分用于与集热棚1内空气对流换热和与集热棚1壁面辐射换热，一部分热传导到地层中损失掉。太阳能电池组件5所发的电经过汇流箱6，光伏并网逆变器7，智能电表8，在净化系统配电房9直接供给抽风机4，多余的电传送到电网。太阳能加热产生的热气流和抽风机4抽取的环境空气共同经过净化系统内的过滤墙3，然后沿烟囱结构2将干净空气排入环境。光伏系统采用“自发自用，余电上网”方式，太阳能电池组件5发电首先供给系统抽风机4使用。

实施例3：将太阳能电池组件全部覆盖集热棚顶部(113米宽)

与实施例1一样，不同的是太阳能电池组件宽度为113米。

实施例4：将太阳能电池组件全部覆盖集热棚底部(113米宽)

与实施例2一样，不同的是太阳能电池组件宽度为113米。

对比案例：

西班牙manzanares太阳能热气流烟囱结构，无光伏系统。

通过数值模拟方法对具体实施案例1-3和对比案例进行比较。模拟条件为太阳辐射850w/m²且垂直入射到净化系统。假设过滤墙对空气的阻力为零(考虑最大系统流量)，太阳能电池组件发电考虑直流交流转换损失，传输损失等损失，80％的太阳能电池组件发电用于驱动抽风机。定义

对比结果如下表所示：

说明：根据光伏电池的发电量计算抽风量时已经考虑了各种可能的损失。

如上表所示，将太阳能热气流烟囱系统和光伏系统结合在一起能显著提高土地使用率，将太阳能电池组件安装在集热棚底部的土地使用率高于安装在集热棚顶部，具体实施案例4有最大的土地使用率，比对比案例的土地使用率提高了约2.49倍。

本技术综合利用太阳能光伏、太阳能热气流烟囱的特点，提高太阳能利用率，绿色环保，节约土地，并且设备可靠稳定寿命长、安装维护简便，符合新能源和环境发展的趋势。

上述具体实施案例仅是对本实用新型思想较为完善的实施方式，并非是对本实用新型保护范围的限制，凡是对不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化，均应涵盖在本实用新型的保护范围之内。