太阳能光伏直驱海水反渗透淡化装置的制造方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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“直流电一化学能一直流电”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。
[0005]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】
[0006]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。
[0007]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0008]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。
[0009]通过采用本发明的技术方案，本发明的有益效果是:
[0010]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。
[0011]本发明中采用以最大功率跟踪策略控制的电源控制系统和以稳定回收率策略控制的流体控制系统，一方面解决了无蓄电池条件下，太阳辐射波动带来的装置复杂工况下安全运行的问题，另一方面能够响应太阳辐照的变化，保证海水淡化系统的高效正常运行，避免其在太阳辐照变化可能导致的功能退化或失效；总体效果是，提升了装置的自动化程度，避免了太阳辐照变化可能导致的功能失效，降低了装置的运行维护成本。本发明的特点在于海水淡化系统采用直流电路，无需通过直流-交流逆变器或蓄电池进行电源转换，且太阳能光伏板的最大功率跟踪输出通过直流-直流变压电路实现。
【附图说明】
[0012]图1为已有含蓄电池的海水淡化装置示意图。
[0013]图2为已有含逆变器的海水淡化装置示意图。
[0014]图3为本发明的太阳能光伏直驱海水反渗透淡化装置实施例1组成示意图。
[0015]图4为本发明的一种优化的太阳能光伏直驱海水反渗透淡化装置实施例2组成示意图。
[0016]图5为使用本发明装置在夏季多云天24小时内太阳辐照强度变化图。
【具体实施方式】
[0017]参照附图及实施例对本发明作详细说明。
[0018]本发明提出的一种太阳能光伏直驱海水反渗透淡化装置实施例1，如图3所示，该装置包括太阳能光伏板、DC-DC电路，电源控制系统、直流电机组、取水泵、预处理组、高压泵、反渗透膜组和电控阀门；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，高压泵连接在取水泵的水输出口与反渗透膜组件的进水口之间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，预处理组件连接在取水泵水进口。
[0019]实施例1所述装置的各部件的功能及【具体实施方式】分别说明如下:
[0020]所述的太阳能光伏板用于将太阳能转换为直流电能；所述DC-DC电路用于将太阳能光伏板产生的直流电能进行电压转换；所述电源控制系统包括电流传感器、电压传感器和嵌入式微控制器A，其中，太阳能光伏板的输出端连接电流传感器和电压传感器，电流传感器、电压传感器的输出端与嵌入式微控制器A的输入接口连接，电流传感器和电压传感器分别用于采集DC-DC电路输入接口的电流Ii,电压U in，嵌入式微控制器A用于进行光伏最大功率跟踪控制，输出时变控制信号到DC-DC电路的控制信号接口，同时输出不变的固定信号到电控阀门电接口。所述取水泵用于原水的汲取，所述高压泵用于原水的增压；所述直流电机组包括取水泵与高压泵的配用电机，用于泵水以及原水的输运和增压；所述预处理组可采用过滤器、加药箱和清洗水箱，分别用于对原水的过滤、加药、以及杀菌等预处理，具体可根据原水水质进行选取其中的一种或多种。所述反渗透膜组包括压力容器和若干支反渗透膜，用于将原水淡化产生淡水，其中压力容器用于安装反渗透膜，反渗透膜的数量根据期望的产水回收率选取，一般在合理的设计中，所期望的产水回收率越高，所选取的反渗透膜数量越多。所述电控阀门用于将电源控制系统的控制信号转变为阀门开度的相应改变
[0021]本发明提出的一种太阳能光伏直驱海水反渗透淡化装置实施例2，如图4所示，该装置包括太阳能光伏板、DC-DC电路，电源控制系统、直流电机组、取水泵、预处理组、高压泵、反渗透膜组、流体控制系统和电控阀门；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，直流电机组的电输出接口与取水泵电输入接口连接，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和流体控制系统连接；流体控制系统输出接口与电控阀门电连接，直流电机组与取水泵、高压泵通过联轴器相连，预处理组件连接在取水泵水进口，高压泵连接在取水泵的水输出口与反渗透膜组件的进水口之间；
[0022]实施例2所述装置的各部件的功能及【具体实施方式】分别说明如下:
[0023]所述太阳能光伏板用于将太阳能转换为直流电能；所述DC-DC电路用于将太阳能光伏板产生的直流电能进行电压转换；所述电源控制系统包括电流传感器、电压传感器和嵌入式微控制器A，其中，太阳能光伏板的输出端流经电流传感器，与电压传感器连接，电流传感器、电压传感器的输出端与嵌入式微控制器A的输