光伏水分解系统与光热催化系统耦合制备有机燃料的装置的制作方法

本实用新型涉及太阳能利用领域，特别涉及一种光伏水分解系统与光热催化系统耦合制备有机燃料的装置。

背景技术：

目前太阳能大规模利用主要是利用太阳能电池发电，然而电能难于大规模存储，而且附加值不高，所以光伏发电行业一直靠政府补贴才能持续运作。光热发电技术也是较为成熟的技术，其相比利用太阳能电池直接发电的方式，初期投入成本低，但是其工作原理是太阳能转化为热能，再转化为机械能，最后产生电能，能量转化步骤多，转化率低。而长期处于基础研究阶段的光催化技术，其应用的瓶颈主要是能量转化效率低，而且还面临催化剂成本高及寿命低等制约因素。

将太阳能转化为化学能，才能实现大规模存储，也不存在输运过程中的损耗问题。我们已经公开了“一种利用太阳光和光热催化剂直接转化二氧化碳制备有机燃料的技术”(专利号ZL201410246792.0)，可实现太阳能到化学能的转变，然而这个反应过程需要以氢气为反应原料。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的问题，本实用新型的提供一种光伏水分解系统与光热催化系统耦合制备有机燃料的装置，实现现有技术中太阳能到化学能转化困难的问题。

本实用新型的技术方案是：一种光伏水分解系统与光热催化系统耦合制备有机燃料的装置，包括光伏水分解系统和光热催化系统，所述光伏水分解系统，由太阳能电池、与太阳能电池连接的电解槽、电解槽中的析氢和析氧催化剂电极构成，所述光热催化系统由菲涅尔透镜、与菲涅尔透镜相对设置的平板反应器、平板反应器中设置的光热催化剂构成，所述电解槽和平板反应器分别通过导气管路与混气系统连通，混气系统还与二氧化碳储气钢瓶连接。

所述太阳能电池为商用硅基太阳能电池，包括单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳能电池。

所述电解槽由质子交换膜将析氢、析氧催化剂电极隔开，分别在电解槽的两部分产氢、产氧。

所述析氢和析氧催化剂电极为商用催化剂电极，包括铂基电极、镍基电极、铂钛合金电极、氧化钌涂层钛基电极、氧化钽涂层钛基电极、氧化铱涂层钛基电极。

所述平板反应器，其窗口为石英玻璃片，装载催化剂的部分由玻璃、刚玉或不锈钢材质材料成型。

有益效果：本实用新型光伏水分解系统与光热催化系统耦合制备有机燃料的装置，其利用太阳能供能、水和二氧化碳为原料，由光伏水分解系统中的催化剂分解水产生氢气，再由光热催化系统中的催化剂使氢气和二氧化碳反应产生有机燃料，采用太阳能电池及电催化剂的光伏水分解系统，能够实现利用太阳能供能、水和二氧化碳为原料产出有机燃料，实现太阳能到化学能的转变。

(1)避免了水的还原反应与二氧化碳还原反应的竞争，有机燃料的选择性可获得极大提升，以产出甲烷为例，选择性可超过99％；(2)基于硅基太阳能电池及光热催化剂对太阳能的高效利用，本装置可实现太阳光能到燃料的转化效率大幅提高，最高可达8.3％。该装置构建光伏水分解系统与光热催化系统所需的材料、组件大部分为商用材料，而光热催化剂的合成较简单，因而实用性强。该装置提供了一项利用太阳能实现二氧化碳资源化利用的新技术，具有重要的工业应用价值。

附图说明

图1光伏水分解系统与光热催化系统耦合装置的构造示意图；

图中：1-太阳能电池，2-电解槽，3-析氧催化剂电极，4-析氢催化剂电极，5-质子交换膜，6-二氧化碳储气钢瓶，7-混气系统，8-菲涅尔透镜，9-平板反应器，10-光热催化剂，11-导气管路。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明。

如附图1所示对本实用新型光伏水分解系统与光热催化系统耦合制备有机燃料的装置，包括光伏水分解系统和光热催化系统，所述光伏水分解系统，由太阳能电池1、与太阳能电池1连接的电解槽2、电解槽2中的析氢催化剂电极3和析氧催化剂电极4构成，太阳能电池为商用硅基太阳能电池，包括单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳能电池，质子交换膜5将析氢催化剂电极3、析氧催化剂电极4隔开，分别在电解槽2的两部分产氢、产氧，析氢和析氧催化剂电极为商用催化剂电极，包括铂基电极、镍基电极、铂钛合金电极、氧化钌涂层钛基电极、氧化钽涂层钛基电极、氧化铱涂层钛基电极。所述光热催化系统由菲涅尔透镜8、与菲涅尔透镜8相对设置的平板反应器9、平板反应器9中设置的光热催化剂10构成，所述电解槽2和平板反应器9分别通过导气管路11与混气系统7连通，混气系统7还与二氧化碳储气钢瓶6连接。

平板反应器9其窗口为石英玻璃片，装载催化剂的部分可由玻璃、刚玉、不锈钢等材质材料成型，其工作方式为太阳光透过石英玻璃窗口照射在催化剂表面，反应气体氢气和二氧化碳由平板反应器的一端注入，经催化剂反应产生产物由其另一端流出。

所述光热催化剂，指已授权专利“一种利用太阳光和光热催化剂直接转化二氧化碳制备有机燃料的技术”(专利号ZL201410246792.0)中所述光热催化剂。

所述光伏水分解系统与光热催化系统耦合制备有机燃料的装置，其由光伏水分解系统中的催化剂分解水产生氢气，再由光热催化系统中的催化剂使氢气和二氧化碳反应产生有机燃料，其操作方式为由混气系统将光伏水分解系统中产生的氢气与储气钢瓶6注入的二氧化碳混合再导入光热催化系统进行反应。

当户外为晴朗天气时，该光伏水分解系统与光热催化系统耦合装置可直接在户外使用。由太阳能电池1给电解槽2供电，该电解槽2包含五组电解池，电解液为氢氧化钾溶液，每组电解池在析氢催化剂电极4——铂金电极上分解水产氢，在析氧催化剂电极3——氧化铱涂层钛基电极上分解水产氧，产出氧气直接排出电解槽2，而产出的氢气导入混气系统7。二氧化碳储气钢瓶6中气体也导入混气系统7。混气系统7调节流量控制器使氢气和二氧化碳流量比为4:1，然后将混匀气体导入光热催化系统的平板反应器9。平板反应器9中装载的光热催化剂为Ru@Al2O3，调节菲涅尔透镜聚焦至光热催化剂上，使温度到达400摄氏度。氢气和二氧化碳气体流经光热催化剂反应产出甲烷，反应中二氧化碳转化率到达95％，甲烷的选择性达到99％。在夏季晴朗天气的午后一点至两点，该装置的太阳能到燃料的转化效率达到最优，可达8.3％。

以上述根据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行各种的变更及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须根据权利要求范围来确定其技术性范围。