专利名称：一种太阳能发电的直饮水净化系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能发电的直饮水净化系统，尤其涉及一种利用太阳能电池 提供电源的直饮水净化系统。
背景技术：
目前，作为饮用水水源的地表水和地下水受到不同程度污染，在未铺设自来水 管网的广大农村地区、远离市区的工矿企业和部队，饮用水水质较难得到保证。饮用水 常规处理技术为混凝沉淀、过滤、消毒处理的“老三段”工艺，可以有效去除水中的悬 浮物、胶体物质和细菌等污染物质，但对金属离子、有机污染物、溶解性化学物质的去 除作用有限，不能完全消除水污染造成的危害。膜分离技术可有效去除饮用水中的各类 污染物，产水水质好，净化后的产水可直接饮用，但通常需要增压泵、高压泵等动力设 备及提供电源，动力消耗较大，尤其在无电力供应时使用不便。太阳能作为取之不尽的可再生能源，具有清洁、安全、经济等优点，是一种理 想的新能源。日本在冲绳市和因岛市建有以太阳能电池为电源的反渗透海水淡化装置。 冲绳市太阳能反渗透法海水淡化系统的日产水量为15吨，淡化1吨水耗电9kw · h。因 岛市太阳能反渗透法海水淡化系统采用两级反渗透，一级反渗透日产水量5.5吨，二级反 渗透日产水量4.9吨，从海水制取1吨淡水的电耗为9 IOkw ·1ι。而目前太阳能发电用 于直饮水净化处理在国内尚未见相关报道，且与日本的大型反渗透海水淡化装置不同， 利用太阳能电池提供电源的直饮水净化系统在国内外尚未见相关报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用太阳能发电为膜分离设备提供运行所需电力，节 能、经济的太阳能发电直饮水净化系统，克服常规饮用水处理技术对有害物质去除不彻 底，而膜分离技术用于直饮水净化处理能耗相对较高，且需要市电供应，运行成本偏 高，在经济不发达地区及供电困难的场所难以大规模推广应用的缺点。本发明的太阳能发电的直饮水净化系统包括太阳能电池、蓄电池、太阳能控制 器、逆变器和膜分离设备。太阳能控制器分别与太阳能电池和蓄电池相连，太阳能电池 产生的电能首先进入太阳能控制器，经数字化调节后再进入蓄电池对其充电，蓄电池放 电时产生的电流也先流入太阳能控制器，经数字化调节后输出。逆变器选用正弦波逆变 器或方波逆变器，分别与太阳能控制器和膜分离设备相连，太阳能控制器调节后输出的 电流进入逆变器，将直流电(简称DC)转换为220V交流电(简称AC)，然后输送到膜分 离设备；当蓄电池内电量不足时，逆变器自动切换到市电直通状态，将市电提供的交流 电输送到膜分离设备。膜分离设备选用微滤、超滤、纳滤或反渗透膜组件，利用交流电 驱动运行，将原水处理成为健康的优质直饮水。本发明的太阳能发电的直饮水净化系统，太阳能电池选用单晶硅太阳能电池、 多晶硅薄膜太阳能电池或非晶硅薄膜太阳能电池，通过光电效应将光能转化成电能，并送往蓄电池给蓄电池充电。本发明的太阳能发电的直饮水净化系统，蓄电池选用铅酸蓄电池、镍-氢蓄电 池或锂电池，储备太阳能电池白天工作所产生的电能，可供夜间和阴雨天气时使用，保 证直饮水净化设备利用太阳能连续不间断运行。本发明的太阳能发电的直饮水净化系统，膜分离设备可采用反渗透膜分离设 备、微滤膜分离设备、超滤膜分离设备或纳滤膜分离设备。本发明利用太阳能电池将光能转化为电能，为直饮水净化膜分离设备供电，具 有永久性、清洁性、经济性以及普遍性等优点(1)太阳能是可再生能源，用之不竭， 太阳能电池寿命长，可以一次投资长期使用；(2)太阳能发电不产生废渣、废水、废气 和噪声，不会污染环境，清洁安全；(3)太阳能发电能够节省大量市电，有效降低直饮 水净化的处理成本；(4)太阳能发电可在偏远地区就地开发利用，不会受到地域限制。 本发明采用蓄电池储存太阳能电池白天转化的电能，可供夜间和阴雨天气时使用，保证 直饮水净化设备连续不间断运行。本发明采用太阳能控制器对蓄电池的输入、输出电流 进行数字化调节，稳定电流，同时为蓄电池提供充电保护、放电保护、超压保护和过流 保护，防止蓄电池损坏，延长其使用寿命。本发明通过逆变器将蓄电池输出的直流电转 换为交流电，方便直饮水净化处理中交流机电设备使用，并且能够在蓄电池电力不足时 自动切换到市电，在连续阴雨天气的情况下同样保证直饮水净化设备的正常运行。膜分 离设备可以去除水中的有机污染物、重金属离子、细菌、病毒等有害物质，出水水质稳 定，能够得到优质、健康的直饮水，可直接饮用。
附图为本发明的系统结构及原理示意图。
具体实施例方式实施例1我国南方地区某村的地下水铁锰含量严重超标，铁含量3.58 33.78mg/L，锰 含量0.95 4.52mg/L，采用本发明太阳能发电的直饮水净化系统对该村地下水进行净化 处理，直饮水净化系统包括多晶硅薄膜太阳能电池、铅酸蓄电池、太阳能控制器、正弦 波逆变器和反渗透膜分离设备，具体工作流程如下(1)多晶硅薄膜太阳能电池受太阳光照射，通过光电效应将光能转化成电能； (2)太阳能电池产生的电能进入太阳能控制器，经数字化调节得到稳定的电流， 之后进入铅酸蓄电池对其进行充电，当蓄电池电量到达满值时，太阳能控制器自动停止 充电，防止铅酸蓄电池过充电；(3)铅酸蓄电池放电时，电流首先经过太阳能控制器调节后输出，当蓄电池电量 不足时，太阳能控制器自动停止放电，防止铅酸蓄电池过放电；(4)铅酸蓄电池放电电流进入正弦波逆变器，将48V直流电转换为220V交流 电，再输送到反渗透膜分离设备；(5)反渗透膜分离设备利用太阳能发电产生的电能运行，对地下水进行净化处 理，产水铁含量< 0.3mg/L，锰含量< 0.1mg/L，产水可直接饮用。
该村的饮用水净化处理如果采用传统的反渗透膜分离设备，即通过市电提供电能，制取1吨饮用水的直接运行费用约为1.8元，采用本发明太阳能发电的直饮水净化系 统，仅需补充少量市电即可维持正常运行，可以节电80%以上，直接运行成本仅为0.36 元/吨水，经济效益非常显著。实施例2我国某边境地区的驻军部队，营区内无市电接入，采用本发明太阳能发电的直 饮水净化系统对河水进行净化处理制取饮用水，河水水质为浊度=198 314NTU， SS = 72 245mg/L，CODMn = 15 18mg/L。直饮水净化系统包括非晶硅薄膜太阳能 电池、镍-氢蓄电池、太阳能控制器、方波逆变器和超滤膜分离设备，具体工作流程如 下(1)非晶硅薄膜太阳能电池受太阳光照射，通过光电效应将光能转化成电能；(2)太阳能电池产生的电能进入太阳能控制器，经数字化调节得到稳定的电流， 之后进入镍-氢蓄电池对其进行充电，当蓄电池电量到达满值时，太阳能控制器自动停 止充电，防止镍-氢蓄电池过充电；(3)镍-氢蓄电池放电时，电流首先经过太阳能控制器调节后输出，当蓄电池电 量不足时，太阳能控制器自动停止放电，防止镍-氢蓄电池过放电；(4)镍-氢蓄电池放电电流进入方波逆变器，将24V直流电转换为220V交流 电，再输送到超滤膜分离设备；(5)超滤膜分离设备利用太阳能发电产生的电能运行，对河水进行净化处理，得 到的产水浊度《1.0NTU，SS<1.0mg/L, CODMn<3,Omg/L,可直接饮用。该部队采用本发明太阳能发电的直饮水净化超滤膜分离系统，与传统的超滤膜 分离设备相比能够节电90%以上，直接运行成本仅为0.045元/吨水，可为该部队节约大 量能源，有效解决了因供电不便造成的直饮水净化设备运行困难的问题。实施例3某市写字楼采用本发明太阳能发电的直饮水净化系统从自来水制取直饮水，直 饮水净化系统包括单晶硅太阳能电池、锂蓄电池、太阳能控制器、正弦波逆变器和纳滤 膜分离设备，具体工作流程如下(1)单晶硅太阳能电池受太阳光照射，通过光电效应将光能转化成电能；(2)太阳能电池产生的电能进入太阳能控制器，经数字化调节得到稳定的电流， 之后进入锂蓄电池对其进行充电，当蓄电池电量到达满值时，太阳能控制器自动停止充 电，防止锂蓄电池过充电；(3)锂蓄电池放电时，电流首先经过太阳能控制器调节后输出，当蓄电池电量不 足时，太阳能控制器自动停止放电，防止锂蓄电池过放电；(4)锂蓄电池放电电流进入正弦波逆变器，将12V直流电转换为220V交流电， 再输送到纳滤膜分离设备；(5)纳滤膜分离设备利用太阳能发电产生的电能运行，对自来水进行深度净化处 理，产水pH = 6.5 8.0，浊度≤0.5NTU，溶解性总固体含量≤200mg/L，总硬度≤25mg/ L，净化后的产水可以直接饮用。该写字楼采用本发明太阳能发电的直饮水净化纳滤膜分离系统，与传统的纳滤膜分离设备相比能够 节电80%以上，直接运行成本仅为0.21元/吨水，节能效果显著。
权利要求
1.一种太阳能发电的直饮水净化系统，其特征在于包括太阳能电池、蓄电池、太 阳能控制器、逆变器和膜分离设备，太阳能控制器分别与太阳能电池和蓄电池相连，太 阳能电池产生的电能首先进入太阳能控制器，经数字化调节后再进入蓄电池对其充电， 蓄电池放电时产生的电流也先流入太阳能控制器，经数字化调节后输出，逆变器选用正 弦波逆变器或方波逆变器，分别与太阳能控制器和膜分离设备相连，太阳能控制器调节 后输出的电流进入逆变器，将直流电转换为交流电，然后输送到膜分离设备；当蓄电池 内电量不足时，逆变器自动切换到市电直通状态，将市电提供的交流电输送到膜分离设 备，膜分离设备采用微滤、超滤、纳滤或反渗透膜组件，利用交流电驱动运行，将原水 处理成为健康的优质直饮水。
2.根据权利要求1所述的太阳能发电的直饮水净化系统，其特征在于太阳能电池 选用单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池或非晶硅薄膜太阳能电池，通过光电效 应将光能转化成电能，并送往蓄电池给蓄电池充电。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能发电的直饮水净化系统，其特征在于蓄电池选 用铅酸蓄电池、镍-氢蓄电池或锂电池，储备太阳能电池白天工作所产生的电能。
全文摘要
一种太阳能发电的直饮水净化系统，包括太阳能电池、蓄电池、太阳能控制器、逆变器和膜分离设备。太阳能控制器分别与太阳能电池和蓄电池相连，太阳能电池产生的电能首先进入太阳能控制器，经数字化调节后再进入蓄电池对其充电，蓄电池放电时产生的电流也先流入太阳能控制器，通过逆变器将蓄电池输出的直流电转换为交流电，方便直饮水净化处理中交流机电设备使用，并且能够在蓄电池电力不足时自动切换到市电，在连续阴雨天气的情况下同样保证直饮水净化设备的正常运行。膜分离设备可以去除水中的有机污染物、重金属离子、细菌、病毒等有害物质，出水水质稳定，能够得到优质、健康的直饮水。应用本系统，节能，清洁，并可得到优质直饮水。
文档编号H02J7/00GK102020338SQ200910186060
公开日2011年4月20日 申请日期2009年9月18日 优先权日2009年9月18日
发明者廖志民, 曹解军, 杨圣云, 蒋幸福, 郭景奎 申请人:江西金达莱环保研发中心有限公司