一种新型智能化凸透镜与太阳能液流电池联合储能系统

摘要

本发明公开了一种新型智能化凸透镜与太阳能液流电池联合储能系统，涉及电化学转换与储能电池技术领域。凸透镜智能辅助聚光度与液体本身以及流动带来的热量管理，热量引发传质阻力的减小，三者协同作用优势，具体方案为：包括太阳能液流电池，太阳能液流电池包括顺次设置的光电阳极、阳极碳毡电极、离子交换膜、阴极碳毡电极和光电阴极，阳极碳毡电极连接一正极储液装置，阴极碳毡电极连接一负极储液装置。本发明提出了一种新型智能化凸透镜与太阳能液流电池联合转换与储能系统，能够实现对电能的灵活转换‑储存‑释放；凸透镜与太阳能液流电池间距设计与太阳能液流电池联合转换与储能系统达成协同效应，进一步提升了对太阳能的利用率。

权利要求

1.一种新型智能化凸透镜与太阳能液流电池联合储能系统，其特征在于，包括太阳能液流电池，太阳能液流电池包括顺次设置的光电阳极(1)、阳极碳毡电极(2)、离子交换膜(3)、阴极碳毡电极(4)和光电阴极(5)，阳极碳毡电极(2)连接一正极储液装置(7)，阴极碳毡电极(4)连接一负极储液装置(8)，所述正极储液装置(7)和负极储液装置(8)内分别设有第一机械泵(61)和第二机械泵(62)，所述正极储液装置(7)和负极储液装置(8)内分别设有第一温度传感器和第二温度传感器，联合储能系统还包括控制器(9)，控制器(9)分别与第一温度传感器、第二温度传感器、第一机械泵(61)和第二机械泵(62)信号连接；

联合储能系统还包括凸透镜聚光组件(11)，凸透镜聚光组件(11)设置于光源照射至太阳能液流电池的光路上，所述凸透镜聚光组件(11)包括若干焦距不同的镜片，不同的镜片按照太阳能液流电池所受光照强度实现相互切换，不同的镜片均设于一个转动盘上，镜片沿转动盘环形设置，所述凸透镜聚光组件(11)还包括光照强度传感器，光照强度传感器与转动盘均与控制器(9)信号连接。

2.根据权利要求1所述的新型智能化凸透镜与太阳能液流电池联合储能系统，其特征在于，联合储能系统还包括数据显示装置(10)，数据显示装置(10)与控制器(9)信号连接。

3.根据权利要求2所述的新型智能化凸透镜与太阳能液流电池联合储能系统，其特征在于，所述光电阴极(5)和光电阳极(1)均浸设于储液中。

说明书

一种新型智能化凸透镜与太阳能液流电池联合储能系统

技术领域

[0001] 本发明涉及电化学转换与储能电池技术领域，更具体地说，它涉及一种新型智能化凸透镜与太阳能液流电池联合储能系统。

背景技术

[0002] 当前化石燃料的大规模消耗，使得对全球不论是环境污染还是资源短缺都有着不可忽视的巨大影响。为了解决这一问题，开发可再生能源去顺应全球大势“可持续发展”迫
在眉睫。太阳能是未来潜力无限的绿色能源，其资源丰富且不受地理条件所限，目前实现了
太阳能向电能的转化。

[0003] 太阳能发电包括光伏发电和光热发电，就光伏发电而言，其自身间歇性强，波动性大的特征使得其输出功率不稳定，极易受到时间、天气的限制；而光热发电投资成本较高，
不能够大规模普及。

发明内容

[0004] 为解决上述技术问题，本发明提供一种新型智能化凸透镜与太阳能液流电池联合储能系统，通过对太阳光能总光伏能量和光热能量的收集，促进太阳能的转换与储能的能
量利用率。

[0005] 本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

[0006] 一种新型智能化凸透镜与太阳能液流电池联合储能系统，包括太阳能液流电池，太阳能液流电池包括顺次设置的光电阳极、阳极碳毡电极、离子交换膜、阴极碳毡电极和光
电阴极，阳极碳毡电极连接一正极储液装置，阴极碳毡电极连接一负极储液装置。

[0007] 在上述方案中，碳毡电极是一种多孔电极，外部的液体可以泵入至电极中，通过氧化还原反应，将电量储存在液体中的活性物质上，通过太阳能液流电池实现光伏发电的同
时，通过正极储液装置和负极储液装置实现光热发电，进而提高太阳能的发电转换和储能
的效率。

[0008] 作为一种优选方案，正极储液装置和负极储液装置内分别设有第一机械泵和第二机械泵。

[0009] 在上述优选方案中，通过设置第一机械泵和第二机械泵，实现正极储液装置和负极储液装置中的液体流动速度，避免太阳能液流电池热量失控的情况，进而保证在高温下
保持太阳能液流电池的储能效率。

[0010] 作为一种优选方案，正极储液装置和负极储液装置内分别设有第一温度传感器和第二温度传感器，联合储能系统还包括控制器，控制器分别与第一温度传感器、第二温度传
感器、第一机械泵和第二机械泵信号连接。

[0011] 在上述优选方案中，通过第一温度传感器和第二温度传感器，探测正极储液装置和负极储液装置中的温度，并通过控制器对第一机械泵和第二机械泵的控制，在温度升高
时，第一机械泵和第二机械泵加快液体的流动速度，避免温度过高的情况。

[0012] 在上述优选方案中，第一机械泵和第二机械泵能够减缓凸透镜聚光过热对电池造成的损害，同时协同促进电解液溶解度增加，提升电池的能量密度。

[0013] 作为一种优选方案，联合储能系统还包括凸透镜聚光组件，凸透镜聚光组件设置于光源照射至太阳能液流电池的光路上。

[0014] 在上述优选方案中，通过凸透镜组件，将光线进行汇聚，提高光照强度，进而提高太阳能电池的储能效率。

[0015] 作为一种优选方案，凸透镜聚光组件包括若干焦距不同的镜片，不同的镜片按照太阳能液流电池所受光照强度实现相互切换。

[0016] 在上述优选方案中，通过设置不同焦距的镜片，并通过镜片的切换，当处于光照强度较弱的场合时，切换为曲率半径较小，焦距较小的镜片，进而将较弱的太阳光汇集在太阳
能液流电池上，从而保证高的能量利用率；当处于光照强度的较强的场合时，镜片替换为曲
率半径较大，焦距较大的凸透镜材质，防止电池内部的温度过热使得其寿命降低。切换的方
式可采用人工或者自动控制，在自动控制时，可通过设置感光片辅助，接收光照强度的信
号，并作为切换镜片的信号。另一方面，使用凸透镜聚光组件能够对液体本身及流动的热量
进行管理，热量带来液体传质阻力的减小，实现更好的协同作用。

[0017] 作为一种优选方案，不同的镜片均设于一个转动盘上，镜片沿转动盘环形设置。

[0018] 在上述优选方案中，通过转动盘，实现镜片的调节，转动盘可人工调节，可机械调节等方式。

[0019] 作为一种优选方案，凸透镜聚光组件还包括光照强度传感器，光照强度传感器与转动盘均与控制器信号连接。

[0020] 在上述优选方案中，通过光照强度传感器的探测、温度传感器的探测，并通过信号，进而控制转动盘的转动，实现镜片的切换。

[0021] 作为一种优选方案，联合储能系统还包括数据显示装置，数据显示装置与控制器信号连接。

[0022] 在上述优选方案中，数据显示装置用于显示联合储能系统的各个参数的显示，便于对对联合储能系统的整体控制，在提高能量利用率的同时，又保证其使用寿命。

[0023] 作为一种优选方案，光电阴极和光电阳极均浸设于储液中。

[0024] 在上述优选方案中，半导体光电极在光照下受激产生光生电子空穴对并发生分离，光生空穴随着能带弯曲来到电极表面参与氧化反应，而光生电子随外电路传输至对电
极参与还原反应。

[0025] 光电极的用染料分子处理后，其遵循最低未占分子轨道比阳极电位更负，确保足够的氧化驱动力；光电极的最高占据分子轨道比阴极电位更正，电子自发地转移到电解液，
能够有效避免其他电池直流电交流电转换带来的损失。

[0026] 综上所述，本发明具有以下有益效果：

[0027] (1)本发明提出了一种新型智能化凸透镜与太阳能液流电池联合转换与储能系统与传统的太阳能电池相比，能够实现对电能的灵活转换‑储存‑释放，使得太阳能利用的时
效性得到了拓宽。

[0028] (2)本发明利用凸透镜对光线的汇聚作用，通过对凸透镜的材料，曲率半径，焦距大小以及镜片与太阳能液流电池间距设计与太阳能液流电池联合转换与储能系统达成协
同效应，在太阳能液流电池原本的基础上，进一步提升了对太阳能的利用率。

[0029] (3)本发明外置凸透镜智能辅助聚光度与液体本身以及流动带来的热量管理，热量引发传质阻力的减小，三者协同作用优势。

[0030] (4)本发明同时针对性的解决了凸透镜本身易造成的温度过热问题，通过液体本身的比热容可以贮藏热能以及外置机械泵利用温度检测片测温，用温度智能实现对液体流
速的精准控制，免去了制冷系统造成的能耗问题，使得新型凸透镜与太阳能液流电池联合
转换与储能系统稳定化的同时也不造成能源的浪费，符合绿色发展趋势。

[0031] (5)本发明可以使用氧化还原液流电池储存多余的太阳能，以避免电力短缺和不可持续的供应，并将太阳能转移到多云或夜间应用。

[0032] (6)无论是在偏远地区还是农村地区，电池的紧凑设计都具有本地化、高效化的开发利用价值。只要能接收到阳光，这些地区的电费就能大大降低。

[0033] (7)不同器件之间的能量传输损耗将大大降低，不仅大大提高了太阳能的利用效率，而且具有突出的安全环保优势。

[0034] (8)太阳能氧化还原液流电池中的液体电解质可以用作光电极的冷却剂，从而具有集成的热管理能力，以避免像锂离子电池那样的热失控，并在高温下保持较高的电池效
率。

附图说明

[0035] 图1为本发明所述一种新型凸透镜与太阳能液流电池联合转换与储能系统运行示意简图；

[0036] 图2为本发明所述一种新型凸透镜与太阳能液流电池联合转换与储能系统结构组成示意图；

[0037] 附图标记：

[0038] 1、光电阳极；2、阳极碳毡电极；3、离子交换膜；4、阴极碳毡电极；5、光电阴极；61、第一机械泵；62、第二机械泵；7、正极储液装置；8、负极储液装置；9、控制器；10、数据显示装
置；11、凸透镜聚光组件。

具体实施方式

[0039] 本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包括”为一开放
式用语，故应解释成“包括但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人
员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。

[0040] 本说明书及权利要求的上下左右等方向名词，是结合附图以便于进一步说明，使得本申请更加方便理解，并不对本申请做出限定，在不同的场景中，上下、左右、里外均是相
对而言。

[0041] 以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

[0042] 基于一种新型智能化凸透镜与太阳能液流电池联合转换与储能系统，该系统包括凸透镜聚光组件11、太阳能液流电池配置、外置机械泵辅助液体流动配置。

[0043] 进一步地，所述凸透镜聚光组件11，通过调节制备凸透镜材料的透明程度，凸透镜的曲率半径，凸透镜的焦距大小以及镜片与太阳能液流电池相对位置，使其聚光能力调节
到一个合适的位置。

[0044] 进一步地，所述凸透镜聚光组件11，可将光照强度设置几个区域，通过智能识别光照强度进行凸透镜的规律性替换，当处于光照强度的某个较弱的区域时，镜片替换为曲率
半径较小，焦距较小的凸透镜材质，将较弱的太阳光汇集到太阳能液流电池上，从而使太阳
能保持较高的能量利用效率；当处于光照强度的某个较强的区域时，镜片替换为曲率半径
较大，焦距较大的凸透镜材质，防止电池内部的温度过热使得其寿命降低。

[0045] 进一步地，所述凸透镜聚光组件11也不可避免聚光后的最大困难——温度问题。光聚集起来后，如果强度过大，会造成电解液温度过热的现象。

[0046] 进一步地，所述的太阳能液流电池配置中包含太阳光模拟配置、光电阳极1、碳毡电极、正，负极储液罐、机械泵、光电阴极5；离子交换膜3位于负极电极与正极电极之间；正，
负极储液罐中分别存放着不同的氧化还原对的电解液。

[0047] 进一步地，所述电解液温度过热的现象，考虑到采用冷却系统对能源造成的浪费问题，本发明中可通过选取合适的液体电解质作为光电电极的冷却剂，通过液体本身可以
贮藏热能使其具有集成的对热量管理的能力，以避免像锂电池那样的热量失控，可以在高
温下保持电池的高效率；

[0048] 进一步地，在太阳能液流电池配置外部，分别设置2个外置机械泵辅助液体流动配置，其特征在于，所述凸透镜聚光组件11结合了液流电池外置的机械泵辅助液体流动配置，
所述系统中的外置机械泵辅助液体流动配置利用温度检测片通过电脑端去实现智能化自
动实时调节控制流速，减缓凸透镜聚光过热对电池造成的损害。

[0049] 实施例1：本发明的目的是为了集凸透镜的聚光，太阳能液流电池联合转换与储能，以及液体本身和其流动性带来的热量管理三种优势于一体，协同作用从而提高对太阳
能联合转换与储存的能量利用率，提供了一种新型智能化凸透镜与太阳能液流电池联合转
换与储能系统。

[0050] 制备几种适合不同光照强度区域的凸透镜，通过调节制备凸透镜材料的透明程度，凸透镜的曲率半径，凸透镜的焦距大小以及镜片与太阳能液流电池相对位置，使其聚光
能力调节到一个合适的位置。

[0051] 一种新型凸透镜与太阳能液流电池联合转换与储能系统，在太阳光的照射下，通过对光照强度数据库的识别，智能的去更换合适的凸透镜，使得太阳光通过凸透镜得以汇
聚。

[0052] 汇聚后的太阳光提供给光电极半导体使其吸收能量，激发产生载流子即电子‑空穴对，同时，含有活性物质的外部电解液通过机械泵连续不断且稳定地输送到了反应槽中，
电子‑空穴对进入电解液中参与电化学反应，并储存在电池的阴极和阳极电解液槽中，使得
太阳能直接转化为化学能进行充电。由于新型凸透镜与太阳能液流电池联合转换与储能系
统中的电解液是共享的，通过对液流电池的电解液的放电操作，可以随时利用所存储的电
能，实现将太阳能、化学能和电能直接且高效地转换。

[0053] 在此过程中，机械泵辅助液体流动配置利用温度检测片通过电脑端去实现智能化自动实时调节控制流速，减缓凸透镜聚光过热对电池本身造成的损害。

[0054] 对比例1：目前常用的太阳能液流电池的性能优化是基于对光电极以及电极与电解液间能量匹配方面的调节。太阳能液流电池运行时，机械泵的流速，以及太阳光的收集等
方面均是通过人为手动操控，且操控过程受到使用人专业性的影响较大。

[0055] 从实施例1与对比例1相比较可以看出，本发明所述的一种新型凸透镜与太阳能液流电池联合转换与储能系统，不仅能实现对太阳光的灵活应用，而且能相对有效的解决凸
透镜带来的温度过热问题，避免制冷系统运行造成的能源消耗。同时还可以提高新型凸透
镜与太阳能液流电池联合转换与储能系统的使用寿命，快速高效地实现对太阳能联合转换
与储能。

[0056] 本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本
发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。