CN104320045A - 海面复合浮力材料上的光伏发电与潮汐能发电互补的电站 - Google Patents
海面复合浮力材料上的光伏发电与潮汐能发电互补的电站 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及海面复合浮力材料上的光伏发电与潮汐能发电互补的电站，属于太阳能电池漂浮发电应用技术领域。在海岸外修筑围堤，在围堤上建造配电站、涨潮进水闸和潮汐能发电站，在涨潮进水闸后方的水面上漂浮有PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料平台甲，从安装在PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料平台甲上的太阳能电池甲的组件输出的电流通过导电线输入电动机，给涨潮进水闸上的电动机提供动力，在潮汐能发电站后方、配电站附近的浅海水面上漂浮有PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料平台乙，从安装在PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料平台乙上的太阳能电池乙的组件输出的电流和潮汐能发电站输出的电流分别通过漂浮输电电缆输送到配电站。
Description
技术领域
本发明涉及海面复合浮力材料上的光伏发电与潮汐能发电互补的电站，属于太阳能电池漂浮发电应用技术领域。
背景技术
2014年10月23日至25日京津冀地区遭受到2014年10月第三次雾霾侵袭。10月以来空气重污染影响10省56万平方公里，10月25日晚，海南航空公司上海飞北京的航班HU7602，因北京雾霾太重无法降落，一个多小时后，降落济南机场，由于雾霾干扰，多个国际航班和国内航班被迫取消、延误、备降。治理雾霾的根本措施是控制排放、减少排放直至停止排放，长期燃烧化石燃料向空气中大量排放二氧化碳和污染物已在世界上多个国家造成程度不同的雾霾。
人类社会的生产和生活需要大量的电力供应。发电的类型有太阳能发电、风力发电、潮汐能发电、波浪能发电、水力发电、沼气发电、摩擦力发电、燃气发电、燃油发电、燃煤发电等。有一些地区的现实情况是：污染环境的、燃烧化石燃料发电的规模搞得相当大，不污染环境的、用清洁能源发电的规模搞得相当小，人们在发展经济的时候，忽略了环境成本的计算，实际上，治理雾霾、修复生态环境需要投入更多的人力、物力和财力。为了保护环境，现在已经到了加快发展不向空气中排放二氧化碳和污染物的太阳能发电、风力发电、潮汐能发电、水力发电等清洁能源发电的关键时刻。
2014年5月26日世界气象组织发布新闻公报称，2014年4月北半球大气中月均二氧化碳浓度首次超过400PPM，必须采取紧急行动遏制新增碳排放，工业化以前全球二氧化碳浓度为278PPM，2012年上升到393.1PPM，造成大气中二氧化碳浓度和污染物浓度升高的主要原因是人类社会过多的排放，由于大气层承载碳排放和污染物的能力是有限度的，减少排放直至停止排放已刻不容缓。近年来，中国东部沿海的辽宁省、河北省、山东省、江苏省、浙江省、福建省、广东省频繁遭受雾霾侵袭，沿海地区工业发达，房地产开发多，土地资源越来越紧缺，除了沿海滩涂地，已经不可能拿出大片的土地来兴建光伏电站，而照射在海洋表面上的太阳光中的光能和海洋潮汐、波浪中蕴藏的动能和势能都没有用于发电，发电过程中不会造成大气污染的太阳能、潮汐能大量闲置着，这种浪费清洁能源不用于发电，又不顾大气承受的能力使用化石能源发电的局面应当早日改变。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供海面复合浮力材料上的光伏发电与潮汐能发电互补的电站。
2013年和2014年江苏省民间优秀发明人缪同春连续两年到上海参加国际海洋技术与工程设备展览会，并被录选为蓝鲸俱乐部成员。在每年的三天会议期间，缪同春与中国国家***干部、海洋科研院所、高校科技人员、国外海洋企业和国内海洋企业的专家进行了广泛的交流，得知中国目前还没有建造海面漂浮光伏电站，潮汐能发电站在浙江省、福建省各有一个示范项目，海洋可再生能源的开发刚刚开始。缪同春向参加会议的上海海洋大学教授、中国‘蛟龙号’第一副总设计师崔维成谈到‘大搞水面漂浮光伏发电’的想法，崔维成鼓励缪同春说：‘这个想法很好’。根据缪同春的计算，海洋总面积占地球表面积的70％，在大面积的海洋上实现漂浮光伏发电，才能满足人类社会的用电需求，才能停止燃煤发电，有效缓解大气层中的雾霾危害，加上开发和利用潮汐能发电、波浪能发电和海流能发电，才能明显改善全球的空气质量。
中国的光伏企业已能生产高品质的太阳能电池，并能在陆地上建造成千上万亩面积的陆地上的光伏电站，由于缺少坚固耐用的高性能浮力材料，所以至今未能在海面上建造大面积的漂浮光伏电站。缪同春经过三年的努力，现已筛选到了一种耐海水腐蚀的高性能的PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料，这种新材料在水面上的浮力系数只有0.045—0.05，用一块厚度为12毫米的、用PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料制造的浮块托起一块厚度为2.5毫米的晶硅太阳能电池时，厚度12毫米的浮块的下部有厚度为6毫米的浮块沉没在水面以下，浮块的上部有厚度为6毫米的浮块暴露在水面以上，整个浮块漂浮在水体的表面上，如果太阳能电池组件中还有除了太阳能电池外的零部件需要浮块承受重量，只需要增加浮块的厚度、浮块就能提供更大的浮力。在海面上建造光伏电站比在沙漠中建造光伏电站解决了在太阳能电池表面上冲洗沙尘需要大量用水的难题。有实践经验的人知道，经常有海浪冲刷太阳能电池的表面，降低了太阳能电池表面的温度，在同一纬度地区，太阳能电池能在同等光照条件下增加5％—15％的发电量。太阳能电池及相关的零部件可以镶嵌固定在浮块的上表层里，也可以胶粘固定在浮块的顶部表面上，在太阳能电池的表面上喷涂一层透光率达到95％—99％的透明树脂，可以更好的保护在海水表面上工作的硅太阳能电池，这种新材料的使用寿命和太阳能电池的使用寿命同为25年，用抗紫外线辐射的特种树脂作为PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料平台的周围保护外层在阳光照射的水面上能安全工作25年。这种复合浮力材料已成功应用于深潜器的制造，在海面以下5千米的深海里，这种浮力材料的浮力系数为0.4，耐深海海水的高压力和高盐分。本项专利的发明人缪同春通过实验论证，首先创造用这种坚固的、浮力性能好的、闭孔结构的现代复合浮力材料将晶硅太阳能电池板及组件支撑在海面上进行大规模的光伏发电。
本发明的结构示意图的结构是一座在地势适合的位置建造的复合浮力材料上的光伏发电与潮汐能发电互补的单库单向的电站，在海岸前方的浅海中修筑围堤修建一座单独的水库，在水库内的浅海海水的表面上漂浮有两个平台，在涨潮进水闸后方的海水表面上漂浮PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料平台甲，从PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料平台甲上的太阳能电池甲输出的电流通过导电线、遥控开关输入涨潮进水闸上的电动机，海水涨潮时，管理人员用遥控器指挥遥控开关开启，输入电动机的电能转换成机械能吊起闸门，让高涨的潮水从深海海水区域通过闸门涌进浅海海水区域，抬高浅海海水区域的水位，增加浅海海水区域的水库内蓄积的海水势能，落潮时通过遥控开关闭合断电使涨潮进水闸的闸门落下关闭水道，海水只能从海水水位高的浅海海水区域通过潮汐能发电站的排水闸冲击水轮机发电后流进深海海水区域，潮汐能发电站输出的电流通过漂浮输电电缆输入配电站，在潮汐能发电站后方不远处、配电站附近的浅海海水的水面上漂浮有PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料平台乙，从PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料平台乙上的太阳能电池乙输出的电流通过漂浮输电电缆输入配电站，光伏发电产生的电力和潮汐能发电产生的电力在配电站内汇合后通过对外输电电线对外供电。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
由光伏发电部分和潮汐能发电部分共同组成海面复合浮力材料上的光伏发电与潮汐能发电互补的电站，光伏发电部分包括：安装在PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料平台甲6上的太阳能电池甲5、储能电池甲7、控制器甲8、逆变器甲9、遥控开关10、导电线11，安装在PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料平台乙16上的太阳能电池乙15、储能电池乙17、控制器乙18、逆变器乙19、光敏自控开关20、漂浮输电电缆23，潮汐能发电包括：海岸1和围堤2包围的围有浅海海水3的水库，在围堤2的外面有深海海水4，在围堤2上的近海岸1处设有配电站21，在配电站21上连接有对外输电电线24，在围堤2上面临深海海水4的左侧围堤2上设有潮汐能发电站22，在围堤2上面临深海海水4的右侧围堤2上设有涨潮进水闸12，在涨潮进水闸12上设有电动机13和进水闸门14；
在涨潮进水闸12后方不远处的浅海海水3的水面上漂浮有PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料平台甲6，在PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料平台甲6的表面上的左侧安装太阳能电池甲5、右侧安装储能电池甲7、控制器甲8、逆变器甲9、遥控开关10、导电线11，在潮汐能发电站22后方不远处、配电站21附近的浅海海水3的水面上漂浮有PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料平台乙16，在PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料平台乙16的表面上的右侧安装太阳能电池乙15、左侧安装储能电池乙17、控制器乙18、逆变器乙19、光敏自控开关20；
太阳能电池甲5通过导电线11与控制器甲8连接，控制器甲8通过导电线11与储能电池甲7连接，控制器甲8通过导电线11与逆变器甲9连接，逆变器甲9通过导电线11与遥控开关10连接，遥控开关10通过导电线11与涨潮进水闸12上的电动机13连接，太阳能电池乙15通过导电线11与控制器乙18连接，控制器乙18通过导电线11与储能电池乙17连接，控制器乙18通过导电线11与逆变器乙19连接，逆变器乙19通过导电线11与光敏自控开关20连接，光敏自控开关20通过漂浮输电电缆23与配电站21连接，潮汐能发电站22通过漂浮输电电缆23与配电站21连接。
太阳能电池甲5和太阳能电池乙15是单晶硅太阳能电池或多晶硅太阳能电池或非晶硅薄膜太阳能电池或非晶硅∕微晶硅双叠层太阳能电池或铜铟镓硒薄膜太阳能电池或碲化镉薄膜太阳能电池或砷化镓薄膜太阳能电池或染料敏化太阳能电池。
潮汐能发电站22是单库单向潮汐能发电站或单库双向潮汐能发电站或双库双向潮汐能发电站。
储能电池甲7和储能电池乙17是锂离子电池或镍镉电池或镍氢电池或钠硫电池或锌—空电池或氧化还原液流电池或铅酸电池或锂—碘电池或银—碘电池或燃料电池。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：①实现了使用清洁能源发电零排放的目标，光伏发电的过程中零排放，潮汐能发电的过程中也是零排放，这两种发电类型都不向空气中排放二氧化碳和污染物，有利于减轻雾霾，保护环境。②海水漂浮光伏发电可以大规模进行，潮汐能发电也可以在沿海岸线的许多地区结合围垦和海水种植、海水养殖以多种形式加以推广，这两种无污染的发电类型结合在一起，可以改善沿海地区的空气质量，减少大气污染。③PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料耐海水腐蚀，使用寿命长，坚固耐用，质地轻巧，在海水中的上浮力强。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
在海岸外修筑围堤，在围堤上建造配电站、涨潮进水闸和潮汐能发电站，在涨潮进水闸后方的水面上漂浮有PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料平台甲，从安装在PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料平台甲上的太阳能电池甲的组件输出的电流通过导电线输入电动机，给涨潮进水闸上的电动机提供动力，在潮汐能发电站后方、配电站附近的浅海水面上漂浮有PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料平台乙，从安装在PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料平台乙上的太阳能电池乙的组件输出的电流和潮汐能发电站输出的电流分别通过漂浮输电电缆输送到配电站。
下面本发明将结合附图中的实施例作进一步描述：
由光伏发电部分和潮汐能发电部分共同组成海面复合浮力材料上的光伏发电与潮汐能发电互补的电站，光伏发电部分包括：安装在PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料平台甲6上的太阳能电池甲5、储能电池甲7、控制器甲8、逆变器甲9、遥控开关10、导电线11，安装在PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料平台乙16上的太阳能电池乙15、储能电池乙17、控制器乙18、逆变器乙19、光敏自控开关20、漂浮输电电缆23，潮汐能发电包括：海岸1和围堤2包围的围有浅海海水3的水库，在围堤2的外面有深海海水4，在围堤2上的近海岸1处设有配电站21，在配电站21上连接有对外输电电线24，在围堤2上面临深海海水4的左侧围堤2上设有潮汐能发电站22，在围堤2上面临深海海水4的右侧围堤2上设有涨潮进水闸12，在涨潮进水闸12上设有电动机13和进水闸门14；
在涨潮进水闸12后方不远处的浅海海水3的水面上漂浮有PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料平台甲6，在PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料平台甲6的表面上的左侧安装太阳能电池甲5、右侧安装储能电池甲7、控制器甲8、逆变器甲9、遥控开关10、导电线11，在潮汐能发电站22后方不远处、配电站21附近的浅海海水3的水面上漂浮有PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料平台乙16，在PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料平台乙16的表面上的右侧安装太阳能电池乙15、左侧安装储能电池乙17、控制器乙18、逆变器乙19、光敏自控开关20；
太阳能电池甲5通过导电线11与控制器甲8连接，控制器甲8通过导电线11与储能电池甲7连接，控制器甲8通过导电线11与逆变器甲9连接，逆变器甲9通过导电线11与遥控开关10连接，遥控开关10通过导电线11与涨潮进水闸12上的电动机13连接，太阳能电池乙15通过导电线11与控制器乙18连接，控制器乙18通过导电线11与储能电池乙17连接，控制器乙18通过导电线11与逆变器乙19连接，逆变器乙19通过导电线11与光敏自控开关20连接，光敏自控开关20通过漂浮输电电缆23与配电站21连接，潮汐能发电站22通过漂浮输电电缆23与配电站21连接。
太阳能电池甲5和太阳能电池乙15是单晶硅太阳能电池或多晶硅太阳能电池或非晶硅薄膜太阳能电池或非晶硅∕微晶硅双叠层太阳能电池或铜铟镓硒薄膜太阳能电池或碲化镉薄膜太阳能电池或砷化镓薄膜太阳能电池或染料敏化太阳能电池。
潮汐能发电站22是单库单向潮汐能发电站或单库双向潮汐能发电站或双库双向潮汐能发电站。
储能电池甲7和储能电池乙17是锂离子电池或镍镉电池或镍氢电池或钠硫电池或锌—空电池或氧化还原液流电池或铅酸电池或锂—碘电池或银—碘电池或燃料电池。
太阳光照射安装在PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料平台甲上的太阳能电池甲产生的直流电通过导电线输入控制器甲，从控制器甲输出的直流电通过导电线输入逆变器甲，在逆变器甲内直流电转换成交流电，交流电通过遥控开关、导电线输入电动机，涨潮进水闸的管理人员通过遥控器管理遥控开关，当海水涨潮时，开启遥控开关吊起闸门，让深海海水区域的高水位海水通过涨潮进水闸涌进浅海海水区域，提高浅海海水区域的水位，当海水退潮时，关闭遥控开关放下闸门不让浅海海水区域的高水位海水通过涨潮进水闸回流到深海海水区域，只能从潮汐能发电站的排水闸流向深海海水区域，在流经排水闸时，水流冲击水轮发电机，将海水的动能和势能转换成电能，从潮汐能发电机输出的交流电通过漂浮输电电缆输入配电站，太阳光照射安装在PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料平台乙上的太阳能电池乙产生的直流电通过导电线输入控制器乙，从控制器乙输出的直流电通过导电线输入逆变器乙，在逆变器乙内直流电转换成交流电，交流电通过导电线、光敏自控开关输入配电站，白天，光敏自控开关关闭，从控制器乙输出的直流电通过导电线输入储能电池乙储存电能，夜间，光敏自控开关开启，从储能电池乙输出的直流电通过导电线、控制器乙输入逆变器乙，在逆变器乙内直流电转换成交流电，从逆变器乙输出的交流电通过光敏自控开关和漂浮输电电缆输入配电站，从潮汐能发电站输送来的电流和从太阳能电池乙组件输送来的电流在配电站中汇合后，通过对外输电电线向用电客户输送电流。
由于PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料有很好的浮力性能，可以加工成任意的形状，其本身不渗水，在这种复合浮力材料的长条形圆柱体的中心位置上打孔，让防水导电线穿过长孔，在打孔处的两头涂上防水胶防水，制造成防水导电线周围带有复合浮力材料的漂浮输电电缆，漂浮输电电缆漂浮在水库的水面上，由漂浮输电电缆中心部位的防水导电线输送电流，防水导电线周围的复合浮力材料提供浮力，使漂浮输电电缆能漂浮在水库区域内部的水面上输送电流，方便管理人员维护和管理，这是本发明的又一个创造，这里要说明的是：一、PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料是一种绝缘性能良好的新型复合浮力材料，二、水库区域内没有外部船只进入库区航行或作业。
现举出实施例如下：
实施例一：
在潮汐能丰富的海岸线的浅海区域修筑围堤围成水库，在靠近海岸线的围堤上建造配电站，在面临深海海水区域的右侧围堤上建造涨潮进水闸，在面临深海海水左侧的围堤上建造潮汐能发电站，在涨潮进水闸后方不远处的浅海海水的水面上漂浮有PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料平台甲，从安装在PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料平台甲上的单晶硅太阳能电池甲的组件输出的电流通过导电线输入电动机，给涨潮进水闸上的电动机提供动力，在潮汐能发电站后方不远处，配电站附近的浅海海水水面上漂浮有PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料平台乙，从安装在PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料平台乙上的单晶硅太阳能电池乙的组件输出的电流通过漂浮输电电缆输送到配电站，从潮汐能发电站输出的电流通过漂浮输电电缆输入配电站。
实施例二：
在潮汐能丰富的海岸线的浅海区域修筑围堤围成水库，在靠近海岸线的围堤上建造配电站，在面临深海海水区域的右侧围堤上建造涨潮进水闸，在面临深海海水左侧的围堤上建造潮汐能发电站，在涨潮进水闸后方不远处的浅海海水的水面上漂浮有PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料平台甲，从安装在PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料平台甲上的多晶硅太阳能电池甲的组件输出的电流通过导电线输入电动机，给涨潮进水闸上的电动机提供动力，在潮汐能发电站后方不远处，配电站附近的浅海海水水面上漂浮有PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料平台乙，从安装在PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料平台乙上的多晶硅太阳能电池乙的组件输出的电流通过漂浮输电电缆输送到配电站，从潮汐能发电站输出的电流通过漂浮输电电缆输入配电站。
Claims (4)
1.海面复合浮力材料上的光伏发电与潮汐能发电互补的电站，其特征是，由光伏发电部分和潮汐能发电部分共同组成海面复合浮力材料上的光伏发电与潮汐能发电互补的电站，光伏发电部分包括：安装在PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料平台甲（6）上的太阳能电池甲（5）、储能电池甲（7）、控制器甲（8）、逆变器甲（9）、遥控开关（10）、导电线（11），安装在PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料平台乙（16）上的太阳能电池乙（15）、储能电池乙（17）、控制器乙（18）、逆变器乙（19）、光敏自控开关（20）、漂浮输电电缆（23），潮汐能发电包括：海岸（1）和围堤（2）包围的围有浅海海水（3）的水库，在围堤（2）的外面有深海海水（4），在围堤（2）上的近海岸（1）处设有配电站（21），在配电站（21）上连接有对外输电电线（24），在围堤（2）上面临深海海水（4）的左侧围堤（2）上设有潮汐能发电站（22），在围堤（2）上面临深海海水（4）的右侧围堤（2）上设有涨潮进水闸（12），在涨潮进水闸（12）上设有电动机（13）和进水闸门（14）；
在涨潮进水闸（12）后方不远处的浅海海水（3）的水面上漂浮有PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料平台甲（6），在PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料平台甲（6）的表面上的左侧安装太阳能电池甲（5）、右侧安装储能电池甲（7）、控制器甲（8）、逆变器甲（9）、遥控开关（10）、导电线（11），在潮汐能发电站（22）后方不远处、配电站（21）附近的浅海海水（3）的水面上漂浮有PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料平台乙（16），在PIN结构泡沫复合夹芯浮力基体材料平台乙（16）的表面上的右侧安装太阳能电池乙（15）、左侧安装储能电池乙（17）、控制器乙（18）、逆变器乙（19）、光敏自控开关（20）；
太阳能电池甲（5）通过导电线（11）与控制器甲（8）连接，控制器甲（8）通过导电线（11）与储能电池甲（7）连接，控制器甲（8）通过导电线（11）与逆变器甲（9）连接，逆变器甲（9）通过导电线（11）与遥控开关（10）连接，遥控开关（10）通过导电线（11）与涨潮进水闸（12）上的电动机（13）连接，太阳能电池乙（15）通过导电线（11）与控制器乙（18）连接，控制器乙（18）通过导电线（11）与储能电池乙（17）连接，控制器乙（18）通过导电线（11）与逆变器乙（19）连接，逆变器乙（19）通过导电线（11）与光敏自控开关（20）连接，光敏自控开关（20）通过漂浮输电电缆（23）与配电站（21）连接，潮汐能发电站（22）通过漂浮输电电缆（23）与配电站（21）连接。
2.根据权利要求1所述的海面复合浮力材料上的光伏发电与潮汐能发电互补的电站，其特征是，所述的太阳能电池甲（5）和太阳能电池乙（15）是单晶硅太阳能电池或多晶硅太阳能电池或非晶硅薄膜太阳能电池或非晶硅∕微晶硅双叠层太阳能电池或铜铟镓硒薄膜太阳能电池或碲化镉薄膜太阳能电池或砷化镓薄膜太阳能电池或染料敏化太阳能电池。
3.根据权利要求1所述的海面复合浮力材料上的光伏发电与潮汐能发电互补的电站，其特征是，所述的潮汐能发电站（22）是单库单向潮汐能发电站或单库双向潮汐能发电站或双库双向潮汐能发电站。
4.根据权利要求1所述的海面复合浮力材料上的光伏发电与潮汐能发电互补的电站，其特征是，所述的储能电池甲（7）和储能电池乙（17）是锂离子电池或镍镉电池或镍氢电池或钠硫电池或锌—空电池或氧化还原液流电池或铅酸电池或锂—碘电池或银—碘电池或燃料电池。
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