CN116232215A - 一种光伏发电装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光伏发电装置及方法，属于光伏发电领域，所述光伏发电装置包括含有透光面的光伏发电反应器、聚光器光照组件和外加电场***；所述聚光器光照组件包括太阳能聚光锥和使太阳光照射到所述太阳能聚光锥上的反光镜；所述太阳能聚光锥的聚光面朝向所述光伏发电反应器的透光面；所述外加电场***包括正电场金属板和负电场金属板，所述正电场金属板设置于所述光伏发电反应器和所述太阳能聚光锥之间，所述负电场金属板设置于所述光伏发电反应器的底部；所述光伏发电反应器的内部设置有光电转换材料。本发明借助于聚光发电的设计理念，极大地提高了太阳光利用效率和光照强度，简化了光电转化界面和反应单元，获得了优异的光电转化效率。

Description

一种光伏发电装置及方法
技术领域
本发明属于光伏发电领域，具体涉及一种光伏发电装置及方法。
背景技术
将太阳能直接转换为电能的技术称为光伏发电技术，主要是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。
光伏发电技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池的发展阶段可划分为以下三个方面：
1、第一代光伏发电技术，第一代指的是晶体硅光伏发电，分别为单晶硅和多晶硅，也是目前普及最广泛的太阳能发电技术。
2、第二代光伏发电技术，第二代指的是薄膜电池，主要品种有非晶、纳米晶、微晶等硅薄膜，铜铟镓硒等组成的薄膜以及钙钛矿型薄膜电池等。例如CN208062063U公开了一种采用晶硅电池与铜铟镓硒薄膜电池的混合光伏发电***，它包括晶硅电池组件、铜铟镓硒薄膜电池组件，所述的晶硅电池组件由多晶硅电池或单晶硅电池通过串并联构成，所述的铜铟镓硒薄膜电池组件由铜铟镓硒铜铟镓硒薄膜电池通过串并联构成，所述的晶硅电池组件和铜铟镓硒薄膜电池组件通过串联或并联形成光伏发电单元，所述的光伏发电单元配置储能装置、光伏控制器和离网电源，形成独立的具有储能能力的离网发电***；或配置汇流装置和并网逆变器，形成并网分布式发电***。CN110875399B公开了一种宽光谱吸收的薄膜太阳能电池及光伏发电装置；该薄膜太阳能电池包括前电极层、光吸收层、背电极层以及基底层，其中，前电极层远离光吸收层的表面分散分布有非金属材质的微纳米球，该微纳米球的半径为15nm-150nm；背电极层的内部分散分布有金属材质的微纳米半球，该微纳米半球的半径为25nm-250nm，且该微纳米半球与光吸收层之间的间距为10nm-100nm。该光伏发电装置包括太阳能电池组件、控制器、蓄电池组和直流-交流逆变器，太阳能电池组件包括多个电连接的薄膜太阳能电池。CN115411125A公开了一种薄膜太阳能电池及其制备方法、光伏组件、发电设备，薄膜太阳能电池包括：透明衬底、依次设于透明衬底一侧的第一导电层、第一光转换层、第二导电层、依次设于透明衬底另一侧的陷光结构和第二光转换层；第二波长范围的光被第二光转换层吸收并转换为第一波长范围内的光，第一波长范围的光直接透过第二光转换层；经过陷光结构的调整后的光和透过陷光结构的第一波长范围的光，均入射至第一光转换层并被其吸收。虽然光电转化效率已经有很大提升，但是，这种结构接收太阳光的能量较低，单位面积只能吸收一个太阳光光照强度，光电转化效率提升空间不大，制约了具有高效光电转化效率潜力的光伏材料的性能发挥。同时，对于硅系光伏材料，需要高温过程，制备成本高；对于目前热门的有机或者钙钛矿性光伏材料，产品的放大是一个难点，并且产品稳定性差，容易受到水与氧的侵蚀而导致光电转化性能下降。
3、第三代光伏发电技术，也即聚光发电技术，根据爱因斯坦的光电定律，发电量和光的强度成正比，聚光可以多发电。均匀聚光，是近几年发展起来的新技术，叫无光像自适应光学，通过这样的聚光，可以大大提高电池的转化率。但是，该聚光发电技术并不适用于目前成熟的光伏电池材料，比如单晶硅、多晶硅以及钙钛矿材料。并且，这种聚光发电技术还未出现成熟产品。
因此，如何利用聚光发电的设计理念，以实现光电转换，获得较高的光电转化效率，是亟待解决的技术难题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种光伏发电装置及方法。本发明借助于聚光发电的设计理念，设计了一种聚光光伏发电装置，极大地提高了太阳光利用效率和光照强度，也极大地简化了光电转化界面和反应单元，并且利用新型光电转换材料，显著提高了光电转化效率。该装置构造简单，成本较低，适用于多种地形以及各种光照条件，具备工业化应用的潜力。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种光伏发电装置，所述光伏发电装置包括含有透光面的光伏发电反应器、聚光器光照组件和外加电场***；
所述聚光器光照组件包括太阳能聚光锥和使太阳光照射到所述太阳能聚光锥上的反光镜；
所述太阳能聚光锥的聚光面朝向所述光伏发电反应器的透光面；
所述外加电场***包括正电场金属板和负电场金属板，所述正电场金属板设置于所述光伏发电反应器和所述太阳能聚光锥之间，所述负电场金属板设置于所述光伏发电反应器的底部；
所述光伏发电反应器的内部设置有光电转换材料。
本发明借助于聚光发电的设计理念，设计了一种聚光光伏发电装置，极大地提高了太阳光利用效率和光照强度，也极大地简化了光电转化界面和反应单元，并且利用新型光电转换材料，显著提高了光电转化效率。该装置构造简单，成本较低，适用于多种地形以及各种光照条件，具备工业化应用的潜力。
本发明中，外加电场***用于电子的定向导出，提升光电转化效率。
本发明对聚光器光照组件的材质不作限定，示例性的，太阳能聚光锥可以是铝质板材，反光镜可以是铝质板材。本发明对外加电场***的来源不作限定，可以是市售的太阳能光伏电池电路***。
本发明中，对光伏发电反应器的内壁不作限定，示例性的，光伏发电反应器的内壁可以用铝箔覆盖；对光伏发电反应器的尺寸不作限定，示例性的，例如可以是受光面积为6×6cm2的反应器，也可以是受光面直径为1~2m的反应器。
作为本发明一种优选的技术方案，所述太阳能聚光锥设置于所述光伏发电反应器的正上方。
优选地，所述太阳能聚光锥选自聚光镜。
优选地，所述反光镜的数量为10-100000面，例如可以是10面、100面、200面、300面、400面、500面、600面、700面、800面、900面、1000面、10000面、30000面、40000面或100000面等。但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述反光镜均匀设置在所述光伏发电反应器的周边。
本发明中，通过添加10-100000面的反光镜，可以使得太阳光聚集化后的光照强度为标准太阳能强度的10-100000倍，极大地提高了太阳光利用效率和光照强度，也极大地简化了光电转化界面和反应单元，有利于高效光电转化。
作为本发明一种优选的技术方案，所述外加电场***的外加电压为110-4000V，例如可以是110V、130V、150V、170V、190V、210V、220V、500V、1000V、2000V、3000V或4000V等，优选为110-220V。
本发明中，通过控制电场的外加电压可以控制电场强度，若外加电压过小，则不利于电子导出，光电转化效率低；若外加电压过大，则容易导致电子与空穴复合，光电转化效率低。
优选地，所述正电场金属板和负电场金属板的材质独立地选自铜、钢或铝中的任意一种。
优选地，所述正电场金属板到光伏发电反应器顶面的距离与所述负电场金属板到光伏发电反应器底面的距离的比值为1:(1-3)，例如可以是1:1、1:1.5、1:2、1:2.5或1:3等。
作为本发明一种优选的技术方案，所述光伏发电反应器为一体式结构，所述光伏发电反应器的内壁至少一侧镶嵌有光电转换材料，优选为光伏发电反应器的内壁顶部镶嵌有光电转换材料，
或者，所述光伏发电反应器包括顶部开口的容器和设置于所述开口处的透光盖，所述容器的内壁至少一侧或所述透光盖靠近容器一侧的内表面镶嵌有光电转换材料。
优选地，所述透光盖的材质为石英玻璃材质。
优选地，靠近所述光伏发电反应器的底部设置有搅拌器。
作为本发明一种优选的技术方案，所述光电转换材料包括多面体钛酸锶催化剂和/或多面体钛酸锶复合催化剂。
需要说明的是，所述多面体钛酸锶催化剂为纯多面体钛酸锶，不含助催化剂，所述多面体钛酸锶复合催化剂由多面体钛酸锶和助催化剂复合而成。
优选地，所述多面体钛酸锶催化剂包括十八面体钛酸锶催化剂和/或二十六面体钛酸锶催化剂。
本发明中，钛酸锶是一种耐高温、高紫外光吸收效率的光催化材料，具有合适的带隙、价带和导带值，通过负载助催化剂作为活性位点，可进一步提高光电子与光空穴的分离效率，提高光电转化效率。因此采用多面体钛酸锶进行光电转换，可以充分的发挥多面体钛酸锶的独特光电转化性能，有效提高光电转换效率。
优选地，所述多面体钛酸锶复合催化剂担载Rh金属化合物和Co金属化合物作为助催化剂。
优选地，所述多面体钛酸锶复合催化剂包括十八面体钛酸锶复合催化剂和/或二十六面体钛酸锶复合催化剂。
作为本发明一种优选的技术方案，所述多面体钛酸锶复合催化剂的制备方法包括以下步骤：
（1）将钛酸锶和卤化锶混合，热处理后得到多面体钛酸锶催化剂；
（2）利用逐步光沉积法制备多面体钛酸锶复合催化剂，所述逐步光沉积法的具体步骤包括：
（a）将铑源溶液和所述多面体钛酸锶催化剂混合，光照后得到第一混合液；
（b）将钴源溶液和所述第一混合液混合，光照后得到第二混合液；
（c）将所述第二混合液进行热处理，得到所述多面体钛酸锶及其复合催化剂。
作为本发明一种优选的技术方案，步骤（1）所述钛酸锶和卤化锶的质量比为1:(2-6)，例如可以是1:2、1:2.5、1:3、1:3.5、1:4、1:4.5、1:5、1:5.5或1:6等。但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，若钛酸锶和卤化锶的质量比过小，即卤化锶的用量过大，则得到的多面体钛酸锶粒径分布不均匀，形貌不规则；若钛酸锶和卤化锶的质量比过大，即卤化锶的用量过小，则多面钛酸锶的转化率低，形貌不规则。
优选地，步骤（1）所述卤化锶包括氯化锶、溴化锶或碘化锶中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，步骤（1）所述热处理的温度为800-1200℃，例如可以是800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃或1200℃等。但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤（1）所述热处理的时间为5-10h，例如可以是5h、6h、7h、8h、9h或10h等。但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明一种优选的技术方案，步骤（a）所述铑源溶液中的铑源包括氯化铑。
优选地，步骤（b）所述钴源溶液中的钴源包括硝酸钴。
优选地，所述铑源溶液和所述钴源溶液的浓度独立地为2-4mg/mL，例如可以是2mg/mL、2.2mg/mL、2.4mg/mL、2.6mg/mL、2.8mg/mL、3mg/mL、3.2mg/mL、3.4mg/mL、3.6mg/mL、3.8mg/mL或4mg/mL等。但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
需要说明的是，本发明中，“独立地”指的是铑源溶液的浓度为2-4mg/mL，钴源溶液的浓度为2-4mg/mL，二者的浓度选择互不影响，可以选择相同的浓度，也可以选择不同的浓度。本发明中，“独立地”皆与此同理。
本发明中，对铑源溶液和钴源溶液的溶剂不作限定，示例性的，例如可以是水。
优选地，所述铑源溶液、所述铬源溶液和所述钴源溶液的体积比为(10-50):(10-20)，其中，铑源溶液的选择范围“10-50”例如可以是10、20、30、40或50等，钴源溶液的选择范围“10-20”例如可以是10、12、14、16、18或20等。但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤（a）所述混合和步骤（b）所述混合的过程中均伴有搅拌。
优选地，步骤（a）所述混合的方式包括：
将多面体钛酸锶纳米颗粒分散在水中，得到分散液，将所述分散液和铑源溶液混合；
优选地，所述分散液的浓度为0.5-2mg/mL，例如可以是0.5mg/mL、0.7mg/mL、0.9mg/mL、1mg/mL、1.5mg/mL或2mg/mL等。但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤（a）所述光照和步骤（b）所述光照的光源均为氙灯。
优选地，步骤（a）所述光照和步骤（b）所述光照的时间独立地为5-10min，例如可以是5min、6min、7min、8min、9min或10min等。但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤（c）所述热处理的过程包括一级加热和二级加热。
优选地，所述一级加热的方式包括水浴加热。
优选地，所述一级加热的温度为50-90℃，例如可以是50℃、60℃、70℃、80℃或90℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述二级加热的气氛为空气气氛。
优选地，所述二级加热的温度为350-550℃，例如可以是350℃、400℃、450℃、500℃或550℃等。但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述二级加热的时间为1-2h，例如可以是1h、1.2h、1.4h、1.6h、1.8h或2h等。但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
第二方面，本发明提供一种光伏发电的方法，所述方法采用如第一方面所述的光伏发电装置；
所述方法包括以下步骤：
（Ⅰ）向光伏发电反应器中加入光伏发电的原料；
（Ⅱ）外加电场***接通电源，使电极板处于通电状态；
（Ⅲ）利用反光镜将太阳光反射到太阳能聚光锥上，将太阳光聚集化后，投射到光伏发电反应器中进行光伏发电。
作为本发明一种优选的技术方案，步骤（Ⅰ）所述光伏发电的原料包括离子液体和光电转换材料。
优选地，步骤（Ⅰ）所述光伏发电的原料中，所述光电转换材料的浓度为1-9000mg/mL，例如可以是1mg/mL、12mg/mL、140mg/mL、1600mg/mL、8800mg/mL或9000mg/mL等。但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，若光电转换材料的浓度过低，则导出的电子较少，光电转化效率低；若光电转换材料的浓度过高，则电子与空穴复合率高，光电转化效率低。
优选地，步骤（Ⅱ）所述离子液体包括咪唑磷酸盐类离子液体、N-烷基-N-甲基吡咯烷类离子液体或四乙基铵季铵类离子液体中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述咪唑磷酸盐类离子液体包括1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二氢盐、1-乙基-3-甲基咪唑二乙基磷酸盐或1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐中的任意一种或至少两种的组合。
本发明所述的数值范围不仅包括上述列举的点值，还包括没有列举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明借助于聚光发电的设计理念，设计了一种聚光光伏发电装置，极大地提高了太阳光利用效率和光照强度，也极大地简化了光电转化界面和反应单元，并且利用光电转换材料，显著提高了光电转化效率。该装置构造简单，成本较低，适用于多种地形以及各种光照条件，具备工业化应用的潜力。
（2）本发明提供的聚光光伏发电装置的聚光发电原理简单，过程简易，原料易得且成本较低。
（3）本发明提供的聚光光伏发电装置在100倍的聚光条件下，光电转化效率可以达到35%以上。
附图说明
图1为本发明一个具体实施方式中提供的聚光光伏发电装置的示意图。
图2为本发明一个具体实施方式中提供的光伏发电反应器的示意图。
其中，1-光伏发电反应器；2-太阳能聚光锥；3-反光镜；4-外加电场***；5-正电场金属板；6-负电场金属板；7-顶部开口的容器；8-透光盖；9-光电转换材料；10-搅拌器。
具体实施方式
需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
在一个具体的实施方式中，本发明提供一种光伏发电装置，所述光伏发电装置如图1所示，所述光伏发电装置包括光伏发电反应器1、聚光器光照组件和外加电场***4，所述光伏发电反应器1如图2所示，所述聚光器光照组件包括太阳能聚光锥2和使太阳光照射到所述太阳能聚光锥上的反光镜3；
所述太阳能聚光锥2的聚光面朝向所述光伏发电反应器1的透光面；
所述外加电场***4包括正电场金属板5和负电场金属板6，所述正电场金属板5设置于所述光伏发电反应器1和所述太阳能聚光锥2之间，所述负电场金属板6设置于所述光伏发电反应器1的底部；
所述光伏发电反应器1的内部设置有光电转换材料9。
本发明借助于聚光发电的设计理念，设计了一种聚光光伏发电装置，极大地提高了太阳光利用效率和光照强度，也极大地简化了光电转化界面和反应单元，并且利用新型光电转换材料9，显著提高了光电转化效率。该装置构造简单，成本较低，适用于多种地形以及各种光照条件，具备工业化应用的潜力。
本发明中，外加电场***4用于电子的导出，提升光电转化效率。
本发明对聚光器光照组件的材质不作限定，示例性的，太阳能聚光锥2可以是铝质板材，反光镜3可以是铝质板材。本发明对外加电场***4的来源不作限定，可以是市售的太阳能光伏电池电路***。
本发明中，对光伏发电反应器1的内壁不作限定，示例性的，光伏发电反应器1的内壁可以用铝箔覆盖；对光伏发电反应器1的尺寸不作限定，示例性的，例如可以是受光面积为6x6cm2的反应器，也可以是直径为1~2m的反应器。
进一步地，所述太阳能聚光锥2设置于所述光伏发电反应器1的正上方。
进一步地，所述太阳能聚光锥2选自聚光镜。
进一步地，所述反光镜3的数量为100-100000面，例如可以是10面、100面、200面、300面、400面、500面、600面、700面、800面、900面、1000面、10000面、30000面、40000面或100000面等。但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
进一步地，所述反光镜3均匀设置在所述光伏发电反应器1的周边。
本发明中，通过添加10-100000面的反光镜3，可以使得太阳光聚集化后的光照强度为标准太阳能强度的10-100000倍，极大地提高了太阳光利用效率和光照强度，也极大地简化了光电转化界面和反应单元，有利于高效光电转化。
进一步地，所述外加电场***4的外加电压为110-4000V，例如可以是110V、130V、150V、170V、190V、210V、220V、500V、1000V、2000V、3000V或4000V等，优选为110-220V。
本发明中，通过控制电场的外加电压可以控制电场强度，若外加电压过小，则不利于电子导出，光电转化效率低；若外加电压过大，则容易导致电子与空穴复合，光电转化效率低。
进一步地，所述正电场金属板5和负电场金属板6的材质独立地选自铜、钢或铝中的任意一种。
进一步地，所述正电场金属板5到光伏发电反应器1顶面的距离与所述负电场金属板6到光伏发电反应器1底面的距离的比值为1:(1-3)，例如可以是1:1、1:1.5、1:2、1:2.5或1:3等。
进一步地，所述光伏发电反应器1为一体式结构，所述光伏发电反应器1的内壁至少一侧镶嵌有光电转换材料9，优选为光伏发电反应器1的内壁顶部镶嵌有光电转换材料9，
或者，所述光伏发电反应器1包括顶部开口的容器7和设置于所述开口处的透光盖8，所述容器的内壁至少一侧或所述透光盖8靠近容器一侧的内表面镶嵌有光电转换材料9。
进一步地，所述透光盖8的材质为石英玻璃材质。
进一步地，靠近所述光伏发电反应器1的底部设置有搅拌器10。
进一步地，所述光电转换材料9包括多面体钛酸锶催化剂和/或多面体钛酸锶复合催化剂。
需要说明的是，所述多面体钛酸锶催化剂为纯多面体钛酸锶，不含助催化剂，所述多面体钛酸锶复合催化剂由多面体钛酸锶和助催化剂复合而成。
本发明中，钛酸锶是一种耐高温、高紫外光吸收效率的光催化材料，具有合适的带隙、价带和导带值，通过负载助催化剂作为活性位点，可进一步提高光电子与光空穴的分离效率，提高光电转化效率。因此采用多面体钛酸锶进行光电转换，可以充分的发挥多面体钛酸锶的独特光电转化性能，有效提高光电转换效率。
进一步地，所述多面体钛酸锶复合催化剂担载Rh金属化合物和Co金属化合物作为助催化剂。
进一步地，所述多面体钛酸锶复合催化剂包括十八面体钛酸锶复合催化剂和/或二十六面体钛酸锶复合催化剂。
进一步地，所述多面体钛酸锶复合催化剂的制备方法包括以下步骤：
（1）将钛酸锶和卤化锶混合，热处理后得到多面体钛酸锶催化剂；
（2）利用逐步光沉积法制备多面体钛酸锶及其复合催化剂，所述逐步光沉积法的具体步骤包括：
（a）将铑源溶液和所述多面体钛酸锶催化剂混合，光照后得到第一混合液；
（b）将钴源溶液和所述第一混合液混合，光照后得到第二混合液；
（c）将所述第二混合液进行热处理，得到所述多面体钛酸锶及其复合催化剂。
进一步地，步骤（1）所述钛酸锶和卤化锶的质量比为1:(2-6)，例如可以是1:2、1:2.5、1:3、1:3.5、1:4、1:4.5、1:5、1:5.5或1:6等。但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，若钛酸锶和卤化锶的质量比过小，即卤化锶的用量过大，则得到的多面体钛酸锶粒径分布不均匀，形貌不规则；若钛酸锶和卤化锶的质量比过大，即卤化锶的用量过小，则多面钛酸锶的转化率低，形貌不规则。
进一步地，步骤（1）所述卤化锶包括氯化锶、溴化锶或碘化锶中的任意一种或至少两种的组合。
进一步地，步骤（1）所述热处理的温度为800-1200℃，例如可以是800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃或1200℃等。但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
进一步地，步骤（1）所述热处理的时间为5-10h，例如可以是5h、6h、7h、8h、9h或10h等。但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
进一步地，步骤（a）所述铑源溶液中的铑源包括氯化铑。
进一步地，步骤（b）所述钴源溶液中的钴源包括硝酸钴。
进一步地，所述铑源溶液和所述钴源溶液的浓度独立地为2-4mg/mL，例如可以是2mg/mL、2.2mg/mL、2.4mg/mL、2.6mg/mL、2.8mg/mL、3mg/mL、3.2mg/mL、3.4mg/mL、3.6mg/mL、3.8mg/mL或4mg/mL等。但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
需要说明的是，本发明中，“独立地”指的是铑源溶液的浓度为2-4mg/mL，钴源溶液的浓度为2-4mg/mL，二者的浓度选择互不影响，可以选择相同的浓度，也可以选择不同的浓度。本发明中，“独立地”皆与此同理。
本发明中，对铑源溶液和钴源溶液的溶剂不作限定，示例性的，例如可以是水。
进一步地，所述铑源溶液和所述钴源溶液的体积比为(10-50):(10-20)，其中，铑源溶液的选择范围“10-50”例如可以是10、20、30、40或50等，钴源溶液的选择范围“10-20”例如可以是10、12、14、16、18或20等。但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
进一步地，步骤（a）所述混合和步骤（b）所述混合的过程中均伴有搅拌。
进一步地，步骤（a）所述混合的方式包括：
将多面体钛酸锶纳米颗粒分散在水中，得到分散液，将所述分散液和铑源溶液混合；
进一步地，所述分散液的浓度为0.5-2mg/mL，例如可以是0.5mg/mL、0.7mg/mL、0.9mg/mL、1mg/mL、1.5mg/mL或2mg/mL等。但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
进一步地，步骤（a）所述光照和步骤（b）所述光照的光源均为氙灯。
进一步地，步骤（a）所述光照和步骤（b）所述光照的时间独立地为5-10min，例如可以是5min、6min、7min、8min、9min或10min等。但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
进一步地，步骤（c）所述热处理的过程包括一级加热和二级加热。
进一步地，所述一级加热的方式包括水浴加热。
进一步地，所述一级加热的温度为50-90℃，例如可以是50℃、60℃、70℃、80℃或90℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
进一步地，所述二级加热的气氛为空气气氛。
进一步地，所述二级加热的温度为350-550℃，例如可以是350℃、400℃、450℃、500℃或550℃等。但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
进一步地，所述二级加热的时间为1-2h，例如可以是1h、1.2h、1.4h、1.6h、1.8h或2h等。但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其它未列举的数值同样适用。
在另一个具体的实施方式中，本发明提供一种光伏发电的方法，所述方法采用如第一方面所述的光伏发电装置；
所述方法包括以下步骤：
（Ⅰ）向光伏发电反应器1中加入光伏发电的原料；
（Ⅱ）外加电场***4接通电源，使电极板处于通电状态；
（Ⅲ）利用反光镜3将太阳光反射到太阳能聚光锥2上，将太阳光聚集化后，投射到光伏发电反应器1中进行光伏发电。
实施例1
本实施例提供了一种光伏发电的方法，所述方法包括以下步骤：
（1）制备十八面体钛酸锶复合催化剂，具体步骤如下：
（a）将摩尔比为1:4的钛酸锶和氯化锶混合，并于1000℃进行7.5h的热处理后，得到十八面体钛酸锶催化剂；
（b）将十八面体钛酸锶催化剂分散在水中，得到浓度为1mg/mL的分散液，将所述分散液和浓度为3mg/mL的氯化铑溶液混合搅拌，采用氙灯光照7.5min后得到第一混合液；将浓度为3mg/mL的硝酸钴溶液和所述第一混合液混合搅拌，采用氙灯光照7.5min后得到第二混合液；将所述第二混合液进行在80℃进行水浴加热，然后在450℃的空气气氛中加入1.5h，得到所述十八面体钛酸锶复合催化剂；
其中，氯化铑溶液和硝酸钴溶液的体积比为30:15；
（2）向光伏发电反应器中加入离子液体和十八面体钛酸锶复合催化剂；
其中，离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二氢盐，十八面体钛酸锶复合催化剂的浓度为1.5mg/mL；
（3）将外加电场***接通电源，使电极板处于通电状态；
（4）利用500面反光镜将太阳光反射到太阳能聚光锥上，将太阳光聚集化，投射到光伏发电反应器中进行光伏发电；
其中，外加电场***的外加电压为150V。
实施例2
本实施例提供了一种光伏发电的方法，所述方法包括以下步骤：
（1）制备二十六面体钛酸锶复合催化剂，具体步骤如下：
（a）将摩尔比为1:2的钛酸锶和溴化锶混合，并于800℃进行10h的热处理后，得到二十六面体钛酸锶催化剂；
（b）将二十六面体钛酸锶催化剂分散在水中，得到浓度为0.5mg/mL的分散液，将所述分散液和浓度为2mg/mL的氯化铑溶液混合搅拌，采用氙灯光照5min后得到第一混合液；将浓度为2mg/mL的硝酸钴溶液和所述第一混合液混合搅拌，采用氙灯光照5min后得到第二混合液；将所述第二混合液进行在90℃进行水浴加热，然后在350℃的空气气氛中加入2h，得到所述二十六面体钛酸锶复合催化剂；
其中，氯化铑溶液和硝酸钴溶液的体积比为10:20；
（2）向光伏发电反应器中加入离子液体和二十六面体钛酸锶复合催化剂；
其中，离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑二乙基磷酸盐，二十六面体钛酸锶复合催化剂的浓度为2mg/mL；
（3）将外加电场***接通电源，使电极板处于通电状态；
（4）利用1000面反光镜将太阳光反射到太阳能聚光锥上，将太阳光聚集化，投射到光伏发电反应器中进行光伏发电；
其中，外加电场***的外加电压为220V。
实施例3
本实施例提供了一种光伏发电的方法，所述方法包括以下步骤：
（1）制备十八面体钛酸锶复合催化剂，具体步骤如下：
（a）将摩尔比为1:6的钛酸锶和碘化锶混合，并于1200℃进行5h的热处理后，得到十八面体钛酸锶催化剂；
（b）将十八面体钛酸锶催化剂分散在水中，得到浓度为2mg/mL的分散液，将所述分散液和浓度为4mg/mL氯化铑溶液混合搅拌，采用氙灯光照10min后得到的第一混合液；将浓度为4mg/mL的硝酸钴溶液和所述第一混合液混合搅拌，采用氙灯光照10min后得到第二混合液；将所述第二混合液进行在90℃进行水浴加热，然后在550℃的空气气氛中加入1h，得到所述十八面体钛酸锶复合催化剂；
其中，氯化铑溶液和硝酸钴溶液的体积比为50:10；
（2）向光伏发电反应器中加入离子液体和十八面体钛酸锶复合催化剂；
其中，离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐，十八面体钛酸锶复合催化剂的浓度为1mg/mL；
（3）将外加电场***接通电源，使电极板处于通电状态；
（4）利用100面反光镜将太阳光反射到太阳能聚光锥上，将太阳光聚集化，投射到光伏发电反应器中进行光伏发电；
其中，外加电场***的外加电压为110V。
实施例4
本实施例与实施例1的不同之处为，本实施例采用十八面体钛酸锶催化剂作为光电转换材料，即不进行步骤（b）。
其余制备方法和参数与实施例1保持一致。
实施例5
本实施例与实施例1的不同之处为，步骤（a）中钛酸锶和氯化锶的质量比为1:1。
其余制备方法和参数与实施例1保持一致。
实施例6
本实施例与实施例1的不同之处为，步骤（a）中钛酸锶和氯化锶的质量比为1:8。
其余制备方法和参数与实施例1保持一致。
实施例7
本实施例与实施例1的不同之处为，步骤（2）中十八面体钛酸锶复合催化剂的浓度为0.5mg/mL。
其余制备方法和参数与实施例1保持一致。
实施例8
本实施例与实施例1的不同之处为，步骤（2）中十八面体钛酸锶复合催化剂的浓度为2.5mg/mL。
其余制备方法和参数与实施例1保持一致。
实施例9
本实施例与实施例1的不同之处为，步骤（3）所述外加电场***的外加电压为80V。
其余制备方法和参数与实施例1保持一致。
实施例10
本实施例与实施例1的不同之处为，步骤（3）所述外加电场***的外加电压为250V。
其余制备方法和参数与实施例1保持一致。
对比例1
本对比例与实施例1的不同之处为，聚光器光照组件不含有反光镜。
其余制备方法和参数与实施例1保持一致。
对比例2
本对比例与实施例1的不同之处为，光伏发电反应器的内壁不镶嵌十八面体钛酸锶复合催化剂。
其余制备方法和参数与实施例1保持一致。
对比例3
本对比例与实施例1的不同之处为，将聚光器光照组件替换为聚光透镜。
其余制备方法和参数与实施例1保持一致。
性能测试
对上述实施例1-10和对比例1-3提供的光伏发电装置进行光电性能测试，所述测试方法包括：
在光伏发电反应器中，反应溶液内的上下两侧***电极片，作为光伏发电组件的正负极，并接通外部线路连接外部的太阳能电池J-V曲线测试仪器，进行电流电压检测；利用光强计测定光斑的光强度；两者结合测试光伏发电装置的光电转化效率。
光电转化效率的测试结果如表1所示。
表1
Figure SMS_1
分析：
由上表可知，本发明设计的聚光光伏发电装置极大地提高了太阳光利用效率和光照强度，也极大地简化了光电转化界面和反应单元，并且利用光电转换材料，显著提高了光电转化效率。该装置构造简单，成本较低，适用于多种地形以及各种光照条件，具备工业化应用的潜力。
由实施例1与实施例4的数据结果对比可知，若采用十八面体钛酸锶催化剂作为光电转换材料，则光电转化效率降低50%以上。
由实施例1与实施例5-6的数据结果对比可知，钛酸锶和氯化锶的质量比过大，即氯化锶的用量过少，则光电转化效率明显降低；钛酸锶和氯化锶的质量比过小，即氯化锶的用量过多，则光电转化效率明显降低。
由实施例1与实施例7-8的数据结果对比可知，十八面体钛酸锶复合催化剂的浓度过低，则导出的电子较少，光电转化效率明显降低；十八面体钛酸锶复合催化剂的浓度过高，则电子与空穴复合率高，光电转化效率明显降低。
由实施例1与实施例9-10的数据结果对比可知，外加电场***的外加电压过低，则光电转化效率明显降低；外加电场***的外加电压过高，则光电转化效率降低。
由实施例1与对比例1的数据结果对比可知，聚光器光照组件不含有反光镜，则反应器只接受一个太阳光照，从而导致光电转化效率大幅降低。
由实施例1与对比例2的数据结果对比可知，光伏发电反应器的内壁不镶嵌十八面体钛酸锶复合催化剂，则无法充分发挥反应器内壁空间，从而导致光电转化效率降低。
由实施例1与对比例3的数据结果对比可知，将聚光器光照组件替换为聚光透镜，则反应器只接受一个太阳光照，从而导致光电转化效率大幅降低。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的工艺方法，但本发明并不局限于上述工艺步骤，即不意味着本发明必须依赖上述工艺步骤才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种光伏发电装置，其特征在于，所述光伏发电装置包括含有透光面的光伏发电反应器、聚光器光照组件和外加电场***；
所述聚光器光照组件包括太阳能聚光锥和使太阳光照射到所述太阳能聚光锥上的反光镜；
所述太阳能聚光锥的聚光面朝向所述光伏发电反应器的透光面；
所述外加电场***包括正电场金属板和负电场金属板，所述正电场金属板设置于所述光伏发电反应器和所述太阳能聚光锥之间，所述负电场金属板设置于所述光伏发电反应器的底部；
所述光伏发电反应器的内部设置有光电转换材料。
2.根据权利要求1所述的光伏发电装置，其特征在于，所述太阳能聚光锥设置于所述光伏发电反应器的正上方；
所述太阳能聚光锥选自聚光镜的任意一种；
所述反光镜的数量为10-100000面；
所述反光镜均匀设置在所述光伏发电反应器的周边。
3.根据权利要求1所述的光伏发电装置，其特征在于，所述外加电场***的外加电压为110-4000V；
所述正电场金属板和负电场金属板的材质独立地选自铜、钢或铝中的任意一种；
所述正电场金属板到光伏发电反应器顶面的距离与所述负电场金属板到光伏发电反应器底面的距离的比值为1:(1-3)。
4.根据权利要求1所述的光伏发电装置，其特征在于，所述光伏发电反应器为一体式结构，所述光伏发电反应器的内壁至少一侧镶嵌有光电转换材料，或者，
所述光伏发电反应器包括顶部开口的容器和设置于所述开口处的透光盖，所述容器的内壁至少一侧或所述透光盖靠近容器一侧的内表面镶嵌有光电转换材料；
所述透光盖的材质为石英玻璃材质；
靠近所述光伏发电反应器的底部设置有搅拌器。
5.根据权利要求1所述的光伏发电装置，其特征在于，所述光电转换材料包括多面体钛酸锶催化剂和/或多面体钛酸锶复合催化剂；
所述多面体钛酸锶复合催化剂担载Rh金属化合物和Co金属化合物为助催化剂。
6.根据权利要求5所述的光伏发电装置，其特征在于，所述多面体钛酸锶复合催化剂的制备方法包括以下步骤：
（1）将钛酸锶和卤化锶混合，热处理后得到多面体钛酸锶催化剂；
（2）利用逐步光沉积法制备多面体钛酸锶及其复合催化剂，所述逐步光沉积法的具体步骤包括：
（a）将铑源溶液和所述多面体钛酸锶催化剂混合，光照后得到第一混合液；
（b）将钴源溶液和所述第一混合液混合，光照后得到第二混合液；
（c）将所述第二混合液进行热处理，得到所述多面体钛酸锶及其复合催化剂。
7.根据权利要求6所述的光伏发电装置，其特征在于，步骤（1）所述钛酸锶和卤化锶的质量比为1:(2-6)；
步骤（1）所述卤化锶包括氯化锶、溴化锶或碘化锶中的任意一种或至少两种的组合；
步骤（1）所述热处理的温度为800-1200℃；
步骤（1）所述热处理的时间为5-10h。
8.根据权利要求6所述的光伏发电装置，其特征在于，步骤（a）所述铑源溶液中的铑源包括氯化铑；
步骤（b）所述钴源溶液中的钴源包括硝酸钴；
所述铑源溶液和所述钴源溶液的浓度独立地为2-4mg/mL；
所述铑源溶液和所述钴源溶液的体积比为(10-50):(10-20)；
步骤（a）所述混合和步骤（b）所述混合的过程中均伴有搅拌；
步骤（a）所述混合的方式包括：
将多面体钛酸锶纳米颗粒分散在水中，得到分散液，将所述分散液和铑源溶液混合；
所述分散液的浓度为0.5-2mg/mL；
步骤（a）所述光照和步骤（b）所述光照的光源均为氙灯；
步骤（a）所述光照和步骤（b）所述光照的时间独立地为5-10min；
步骤（c）所述热处理的过程包括一级加热和二级加热；
所述一级加热的方式包括水浴加热；
所述一级加热的温度为50-90℃；
所述二级加热的气氛为空气气氛；
所述二级加热的温度为350-550℃；
所述二级加热的时间为1-2h。
9.一种光伏发电的方法，其特征在于，所述方法采用如权利要求1-8任一项所述的光伏发电装置；
所述方法包括以下步骤：
（Ⅰ）向光伏发电反应器中加入光伏发电的原料；
（Ⅱ）外加电场***接通电源，使电极板处于通电状态；
（Ⅲ）利用反光镜将太阳光反射到太阳能聚光锥上，将太阳光聚集化后，投射到光伏发电反应器中进行光伏发电。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤（Ⅰ）所述光伏发电的原料包括离子液体和光电转换材料；
步骤（Ⅰ）所述光伏发电的原料中，所述光电转换材料的浓度为1-9000mg/mL；
步骤（Ⅱ）所述离子液体包括咪唑磷酸盐类离子液体、N-烷基-N-甲基吡咯烷类离子液体或四乙基铵季铵类离子液体中的任意一种或至少两种的组合；
所述咪唑磷酸盐类离子液体包括1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二氢盐、1-乙基-3-甲基咪唑二乙基磷酸盐或1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐中的任意一种或至少两种的组合。
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