太陽能光伏-氫儲能發電系統的製作方法

2023-09-21 06:44:15 4

專利名稱：太陽能光伏-氫儲能發電系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及太陽能能源系統，特別是一種太陽能光伏-氫儲能發電系統。
背景技術：
隨著社會發展和人民生活水平、環保意識的提高，尋找環保、可再生能源迫在眉睫。太陽能作為一種潔淨、可再生且資源豐富的能源，有著礦物能源不可比擬的優越性，因而太陽能的開發利用受到了越來越多研究機構的關注。目前太陽能光伏發電儲能方式大多採用了蓄電池蓄能，雖然蓄電池儲能可實現負載全天候連續運行的要求，但是蓄電池儲能本身具有不可忽視的缺陷，其儲能時間短、易漏電、使用壽命短，報廢后其內的硫酸化物汙染環境等。尋找新型更友好的儲能方式解決蓄電池的缺陷是突破口之一。

發明內容
本發明的目的在於提供一種太陽能光伏-氫儲能發電系統，主要解決現有太陽能蓄電池儲能密度低、儲能時間短和蓄電池使用壽命短、易漏電、故障率較高、報廢后汙染環境等技術問題，本發明中的儲能裝置與常規用蓄電池作為儲能設備的太陽能光伏儲能系統相比具有儲能時間長、儲能效率高、運行維護工作量少、省去防反充二極體等優勢；本發明中太陽能光伏電池與電解槽的連接方式為直接耦合連接，這種連接方式與間接連接方式相比省去了最大功率控制器、蓄電池、DC/DC轉換器。因而避免了上述三種器件所帶來的轉換能量損失，以及所增加的線路阻抗，使系統更為簡單、經濟、高效。為實現上述目的，本發明是這樣實現的。一種太陽能光伏-氫儲能發電系統，其特徵在於它包括系統動力源太陽能光伏電池、功率控制分配器、直流負載和由電解槽、儲氫罐、燃料電池組成的儲能再發電裝置；其中太陽能光伏電池的輸出端通過導線與功率分配器的輸入端電連接，功率分配器的I輸出埠通過導線與直流負載的輸入端電連接，II輸出埠通過導線與電解槽的輸入端電連接；太陽能光伏電池與電解槽的容量根據直接耦合連接的匹配原則進行合理匹配，採用由 4片光伏電池並聯而成的光伏電池組與電解槽直接耦合連接；在氫儲能再發電裝置中，電解槽產氫出口通過管路與儲氫罐入口連接，儲氫罐出口通過管路與燃料電池入口連接，燃料電池的輸出端通過導線與直流負載的輸入端電連接。所述的太陽能光伏-氫儲能發電系統，其特徵在於所述的太陽能光伏電池與電解槽的連接方式為直接耦合連接方式。所述的太陽能光伏-氫儲能發電系統，其特徵在於所述的太陽能光伏電池與電解槽的直接耦合連接方式為通過設計匹配由4片光伏電池並聯而成的光伏電池組來滿足電解槽工作電壓、電流要求的一種連接方式。所述的太陽能光伏-氫儲能發電系統，其特徵在於所述的太陽能光伏電池為晶體矽電池或非晶體矽電池。
所述的太陽能光伏-氫儲能發電系統，其特徵在於所述的電解槽為鹼性電解槽、 固體氧化物電解槽或質子交換膜電解槽。所述的太陽能光伏-氫儲能發電系統，其特徵在於所述的儲氫罐為金屬合金儲氫罐或納米碳管儲氫罐。所述的太陽能光伏-氫儲能發電系統，其特徵在於所述的燃料電池為鹼性燃料電池、固體氧化物燃料電池或質子交換膜燃料電池。所述的太陽能光伏-氫儲能發電系統，其特徵在於所述的直流負載為使用直流電工作的用電器(比如直流壓縮機冰箱、LED燈等)。本發明以製取氫氣儲能替代蓄電池儲能，主要有以下優越性第一，無論是金屬合金儲氫還是納米碳管儲氫，其能量密度均遠高於蓄電池；第二，氫的儲存基本沒有時間限制，而蓄電池如長時間蓄電，必須考慮硫酸化和自放電問題；第三，金屬儲氫罐及納米碳管儲氫罐的維護工作量極少，維護周期以若干年計，而蓄電池的維護工作量大，使用壽命不長。本發明系統基於環境友好和利用可再生能源的兩大理念，衝破了依賴以破壞環境、向自然界大量索取不可再生能源發展模式的束縛，因而可在擁有豐富太陽能資源的偏遠地區、 島嶼等市電無法到達的地方推廣使用。本發明與傳統太陽能光伏蓄電池儲能系統比較優勢表現在
(1)氫氣儲能。氫能是一種高密度、環境友好型能源，燃燒產物水對環境沒有汙染，且儲氫罐使用壽命長、故障率低、從而使得系統運行維護工作量少。(2)本發明系統省去光伏電池與功率分配器間的防反充二極體，系統中是以氫能的形式將富餘的電能儲存起來，其區別於蓄電池的儲能方式，不會對光伏電池倒充電，進而不會影響光伏電池性能。


圖1是本發明系統的結構示意圖。圖中1為太陽能光伏電池，2為功率分配器，3為電解槽，4為儲氫罐，5為燃料電池，6為直流負載。
具體實施例方式請參閱圖1，它是本發明一種太陽能光伏-氫儲能發電系統一較佳實例的結構示意圖。如圖所示系統動力源太陽能光伏電池1，通過導線與功率分配器2電連接，光伏電池發電原理是利用半導體材料的光生伏打效應特性將光能轉換成為電能。功率分配器2的 I輸出埠通過導線與直流負載6的輸入端電連接，II輸出埠通過導線與電解槽3的輸入端電連接，在功率分配器2中，由分配器內部的集成電路根據光伏電池的發電情況負責將產生的電能合理的分配輸出到直流負載6和電解槽3中。太陽能光伏電池與電解槽容量匹配通過合理設計不同數量的光伏電池組件片的串、並聯來滿足電解槽工作電壓、電流的要求來實現。電解槽電解水制出的氫氣通過管路與儲氫罐4入口連接，進而實現了將富餘的電能轉化為氫能的目的。夜間，陰雨天或光照不足時，光伏電池板產生的電能不能滿足直流負載的正常使用則啟用燃料電池5發電，燃料電池5入口通過管路與儲氫罐4出口連接， 氫氣跟氧氣在燃料電池5的質子反應堆內進行化學反應產生電能，氧氣從吸入的大氣中直接獲取，產生的電能通過導線與直流負載6電連接，進而達到使用電負載連續運行的效果。本發明系統中的功率分配器是負責將光伏電池產生的電能合理的分配到電解水制氫的電解槽和直流負載中。本發明系統中為氫儲能，避免了光伏蓄電池儲能發電系統中，光伏電池不工作時， 蓄電池對其倒放電現象，故省去了光伏蓄電池儲能系統中的防反充二極體。本發明中的儲能再發電裝置中電解槽產氫出口通過管路與儲氫罐入口連接，儲氫罐出口通過管路與燃料電池入口連接，目的在於為燃料電池提供燃料氫氣，燃料電池的輸出端通過導線與直流負載的輸入端電連接。光伏電池採用深圳光瀾世紀綠色能源有限公司的單晶矽太陽能電池，型號 Lax-85,峰值電壓17. 6V，峰值電流4. 83A，標準功率85W ；燃料電池採用上海攀業氫能公司的WiyX-220質子交換膜燃料電池；電解槽採用山東賽克賽斯公司的QL-1000固體聚合物電解槽，工作電壓12V，日耗電量1. Ilkff · h ；儲氫罐採用北京浩運工貿有限公司的 HYM300, 300NL (標準升)，4kg的金屬氫化物儲氫罐；直流負載選用容聲B⑶-179S/C直流壓縮機冰箱，額定耗電量0. 33kff · h/24小時。作為可變化的實施方式，所述的直流負載6，在經過DC/AC逆變器將直流電轉化為交流電後也可以為交流負載。作為可變化的實施方式，所述的太陽能光伏電池1可以為晶體矽電池或非晶體矽電池。作為可變化的實施方式，所述的電解槽3可以為鹼性電解槽、固體氧化物電解槽或質子交換膜電解槽。作為可變化的實施方式，所述的儲氫罐4可以為金屬合金儲氫罐或納米碳管儲氫罐。作為可變化的實施方式，所述的燃料電池5可以為鹼性燃料電池、固體氧化物燃料電池或質子交換膜燃料電池。綜上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並非用來限定本發明的實施範圍。即凡依本發明申請專利範圍的內容所作的等效變化與修飾，都應為本發明的技術範疇。
權利要求
1.一種太陽能光伏-氫儲能發電系統，其特徵在於它包括系統動力源太陽能光伏電池(1)、功率控制分配器(2)、直流負載(6)、和由電解槽(3)、儲氫罐(4)、燃料電池(5)組成的儲能再發電裝置；其中太陽能光伏電池(1)的輸出端通過導線與功率分配器(2)的輸入端電連接，功率分配器(2)的I輸出埠通過導線與直流負載(6)的輸入端電連接，II輸出埠通過導線與電解槽(3 )的輸入端電連接；在氫儲能再發電裝置中，電解槽(3 )產氫出口通過管路與儲氫罐(4)入口連接，儲氫罐(4)出口通過管路與燃料電池(5)入口連接，燃料電池(5)的輸出端通過導線與直流負載(6)的輸入端電連接。
2.根據權利要求1所述的太陽能光伏-氫儲能發電系統，其特徵在於所述的太陽能光伏電池(1)與電解槽(3)的連接方式為直接耦合連接方式。
3.根據權利要求2所述的太陽能光伏-氫儲能發電系統，其特徵在於所述的太陽能光伏電池(1)與電解槽(3)的直接耦合連接方式為通過設計匹配由4片光伏電池並聯組成的光伏電池組作為本系統的動力源以滿足電解槽工作電壓、電流工作要求的一種連接方式。
全文摘要
本發明涉及一種太陽能光伏-氫儲能發電系統，特別是一種新型高效的太陽能光伏-氫儲能發電系統。它包括系統動力源太陽能光伏電池、功率分配器、直流負載和由電解槽、儲氫罐、燃料電池組成的儲能再發電裝置。本發明系統主要解決現有太陽能蓄電池儲能密度低、儲能時間短和蓄電池使用壽命短、易漏電、故障率較高、報廢后汙染環境等技術問題，本發明中的儲能裝置與常規用蓄電池作為儲能設備的太陽能光伏儲能系統相比具有儲能時間長、儲能效率高、運行維護工作量少、省去防反充二極體等優勢；本發明充分利用了可再生能源，具有節能、環保等優勢，可在陽光充足的偏遠山區、島嶼等沒有市電的地方推廣使用。
文檔編號H02J7/35GK102497000SQ20111044123
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月26日 優先權日2011年12月26日
發明者劉業鳳, 周明傑, 張華 , 張峰, 楊標, 胡海濤, 蘇強, 陳曦, 鮑團衛, 龔國棟 申請人:上海理工大學