太陽能發電系統及太陽能氫蓄能裝置的製作方法
2023-09-15 22:31:10
專利名稱：太陽能發電系統及太陽能氫蓄能裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及太陽能發電技術，特別是涉及一種太陽能發電系統及太陽能 氬蓄能裝置。
背景技術：
由於太陽光存在被雲遮擋，以及晚上沒有太陽光，在上述時間段內，太 陽能發電系統將無法產生新的電能，而此段時間也往往是照明等用電的高峰， 因此，如何在太陽光充分條件下，將太陽能發電系統產生的富裕電力存儲起 來，以解決無太陽光條件下的用電需求，是一個需要解決的技術問題。
目前，太陽能儲能主要包括高溫蒸汽儲能、高溫熔鹽儲熱和蓄電池儲電 三種方式。其中，高溫蒸汽儲能主要是將多個太陽能聚光器將太陽光集中聚 焦於一點產生較高的熱能，並使聚焦點落在鍋爐中，對鍋爐中的水進行加熱 產生高溫高壓蒸汽，高溫高壓蒸汽一部分用於輸入蒸汽輪—幾發電， 一部分輸 入高壓保溫蒸汽存儲罐內存儲起來，待需要時可從存儲罐內引出蒸汽進入蒸
汽輪機繼續發電；高溫熔鹽儲熱也是將太陽光聚焦後加熱受熱部件內的鹽類 物質，使其成為熔融狀態，並將熔融鹽通過管道輸送到保溫蓄熱罐內，需要 使用時可通過換熱設備將熱能輸出到發電機進行發電；蓄電池儲電是將太陽 能發電系統產生的電力直接轉換為直流電後存入電池，在需要時通過逆變輸 送到用電設備。
但是，上述太陽能儲能方式中，高溫蒸汽儲能^it用於集中式的採用蒸 汽汽輪機技術的太陽能光熱發電系統，不適用於其它非蒸汽輪機發電系統， 其適用性較差，且蒸汽存儲較困難，熱量易損失，儲能效果差；高溫熔鹽儲熱方式中需要大量的鹽類物質儲存罐、耐高溫耐腐蝕泵、管道和大量的保溫
措施，成本高且技術複雜，熱能的轉換也不方便；蓄電池儲電方式實現簡單， 但是成本過高，且電池存在汙染，易造成環境汙染。
發明內容
本發明的目的是提供一種太陽能發電系統及太陽能氫蓄能裝置，製造和 使用成本低，且不會產生汙染，太陽能存儲方便，可適用於各種太陽能發電 系統的儲能。
為實現上述目的，本發明提供了一種太陽能發電系統，包括太陽能發電 設備，以及氫儲能裝置，所述氫儲能裝置包括設置有氫氣集氣室的電解槽； 所述電解槽內的電極與所述太陽能發電設備輸出的直流電連接，所述電解槽 內的電解液在所述直流電的作用下產生氫氣，所述氫氣存儲在與所述氫氣集 氣室連通的氫氣存儲器內。
其中，所述太陽能發電設備為太陽能光熱發電設備，包括太陽能聚光器、 熱機和發電機，其中，所述熱機將所述太陽能聚光器產生的熱能轉化成機械 能，並帶動所述發電機發電。所述氫儲能裝置還可包括氫氧燃燒器，與所述 氫氣存儲器連通，用於利用氫氧燃燒產生熱能並作用在所述熱機上。所述熱 機可包括設置在熱機吸熱頭前的氬氧燃燒室，所述氫氧燃燒器包括氫氣噴嘴， 設置在所述氫氧燃燒室四周，所述氫氣燃燒產生的熱能作用在所述熱機吸熱 頭上。
此外，所述氪儲能裝置還包括氫燃料電池，與所述氫氣存儲器連通。所 述氫燃料電池連接有電流轉換器，用於將所述氫燃料電池產生的直流電轉換 為交流電，輸送到與所述太陽能發電設備連接的電網或用電設備上。
本發明提供了一種太陽能氫蓄能裝置，包括電解槽，所述電解槽內設置 有氫氣集氣室；所述電解槽內的電極與太陽能發電設備輸出的直流電連接， 所述電解槽內的電解液在所述直流電的作用下產生氫氣，所述氫氣 存儲在與所述氫氣集氣室連通的氫氣存儲器內。
本發明技術方案通過利用太陽能發電設備產生的電能轉化為氫氣存儲起 來，太陽能的存儲方便，在使用時，可直接利用氫氣來進行發電，不會產生
汙染，可適用於各種太陽能發電系統的儲能；同時，本發明技術方案實現方 便，製造和使用成本低，當太陽光不足時，可有效利用存儲的氫氣發電，保 證太陽能設備的用電需求，便於太陽能設備的推廣和應用。
圖1為本發明太陽能氫蓄能裝置實施例的結構示意圖2為本發明太陽能發電系統實施例一的結構示意圖3為本發明太陽能發電系統實施例一中熱機的結構示意圖4為圖3的A-A向方向的示意圖5為本發明太陽能發電系統實施例二的結構示意圖。
具體實施例方式
下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。 圖1為本發明太陽能氫蓄能裝置實施例的結構示意圖。具體地，如圖1 所示，該太陽能氫蓄能裝置包括電解槽21，所述電解槽21內設置有氫氣集氣 室24和氧氣集氣室25，且所述電解槽21內的氫氣集氣室24內設置有陰極電 極23，氧氣集氣室25內設置有陽極電極22;電解槽21內的陽極電極22和 陰極電極23分別與太陽能發電設備輸出的直流電的正極和負極連接，電解槽 21內的電解液在直流電的正負電極的作用下產生氫氣和氧氣，且氫氣存儲在 與氫氣集氣室24連通的氫氣存儲器27內，氧氣存儲在與氧氣集氣室25連通 的氧氣存儲器26內。本發明實施例可將太陽能轉化成的電能以氫氣的形式存 儲起來，即將太陽能以氫氣的形式存儲起來，在太陽光不足的情況下，可利 用存儲的氫氣發電，保證太陽能設備24小時不間斷的為電網或用電設備提供
6電力。
其中，所述的電解液可以為水，或者，為提高電解效率，也可在水中添 加適量的鹼或酸，如氬氧化鈉或碌^酸等。且本發明實施例中的電解槽可連通 有電解液箱，當電解槽內的電解液不足時，可自動為電解槽內提供電解液。
實際應用中，本發明實施例太陽能氬蓄能裝置連接的太陽能發電設備可 以為太陽能光熱發電設備，如利用斯特林熱機發電的太陽能光熱發電設備， 或者，為利用熱聲熱機發電的太陽能光熱發電設備。由於太陽能光熱發電設 備中的熱機，如斯特林熱機或者熱聲熱機，均是利用熱能產生機械能來驅動 發電機發電的，因此，本發明實施例中還可包括氫氧燃燒器，與氫氣存儲器 和氧氣存儲器連通，利用氫氣和氧氣燃燒產生熱能，並將產生的熱能作用於 熱機的吸熱頭，由所述熱機將所述氫氣和氧氣燃燒產生的熱能轉換為機械能， 帶動太陽能發電設備中的發電機發電。可以看出，當太陽光充足的情況下， 太陽能發電設備可將產生的富裕的電能，或者全部的電能以氫氣的形式存儲 起來，當太陽光不足的情況下，再利用存儲的氫氣燃燒產生熱能來帶動發電 設備發電，即使在夜晚或多雲情況下，也可為電網或用電設備提供電力，滿 足用戶的用電需求，可有效避免無太陽光情況下無法使用電力的問題。
此外，實際應用中，本發明實施例也可包括氫燃料電池，與所述氫氣存 儲器連通，用於在所述氫存儲器內氫氣的作用下產生電能。具體地，本發明 實施例可通過利用存儲的氫氣直接與氫燃料電池連通，用於利用氫燃料電池 直接產生直流電，並可將該直流電通過逆變器轉化成交流電後，輸出到電網 或用電設備。利用氫燃料電池方便，快捷，可產生穩定持續的電流。
本發明實施例中，通過將太陽能發電設備產生的電能轉化為氫氣存儲起 來，太陽能的存儲方便，在使用時，可直接利用氫氣來進行發電，不會產生
汙染，可適用於各種太陽能發電系統的儲能；同時，本發明實施例實現方便， 製造和使用成本低，當太陽光不足時，可有效利用存儲的氫氣發電，保證太 陽能設備的用電需求，便於太陽能設備的推廣和應用。圖2為本發明太陽能發電系統實施例一的結構示意圖。本發明實施例包 括太陽能發電設備1和氫存儲裝置2，其中，所述太陽能發電設備l為太陽能 光熱發電設備，包括太陽能聚光器11、熱機12和發電機13，所述太陽能聚 光器11用於將太陽光聚焦產生熱能，並作用在熱才幾12的吸熱頭上，並由熱 機將該熱能轉化成機械能，帶動發電機13發電；所述的氫存儲裝置2包括電 解槽21，所述電解槽21內設置有氫氣集氣室24和氧氣集氣室25,且所述電 解槽21內的氫氣集氣室24內設置有陰極電極23,氧氣集氣室25內設置有陽 極電極22;電解槽21內的陽極電極22和陰極電極23分別與太陽能發電設備 1輸出的直流電的正極和負極連接，電解槽21內的電解液在直流電的正負電 極的作用下產生氫氣和氧氣，且氫氣存儲在與氫氣集氣室23連通的氫氣存儲 器27內，氧氣存儲在與氧氣集氣室25連通的氧氣存儲器26內。
具體地，本發明實施例中的發電機13為直流或交流發電機，其在熱機產 生的機械能的作用下產生電力，所產生的電力可經過整流裝置14和逆變器15 轉換成符合電網所需要的電力，並輸送到電網上。其中所述的整流裝置14和 逆變器15為用於對發電機產生的電流進行整流和轉換成交流電，與現有技術 相同或類似，在此不再贅述。此外，本發明實施例太陽能發電系統產生的電 能也可直接輸送到用戶的用電設備上。
實際應用中，本發明實施例中電解槽21中的陽極電極22和陰極電極23
可分別通過控制開關與發電機輸出的整流裝置連接，當兩個開關均閉合時， 電解槽21內的電解液即可在電流的作用下電解出氫氣和氧氣，並分別收集存 儲在氫氣存儲器27和氧氣存儲器26內。此外，本發明實施例還可包括控制 器3,用於控制整流裝置和電解槽連接之間的開關的閉合，當需要將電能的一 部分或全部電能以氫氣的形式存儲時，可通過控制器3將開關閉合，電解電 解槽內的電解液，電解出氫氣並存^f諸起來。
實際應用中，本發明實施例還可包括氫氧燃燒器18，與氫氣存儲器27 和氧氣存儲器26連通，用於利用氫氧燃燒產生熱能並作用在熱機12上。圖3為本發明太陽能發電系統實施例一中熱機的結構示意圖；圖4為圖3的A-A 向方向的示意圖。具體地，如圖3和4所示，在現有熱機的基礎上，本發明 實施例中的熱機還包括設置在熱機吸熱頭121前端的氬氧燃燒室122，且氬氧 燃燒器可包括氫氣噴嘴181,設置在氫氧燃燒室122四周，該氫氣噴嘴181內 混合有氫氣和氧氣的混合物，通過該氬氣噴嘴181噴出的氫氧混合物可在燃 燒室內燃燒，產生大量的熱能並作用在熱機吸熱頭121上，加熱熱機吸熱頭 121，由熱機將所述氫氧混合物燃燒產生的熱能轉換成機械能，帶動發電機發 電。此外，氫氧燃燒室122與熱機機體之間也可設置有排氣孔，用於將氫氧 燃燒產生的廢氣，如水蒸氣，排除；氫氣噴嘴181也可只噴射出氫氣，並與 空氣中的氧氣作用燃燒，產生熱能作用在熱機吸熱頭上，同樣可以帶動發動 機發電。
實際應用中，氫氧燃燒器18和氫氣存儲器27和氧氣存儲器26之間應連 接有閥門，通過控制閥門即可控制進入氫氧燃燒器的氫氣和氧氣的量，以提 高氫氣和氧氣的燃燒效果，具體地，可通過控制器3來控制閥門的開關量的 大小。同時，本發明實施例氫儲能裝置收集的氫氣還可作為其它用途使用， 如直接用於氫燃料電動車上等。
本發明實施例中，通過將太陽能發電設備產生的電能轉化為氫氣存儲起 來，太陽能的存儲方便，在使用時，可直接利用燃燒氫氣的形式為太陽能發 電設備的熱機提供熱能，並由熱機將熱能轉換成機械能後帶動發電機發電， 整個過程不會產生汙染；本發明實施例實現方便，製造和使用成本低，當太 陽光充足時，可將太陽能以氫氣的形式存儲起來，當太陽光較弱或無太陽光 時，可有效利用存儲的氫氣發電，保證太陽能設備的用電需求，提高了太陽 能發電系統的實用性，便於太陽能發電系統的推廣和應用。
圖5為本發明太陽能發電系統實施例二的結構示意圖。與上述本發明太 陽能發電系統實施例一不同的是，本發明實施例利用氫燃料電池將氫存儲裝 置產生的氳氣轉換成電能。具體地，如圖5所示，本發明實施例中氫存儲裝置2連通有氫燃料電池19，通過為氫燃料電池19提供氫氣，由氫燃料電池 19在氫氣的作用下產生直流電，並輸出到整流裝置和逆變器，將燃料電池產 生的直流電轉換成電網或用電設備所需的交流電。具體地，可通過控制器3 控制向氫燃料電池19提供的氫氣或氧氣的量，以使氫燃料電池19可有效地 將氫氣轉換成電能輸出。
可以看出，本發明實施例中利用氫燃料電池將存儲的氫氣轉換成電能， 電能的轉換簡單且效率高。當太陽光充足時，太陽能發電系統中的太陽能發 電設備可將太陽光轉化成熱能和機械能，並帶動發電機發電產生電能，輸送 給電網或用電設備使用；同時，還可將部分或全部的電能輸入請存儲裝置， 將電能轉換成氫氣的形式存儲起來，即將太陽能以氫氣存儲起來，當太陽光 較弱或無太陽光時，可將存儲起來的氫氣通入燃料電池，並由氫燃料電池將 氫氣轉化成的電能，並經過電流轉換後輸出到電網或用電設備，從而可以實 現24小時不間斷的供電，可有效避免太陽光不足或無太陽光條件下的供電需 求，解決了用電矛盾。
上述各實施例中，太陽能發電設備可適用於各種可再生能源和廢熱發電 場合，特別是對於熱源不穩定，如太陽能、風能等條件下，利用本發明實施 例可為用電設備提供穩定可靠的電能，保證用電設備的用電需求。
最後應說明的是以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其進 行限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技 術人員應當理解其依然可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換， 而這些修改或者等同替換亦不能使修改後的技術方案脫離本發明技術方案的 並青3申和範圍。
權利要求
1、一種太陽能發電系統，包括太陽能發電設備，其特徵在於，還包括氫儲能裝置，所述氫儲能裝置包括設置有氫氣集氣室的電解槽；所述電解槽內的電極與所述太陽能發電設備輸出的直流電連接，所述電解槽內的電解液在所述直流電的作用下產生氫氣，所述氫氣存儲在與所述氫氣集氣室連通的氫氣存儲器內。
2、 根據權利要求l所述的太陽能發電系統，其特徵在於，所述太陽能發 電設備為太陽能光熱發電設備，包括太陽能聚光器、熱機和發電機，其中， 所述熱機將所述太陽能聚光器產生的熱能轉化成機械能，並帶動所述發電機 發電。
3、 根據權利要求2所述的太陽能發電系統，其特徵在於，所述太陽能發 電系統還包括氫氧燃燒器，與所述氫氣存儲器連通，用於利用氫氧燃燒產生 熱能並作用在所述熱^L上。
4、 根據權利要求3所述的太陽能發電系統，其特徵在於，所述熱機包括 設置在熱機吸熱頭前的氫氧燃燒室，所述氫氧燃燒器包括氫氣噴嘴，設置在 所述氫氧燃燒室四周，所述氫氣燃燒產生的熱能作用在所述熱^^吸熱頭上。
5、 才艮據權利要求2所述的太陽能發電系統，其特徵在於，所述熱機為斯 特林熱機，或者，所述熱機為熱聲熱機。
6、 根據權利要求l所述的太陽能發電系統，其特徵在於，所述氫儲能裝 置還包括氫燃料電池，與所述氫氣存儲器連通。
7、 根據權利要求6所述的太陽能發電系統，其特徵在於，所述氫燃料電 池連接有電流轉換器，用於將所述氫燃料電池產生的直流電轉換為交流電， 輸送到與所述太陽能發電設備連接的電網或用電設備上。
8、 一種太陽能氫蓄能裝置，其特徵在於，包括電解槽，所述電解槽內設 置有氫氣集氣室；所述電解槽內的電極與太陽能發電設備輸出的直流電連接， 所述電解槽內的電解液在所述直流電的作用下產生氫氣，所述氫氣存儲在與所述氬氣集氣室連通的氫氣存儲器內。
9、 根據權利要求8所述的太陽能氫蓄能裝置，其特徵在於，還包括氫氧 燃燒器，與所述氫氣存儲器連通，用於通過燃燒所述氫氣存儲器內的氫氣產 生熱能，帶動所述太陽能發電設備發電，其中所述太陽能發電設備為太陽能 光熱發電設備。
10、 根據權利要求8所述的太陽能氫蓄能裝置，其特徵在於，還包括氫 燃料電池，與所述氫氣存儲器連通，用於在所述氫存儲器內氫氣的作用下產 生電能。
全文摘要
本發明公開了一種太陽能發電系統及太陽能氫蓄能裝置。所述太陽能發電系統包括太陽能發電設備和氫儲能裝置，所述氫儲能裝置包括設置有氫氣集氣室的電解槽；所述電解槽內的電極與所述太陽能發電設備輸出的直流電連接，所述電解槽內的電解液在所述直流電的作用下產生氫氣，所述氫氣存儲在與所述氫氣集氣室連通的氫氣存儲器內。本發明技術方案可將太陽能以氫氣的形式存儲起來，當太陽光較弱或無太陽光的條件下，可將存儲的氫氣作為發電的燃料進行發電，可有效提高太陽能發電系統的實用性，便於太陽能發電系統的推廣和應用。
文檔編號H02N6/00GK101635538SQ20091009072
公開日2010年1月27日 申請日期2009年8月5日 優先權日2009年8月5日
發明者李海冰, 羅二倉 申請人:深圳市中科力函熱聲技術工程研究中心有限公司