一种基于太阳能光伏的电解水制氢系统

本发明属于太阳能光伏发电及电解水制氢，具体涉及一种基于太阳能光伏的电解水制氢系统。

背景技术：

1、氢能被誉为21世纪最具发展潜力的清洁能源之一。作为二次能源，氢能具有以下诸多优点：可储存并实现远距离输送；可实现高效电能转化和供热；能量密度高；反应产物仅为水，不排放其他污染物；氢具有广泛用途，是重要的工业原料。

2、目前，制氢的主流方法是利用煤炭、天然气等传统能源进行制氢，但这种方法存在碳排放高的问题。相比之下，光伏制氢属于“绿氢”，采用光伏发电电解水制氢技术，既在生产过程中零碳排放，又在使用过程中无碳排放，实现真正的双重清洁。因此，利用太阳能进行制氢是当前能源领域的前沿研究方向之一，充分体现了清洁能源的发展趋势和环保理念。这种绿色制氢技术将有助于推动氢能经济的发展，并为我们创造更加清洁、可持续的未来能源格局。设计光伏发电与电解水功能模块集成，实现太阳能光伏电解水制氢是一种高效的太阳能转化为氢气的途径，具有产业化前景。然而，目前这一技术面临着一些挑战：太阳能光伏电池无法持续稳定地为电解槽提供电力，电压波动性影响了电解过程的效率和稳定性；太阳能电池具有负的温度系数（0.2-0.5%/℃），在炎热夏季的中午，光伏板表面温度可达65℃，相较于25℃标况下，能量转化效率降低8%-20%。

3、电解水制氢的根本是水分解反应，理论水最小分解电压为1.23v，但是水分解是个吸热反应，如果没有外部供热，仅由电能产生热且不考虑其他损耗时，水的热中性电解电压为1.48v，导致电能因热量损失，不能完全被利用于电解水。此外电解槽需要科学且经济有效的装置结构来供水并同时分离出氢气和氧气，这需要设计合理的电解槽结构，以确保电解过程可以高效、稳定地进行，并且要考虑如何处理产生的氢气和氧气以及水资源的管理等问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于太阳能光伏的电解水制氢系统，能够更高效地利用太阳能，解决了现有技术中导致电能因热量损失，不能完全被利用于电解水的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种基于太阳能光伏的电解水制氢系统，包括顺次连接的太阳能电池，太阳能控制器，电解水制氢装置，蓄电池组；

4、所述太阳能控制器包含两组电路，分别为dc-dc升压斩波电路和dc-dc双向电路；太阳能电池接入dc-dc升压斩波电路的输入端，输出端接到电解槽两端，将蓄电池组通过太阳能控制器中dc-dc双向电路接入上述dc-dc升压稳压电路的输出端；通过调控dc-dc升压斩波电路中输入mosfet的pwm信号的占空比，改变太阳能电池端电压，寻找太阳能电池最大功率点；通过调控dc-dc双向电路中输入mosfet的pwm信号的占空比，控制dc-dc双向电路工作在buck模式或者boost模式，实现电能的双向流动。

5、所述电解水制氢装置由储水水箱，蠕动泵，滤芯，水气分离装置，储氢管，电解槽组成；电解槽为pem电解槽，正负极采用ni-co-mo氧化物/硫化物纳米片阵列催化剂，在白天光伏板温度较高时，打开电磁阀，让循环水通过太阳能光伏板，降低光伏板表面温度，提高光伏板的发电效率；温度提高的水通入电解槽可以使得电解槽电解电压下降。

6、有益效果：本发明提供了一种基于太阳能光伏的电解水制氢系统，与现有技术相比，具有以下区别技术特征：

7、本发明将光伏组件、pem电解池和蓄电池集成为一体式的光伏光热电解水制氢装置，占用空间小，结构简单，在光伏组件发电的同时，还能够将光伏组件产生的热量用于提高pem电解池的温度，同时pem电解池吸收的热量对光伏组件产生了冷却效果，提高了系统的发电效率；将pem电解池的温度提升至最佳电解温度，提高电解水制氢的效率；

8、（2）本发明采用蓄电池组平衡光伏组件发电功率，使得电解槽能选择工作在效率最高的区间，而且可以避免因为光伏板直接偶联电解槽，因为电源波动性导致阳极催化剂溶解、迁移、沉积和聚集，隔膜由于局部热点和羟基自由基攻击发生降解，双极板发生溶解和氧化腐蚀，最终导致电解槽性能下降。蓄电池采用的钒电池循环寿命可达2万次以上，为水系电池不含有机质，且钒全球已探明的储量丰富，因此具有长寿命，环保，安全性高，容量可拓展等优点。

1.一种基于太阳能光伏的电解水制氢系统，其特征在于，包括太阳能电池，太阳能控制器，电解水制氢装置；所述太阳能电池连接太阳能控制器的输入端，所述电解水制氢装置连接太阳能控制器的输出端；所述电解水制氢装置中的水箱与太阳能电池背面连接，采用循环水给太阳能电池降温。

2.根据权利要求1所述的基于太阳能光伏的电解水制氢系统，其特征在于，所述太阳能控制器的输出端连接蓄电池。

3.根据权利要求2所述的基于太阳能光伏的电解水制氢系统，其特征在于，所述太阳能控制器包含dc-dc升压斩波电路和dc-dc双向电路；所述太阳能电池接入dc-dc升压斩波电路的输入端，输出端接到电解槽两端，将蓄电池组通过太阳能控制器中dc-dc双向电路接入所述dc-dc升压稳压电路的输出端。

4.根据权利要求3所述的基于太阳能光伏的电解水制氢系统，其特征在于，所述dc-dc双向电路为boost电路和buck电路。

5.根据权利要求1所述的基于太阳能光伏的电解水制氢系统，其特征在于，所述电解水制氢装置包括水箱、泵、水气分离装置、储氢罐、电解槽；所述水箱通过进出口管道分别与电解槽相连，所述电解槽的进口管道上安装泵，出口管道上安装电磁阀，所述电解槽的另一个出口与水气分离装置连接，所述水气分离装置的两个出口分别与储氢罐和水箱连接，所述水汽分离装置与水箱之间安装电磁阀。

6.根据权利要求5所述的基于太阳能光伏的电解水制氢系统，其特征在于，所述水箱通过管道与太阳能电池背部的管束相连，所述管束的进口管道上安装泵，出口管道上安装电磁阀，控制循环水给太阳能电池降温。

7.根据权利要求5所述的基于太阳能光伏的电解水制氢系统，其特征在于，所述电解槽为pem电解槽，正负极采用ni-co-mo氧化物/硫化物纳米片阵列催化剂。

8.根据权利要求2或3所述的基于太阳能光伏的电解水制氢系统，其特征在于，所述蓄电池采用钒液流电池组。

9.根据权利要求1所述的基于太阳能光伏的电解水制氢系统，其特征在于，所述太阳能电池为钙钛矿太阳能电池。