CN101635538A - 太阳能发电系统及太阳能氢蓄能装置 - Google Patents

太阳能发电系统及太阳能氢蓄能装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种太阳能发电系统及太阳能氢蓄能装置。所述太阳能发电系统包括太阳能发电设备和氢储能装置，所述氢储能装置包括设置有氢气集气室的电解槽；所述电解槽内的电极与所述太阳能发电设备输出的直流电连接，所述电解槽内的电解液在所述直流电的作用下产生氢气，所述氢气存储在与所述氢气集气室连通的氢气存储器内。本发明技术方案可将太阳能以氢气的形式存储起来，当太阳光较弱或无太阳光的条件下，可将存储的氢气作为发电的燃料进行发电，可有效提高太阳能发电系统的实用性，便于太阳能发电系统的推广和应用。

Description

太阳能发电系统及太阳能氢蓄能装置
技术领域
本发明涉及太阳能发电技术，特别是涉及一种太阳能发电系统及太阳能氢蓄能装置。
背景技术
由于太阳光存在被云遮挡，以及晚上没有太阳光，在上述时间段内，太阳能发电系统将无法产生新的电能，而此段时间也往往是照明等用电的高峰，因此，如何在太阳光充分条件下，将太阳能发电系统产生的富裕电力存储起来，以解决无太阳光条件下的用电需求，是一个需要解决的技术问题。
目前，太阳能储能主要包括高温蒸汽储能、高温熔盐储热和蓄电池储电三种方式。其中，高温蒸汽储能主要是将多个太阳能聚光器将太阳光集中聚焦于一点产生较高的热能，并使聚焦点落在锅炉中，对锅炉中的水进行加热产生高温高压蒸汽，高温高压蒸汽一部分用于输入蒸汽轮机发电，一部分输入高压保温蒸汽存储罐内存储起来，待需要时可从存储罐内引出蒸汽进入蒸汽轮机继续发电；高温熔盐储热也是将太阳光聚焦后加热受热部件内的盐类物质，使其成为熔融状态，并将熔融盐通过管道输送到保温蓄热罐内，需要使用时可通过换热设备将热能输出到发电机进行发电；蓄电池储电是将太阳能发电系统产生的电力直接转换为直流电后存入电池，在需要时通过逆变输送到用电设备。
但是，上述太阳能储能方式中，高温蒸汽储能仅适用于集中式的采用蒸汽汽轮机技术的太阳能光热发电系统，不适用于其它非蒸汽轮机发电系统，其适用性较差，且蒸汽存储较困难，热量易损失，储能效果差；高温熔盐储热方式中需要大量的盐类物质储存罐、耐高温耐腐蚀泵、管道和大量的保温措施，成本高且技术复杂，热能的转换也不方便；蓄电池储电方式实现简单，但是成本过高，且电池存在污染，易造成环境污染。
发明内容
本发明的目的是提供一种太阳能发电系统及太阳能氢蓄能装置，制造和使用成本低，且不会产生污染，太阳能存储方便，可适用于各种太阳能发电系统的储能。
为实现上述目的，本发明提供了一种太阳能发电系统，包括太阳能发电设备，以及氢储能装置，所述氢储能装置包括设置有氢气集气室的电解槽；所述电解槽内的电极与所述太阳能发电设备输出的直流电连接，所述电解槽内的电解液在所述直流电的作用下产生氢气，所述氢气存储在与所述氢气集气室连通的氢气存储器内。
其中，所述太阳能发电设备为太阳能光热发电设备，包括太阳能聚光器、热机和发电机，其中，所述热机将所述太阳能聚光器产生的热能转化成机械能，并带动所述发电机发电。所述氢储能装置还可包括氢氧燃烧器，与所述氢气存储器连通，用于利用氢氧燃烧产生热能并作用在所述热机上。所述热机可包括设置在热机吸热头前的氢氧燃烧室，所述氢氧燃烧器包括氢气喷嘴，设置在所述氢氧燃烧室四周，所述氢气燃烧产生的热能作用在所述热机吸热头上。
此外，所述氢储能装置还包括氢燃料电池，与所述氢气存储器连通。所述氢燃料电池连接有电流转换器，用于将所述氢燃料电池产生的直流电转换为交流电，输送到与所述太阳能发电设备连接的电网或用电设备上。
本发明提供了一种太阳能氢蓄能装置，包括电解槽，所述电解槽内设置有氢气集气室；所述电解槽内的电极与太阳能发电设备输出的直流电连接，所述电解槽内的电解液在所述直流电的作用下产生氢气，所述氢气存储在与所述氢气集气室连通的氢气存储器内。
本发明技术方案通过利用太阳能发电设备产生的电能转化为氢气存储起来，太阳能的存储方便，在使用时，可直接利用氢气来进行发电，不会产生污染，可适用于各种太阳能发电系统的储能；同时，本发明技术方案实现方便，制造和使用成本低，当太阳光不足时，可有效利用存储的氢气发电，保证太阳能设备的用电需求，便于太阳能设备的推广和应用。
附图说明
图1为本发明太阳能氢蓄能装置实施例的结构示意图；
图2为本发明太阳能发电系统实施例一的结构示意图；
图3为本发明太阳能发电系统实施例一中热机的结构示意图；
图4为图3的A-A向方向的示意图；
图5为本发明太阳能发电系统实施例二的结构示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本发明太阳能氢蓄能装置实施例的结构示意图。具体地，如图1所示，该太阳能氢蓄能装置包括电解槽21，所述电解槽21内设置有氢气集气室24和氧气集气室25，且所述电解槽21内的氢气集气室24内设置有阴极电极23，氧气集气室25内设置有阳极电极22；电解槽21内的阳极电极22和阴极电极23分别与太阳能发电设备输出的直流电的正极和负极连接，电解槽21内的电解液在直流电的正负电极的作用下产生氢气和氧气，且氢气存储在与氢气集气室24连通的氢气存储器27内，氧气存储在与氧气集气室25连通的氧气存储器26内。本发明实施例可将太阳能转化成的电能以氢气的形式存储起来，即将太阳能以氢气的形式存储起来，在太阳光不足的情况下，可利用存储的氢气发电，保证太阳能设备24小时不间断的为电网或用电设备提供电力。
其中，所述的电解液可以为水，或者，为提高电解效率，也可在水中添加适量的碱或酸，如氢氧化钠或硫酸等。且本发明实施例中的电解槽可连通有电解液箱，当电解槽内的电解液不足时，可自动为电解槽内提供电解液。
实际应用中，本发明实施例太阳能氢蓄能装置连接的太阳能发电设备可以为太阳能光热发电设备，如利用斯特林热机发电的太阳能光热发电设备，或者，为利用热声热机发电的太阳能光热发电设备。由于太阳能光热发电设备中的热机，如斯特林热机或者热声热机，均是利用热能产生机械能来驱动发电机发电的，因此，本发明实施例中还可包括氢氧燃烧器，与氢气存储器和氧气存储器连通，利用氢气和氧气燃烧产生热能，并将产生的热能作用于热机的吸热头，由所述热机将所述氢气和氧气燃烧产生的热能转换为机械能，带动太阳能发电设备中的发电机发电。可以看出，当太阳光充足的情况下，太阳能发电设备可将产生的富裕的电能，或者全部的电能以氢气的形式存储起来，当太阳光不足的情况下，再利用存储的氢气燃烧产生热能来带动发电设备发电，即使在夜晚或多云情况下，也可为电网或用电设备提供电力，满足用户的用电需求，可有效避免无太阳光情况下无法使用电力的问题。
此外，实际应用中，本发明实施例也可包括氢燃料电池，与所述氢气存储器连通，用于在所述氢存储器内氢气的作用下产生电能。具体地，本发明实施例可通过利用存储的氢气直接与氢燃料电池连通，用于利用氢燃料电池直接产生直流电，并可将该直流电通过逆变器转化成交流电后，输出到电网或用电设备。利用氢燃料电池方便，快捷，可产生稳定持续的电流。
本发明实施例中，通过将太阳能发电设备产生的电能转化为氢气存储起来，太阳能的存储方便，在使用时，可直接利用氢气来进行发电，不会产生污染，可适用于各种太阳能发电系统的储能；同时，本发明实施例实现方便，制造和使用成本低，当太阳光不足时，可有效利用存储的氢气发电，保证太阳能设备的用电需求，便于太阳能设备的推广和应用。
图2为本发明太阳能发电系统实施例一的结构示意图。本发明实施例包括太阳能发电设备1和氢存储装置2，其中，所述太阳能发电设备1为太阳能光热发电设备，包括太阳能聚光器11、热机12和发电机13，所述太阳能聚光器11用于将太阳光聚焦产生热能，并作用在热机12的吸热头上，并由热机将该热能转化成机械能，带动发电机13发电；所述的氢存储装置2包括电解槽21，所述电解槽21内设置有氢气集气室24和氧气集气室25，且所述电解槽21内的氢气集气室24内设置有阴极电极23，氧气集气室25内设置有阳极电极22；电解槽21内的阳极电极22和阴极电极23分别与太阳能发电设备1输出的直流电的正极和负极连接，电解槽21内的电解液在直流电的正负电极的作用下产生氢气和氧气，且氢气存储在与氢气集气室23连通的氢气存储器27内，氧气存储在与氧气集气室25连通的氧气存储器26内。
具体地，本发明实施例中的发电机13为直流或交流发电机，其在热机产生的机械能的作用下产生电力，所产生的电力可经过整流装置14和逆变器15转换成符合电网所需要的电力，并输送到电网上。其中所述的整流装置14和逆变器15为用于对发电机产生的电流进行整流和转换成交流电，与现有技术相同或类似，在此不再赘述。此外，本发明实施例太阳能发电系统产生的电能也可直接输送到用户的用电设备上。
实际应用中，本发明实施例中电解槽21中的阳极电极22和阴极电极23可分别通过控制开关与发电机输出的整流装置连接，当两个开关均闭合时，电解槽21内的电解液即可在电流的作用下电解出氢气和氧气，并分别收集存储在氢气存储器27和氧气存储器26内。此外，本发明实施例还可包括控制器3，用于控制整流装置和电解槽连接之间的开关的闭合，当需要将电能的一部分或全部电能以氢气的形式存储时，可通过控制器3将开关闭合，电解电解槽内的电解液，电解出氢气并存储起来。
实际应用中，本发明实施例还可包括氢氧燃烧器18，与氢气存储器27和氧气存储器26连通，用于利用氢氧燃烧产生热能并作用在热机12上。图3为本发明太阳能发电系统实施例一中热机的结构示意图；图4为图3的A-A向方向的示意图。具体地，如图3和4所示，在现有热机的基础上，本发明实施例中的热机还包括设置在热机吸热头121前端的氢氧燃烧室122，且氢氧燃烧器可包括氢气喷嘴181，设置在氢氧燃烧室122四周，该氢气喷嘴181内混合有氢气和氧气的混合物，通过该氢气喷嘴181喷出的氢氧混合物可在燃烧室内燃烧，产生大量的热能并作用在热机吸热头121上，加热热机吸热头121，由热机将所述氢氧混合物燃烧产生的热能转换成机械能，带动发电机发电。此外，氢氧燃烧室122与热机机体之间也可设置有排气孔，用于将氢氧燃烧产生的废气，如水蒸气，排除；氢气喷嘴181也可只喷射出氢气，并与空气中的氧气作用燃烧，产生热能作用在热机吸热头上，同样可以带动发动机发电。
实际应用中，氢氧燃烧器18和氢气存储器27和氧气存储器26之间应连接有阀门，通过控制阀门即可控制进入氢氧燃烧器的氢气和氧气的量，以提高氢气和氧气的燃烧效果，具体地，可通过控制器3来控制阀门的开关量的大小。同时，本发明实施例氢储能装置收集的氢气还可作为其它用途使用，如直接用于氢燃料电动车上等。
本发明实施例中，通过将太阳能发电设备产生的电能转化为氢气存储起来，太阳能的存储方便，在使用时，可直接利用燃烧氢气的形式为太阳能发电设备的热机提供热能，并由热机将热能转换成机械能后带动发电机发电，整个过程不会产生污染；本发明实施例实现方便，制造和使用成本低，当太阳光充足时，可将太阳能以氢气的形式存储起来，当太阳光较弱或无太阳光时，可有效利用存储的氢气发电，保证太阳能设备的用电需求，提高了太阳能发电系统的实用性，便于太阳能发电系统的推广和应用。
图5为本发明太阳能发电系统实施例二的结构示意图。与上述本发明太阳能发电系统实施例一不同的是，本发明实施例利用氢燃料电池将氢存储装置产生的氢气转换成电能。具体地，如图5所示，本发明实施例中氢存储装置2连通有氢燃料电池19，通过为氢燃料电池19提供氢气，由氢燃料电池19在氢气的作用下产生直流电，并输出到整流装置和逆变器，将燃料电池产生的直流电转换成电网或用电设备所需的交流电。具体地，可通过控制器3控制向氢燃料电池19提供的氢气或氧气的量，以使氢燃料电池19可有效地将氢气转换成电能输出。
可以看出，本发明实施例中利用氢燃料电池将存储的氢气转换成电能，电能的转换简单且效率高。当太阳光充足时，太阳能发电系统中的太阳能发电设备可将太阳光转化成热能和机械能，并带动发电机发电产生电能，输送给电网或用电设备使用；同时，还可将部分或全部的电能输入请存储装置，将电能转换成氢气的形式存储起来，即将太阳能以氢气存储起来，当太阳光较弱或无太阳光时，可将存储起来的氢气通入燃料电池，并由氢燃料电池将氢气转化成的电能，并经过电流转换后输出到电网或用电设备，从而可以实现24小时不间断的供电，可有效避免太阳光不足或无太阳光条件下的供电需求，解决了用电矛盾。
上述各实施例中，太阳能发电设备可适用于各种可再生能源和废热发电场合，特别是对于热源不稳定，如太阳能、风能等条件下，利用本发明实施例可为用电设备提供稳定可靠的电能，保证用电设备的用电需求。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1、一种太阳能发电系统，包括太阳能发电设备，其特征在于，还包括氢储能装置，所述氢储能装置包括设置有氢气集气室的电解槽；所述电解槽内的电极与所述太阳能发电设备输出的直流电连接，所述电解槽内的电解液在所述直流电的作用下产生氢气，所述氢气存储在与所述氢气集气室连通的氢气存储器内。
2、根据权利要求1所述的太阳能发电系统，其特征在于，所述太阳能发电设备为太阳能光热发电设备，包括太阳能聚光器、热机和发电机，其中，所述热机将所述太阳能聚光器产生的热能转化成机械能，并带动所述发电机发电。
3、根据权利要求2所述的太阳能发电系统，其特征在于，所述太阳能发电系统还包括氢氧燃烧器，与所述氢气存储器连通，用于利用氢氧燃烧产生热能并作用在所述热机上。
4、根据权利要求3所述的太阳能发电系统，其特征在于，所述热机包括设置在热机吸热头前的氢氧燃烧室，所述氢氧燃烧器包括氢气喷嘴，设置在所述氢氧燃烧室四周，所述氢气燃烧产生的热能作用在所述热机吸热头上。
5、根据权利要求2所述的太阳能发电系统，其特征在于，所述热机为斯特林热机，或者，所述热机为热声热机。
6、根据权利要求1所述的太阳能发电系统，其特征在于，所述氢储能装置还包括氢燃料电池，与所述氢气存储器连通。
7、根据权利要求6所述的太阳能发电系统，其特征在于，所述氢燃料电池连接有电流转换器，用于将所述氢燃料电池产生的直流电转换为交流电，输送到与所述太阳能发电设备连接的电网或用电设备上。
8、一种太阳能氢蓄能装置，其特征在于，包括电解槽，所述电解槽内设置有氢气集气室；所述电解槽内的电极与太阳能发电设备输出的直流电连接，所述电解槽内的电解液在所述直流电的作用下产生氢气，所述氢气存储在与所述氢气集气室连通的氢气存储器内。
9、根据权利要求8所述的太阳能氢蓄能装置，其特征在于，还包括氢氧燃烧器，与所述氢气存储器连通，用于通过燃烧所述氢气存储器内的氢气产生热能，带动所述太阳能发电设备发电，其中所述太阳能发电设备为太阳能光热发电设备。
10、根据权利要求8所述的太阳能氢蓄能装置，其特征在于，还包括氢燃料电池，与所述氢气存储器连通，用于在所述氢存储器内氢气的作用下产生电能。
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