CN102497000A - 太阳能光伏-氢储能发电系统 - Google Patents

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刘业凤
张华�
陈曦
周明杰
张峰
杨标
苏强
鲍团卫
龚国栋
胡海涛
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Abstract

本发明涉及一种太阳能光伏-氢储能发电系统,特别是一种新型高效的太阳能光伏-氢储能发电系统。它包括系统动力源太阳能光伏电池、功率分配器、直流负载和由电解槽、储氢罐、燃料电池组成的储能再发电装置。本发明系统主要解决现有太阳能蓄电池储能密度低、储能时间短和蓄电池使用寿命短、易漏电、故障率较高、报废后污染环境等技术问题,本发明中的储能装置与常规用蓄电池作为储能设备的太阳能光伏储能系统相比具有储能时间长、储能效率高、运行维护工作量少、省去防反充二极管等优势;本发明充分利用了可再生能源,具有节能、环保等优势,可在阳光充足的偏远山区、岛屿等没有市电的地方推广使用。

Description

太阳能光伏-氢储能发电系统
技术领域
[0001] 本发明涉及太阳能能源系统,特别是一种太阳能光伏-氢储能发电系统。 背景技术
[0002] 随着社会发展和人民生活水平、环保意识的提高,寻找环保、可再生能源迫在眉睫。太阳能作为一种洁净、可再生且资源丰富的能源,有着矿物能源不可比拟的优越性,因而太阳能的开发利用受到了越来越多研究机构的关注。
[0003] 目前太阳能光伏发电储能方式大多采用了蓄电池蓄能,虽然蓄电池储能可实现负载全天候连续运行的要求,但是蓄电池储能本身具有不可忽视的缺陷,其储能时间短、易漏电、使用寿命短,报废后其内的硫酸化物污染环境等。寻找新型更友好的储能方式解决蓄电池的缺陷是突破口之一。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种太阳能光伏-氢储能发电系统,主要解决现有太阳能蓄电池储能密度低、储能时间短和蓄电池使用寿命短、易漏电、故障率较高、报废后污染环境等技术问题,本发明中的储能装置与常规用蓄电池作为储能设备的太阳能光伏储能系统相比具有储能时间长、储能效率高、运行维护工作量少、省去防反充二极管等优势;本发明中太阳能光伏电池与电解槽的连接方式为直接耦合连接,这种连接方式与间接连接方式相比省去了最大功率控制器、蓄电池、DC/DC转换器。因而避免了上述三种器件所带来的转换能量损失,以及所增加的线路阻抗,使系统更为简单、经济、高效。
[0005] 为实现上述目的,本发明是这样实现的。
[0006] 一种太阳能光伏-氢储能发电系统,其特征在于:它包括系统动力源太阳能光伏电池、功率控制分配器、直流负载和由电解槽、储氢罐、燃料电池组成的储能再发电装置;其中:太阳能光伏电池的输出端通过导线与功率分配器的输入端电连接,功率分配器的I输出端口通过导线与直流负载的输入端电连接,II输出端口通过导线与电解槽的输入端电连接;太阳能光伏电池与电解槽的容量根据直接耦合连接的匹配原则进行合理匹配,采用由 4片光伏电池并联而成的光伏电池组与电解槽直接耦合连接;在氢储能再发电装置中,电解槽产氢出口通过管路与储氢罐入口连接,储氢罐出口通过管路与燃料电池入口连接,燃料电池的输出端通过导线与直流负载的输入端电连接。
[0007] 所述的太阳能光伏-氢储能发电系统,其特征在于:所述的太阳能光伏电池与电解槽的连接方式为直接耦合连接方式。
[0008] 所述的太阳能光伏-氢储能发电系统,其特征在于:所述的太阳能光伏电池与电解槽的直接耦合连接方式为通过设计匹配由4片光伏电池并联而成的光伏电池组来满足电解槽工作电压、电流要求的一种连接方式。
[0009] 所述的太阳能光伏-氢储能发电系统,其特征在于:所述的太阳能光伏电池为晶体硅电池或非晶体硅电池。[0010] 所述的太阳能光伏-氢储能发电系统,其特征在于:所述的电解槽为碱性电解槽、 固体氧化物电解槽或质子交换膜电解槽。
[0011] 所述的太阳能光伏-氢储能发电系统,其特征在于:所述的储氢罐为金属合金储氢罐或纳米碳管储氢罐。
[0012] 所述的太阳能光伏-氢储能发电系统,其特征在于:所述的燃料电池为碱性燃料电池、固体氧化物燃料电池或质子交换膜燃料电池。
[0013] 所述的太阳能光伏-氢储能发电系统,其特征在于:所述的直流负载为使用直流电工作的用电器(比如:直流压缩机冰箱、LED灯等)。
[0014] 本发明以制取氢气储能替代蓄电池储能,主要有以下优越性:第一,无论是金属合金储氢还是纳米碳管储氢,其能量密度均远高于蓄电池;第二,氢的储存基本没有时间限制,而蓄电池如长时间蓄电,必须考虑硫酸化和自放电问题;第三,金属储氢罐及纳米碳管储氢罐的维护工作量极少,维护周期以若干年计,而蓄电池的维护工作量大,使用寿命不长。本发明系统基于环境友好和利用可再生能源的两大理念,冲破了依赖以破坏环境、向自然界大量索取不可再生能源发展模式的束缚,因而可在拥有丰富太阳能资源的偏远地区、 岛屿等市电无法到达的地方推广使用。
[0015] 本发明与传统太阳能光伏蓄电池储能系统比较优势表现在:
(1)氢气储能。氢能是一种高密度、环境友好型能源,燃烧产物水对环境没有污染,且储氢罐使用寿命长、故障率低、从而使得系统运行维护工作量少。
[0016] (2)本发明系统省去光伏电池与功率分配器间的防反充二极管,系统中是以氢能的形式将富余的电能储存起来,其区别于蓄电池的储能方式,不会对光伏电池倒充电,进而不会影响光伏电池性能。
附图说明
[0017] 图1是本发明系统的结构示意图。
[0018] 图中:1为太阳能光伏电池,2为功率分配器,3为电解槽,4为储氢罐,5为燃料电池,6为直流负载。
具体实施方式
[0019] 请参阅图1,它是本发明一种太阳能光伏-氢储能发电系统一较佳实例的结构示意图。如图所示:系统动力源太阳能光伏电池1,通过导线与功率分配器2电连接,光伏电池发电原理是利用半导体材料的光生伏打效应特性将光能转换成为电能。功率分配器2的 I输出端口通过导线与直流负载6的输入端电连接,II输出端口通过导线与电解槽3的输入端电连接,在功率分配器2中,由分配器内部的集成电路根据光伏电池的发电情况负责将产生的电能合理的分配输出到直流负载6和电解槽3中。太阳能光伏电池与电解槽容量匹配通过合理设计不同数量的光伏电池组件片的串、并联来满足电解槽工作电压、电流的要求来实现。电解槽电解水制出的氢气通过管路与储氢罐4入口连接,进而实现了将富余的电能转化为氢能的目的。夜间,阴雨天或光照不足时,光伏电池板产生的电能不能满足直流负载的正常使用则启用燃料电池5发电,燃料电池5入口通过管路与储氢罐4出口连接, 氢气跟氧气在燃料电池5的质子反应堆内进行化学反应产生电能,氧气从吸入的大气中直接获取,产生的电能通过导线与直流负载6电连接,进而达到使用电负载连续运行的效果。
[0020] 本发明系统中的功率分配器是负责将光伏电池产生的电能合理的分配到电解水制氢的电解槽和直流负载中。
[0021] 本发明系统中为氢储能,避免了光伏蓄电池储能发电系统中,光伏电池不工作时, 蓄电池对其倒放电现象,故省去了光伏蓄电池储能系统中的防反充二极管。
[0022] 本发明中的储能再发电装置中:电解槽产氢出口通过管路与储氢罐入口连接,储氢罐出口通过管路与燃料电池入口连接,目的在于为燃料电池提供燃料氢气,燃料电池的输出端通过导线与直流负载的输入端电连接。
[0023] 光伏电池采用深圳光澜世纪绿色能源有限公司的单晶硅太阳能电池,型号 Lax-85,峰值电压17. 6V,峰值电流4. 83A,标准功率85W ;燃料电池采用上海攀业氢能公司的WiyX-220质子交换膜燃料电池;电解槽采用山东赛克赛斯公司的QL-1000固体聚合物电解槽,工作电压12V,日耗电量1. Ilkff · h ;储氢罐采用北京浩运工贸有限公司的 HYM300, 300NL (标准升),4kg的金属氢化物储氢罐;直流负载选用容声B⑶-179S/C直流压缩机冰箱,额定耗电量0. 33kff · h/24小时。
[0024] 作为可变化的实施方式,所述的直流负载6,在经过DC/AC逆变器将直流电转化为交流电后也可以为交流负载。
[0025] 作为可变化的实施方式,所述的太阳能光伏电池1可以为晶体硅电池或非晶体硅电池。
[0026] 作为可变化的实施方式,所述的电解槽3可以为碱性电解槽、固体氧化物电解槽或质子交换膜电解槽。
[0027] 作为可变化的实施方式,所述的储氢罐4可以为金属合金储氢罐或纳米碳管储氢罐。
[0028] 作为可变化的实施方式,所述的燃料电池5可以为碱性燃料电池、固体氧化物燃料电池或质子交换膜燃料电池。
[0029] 综上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰,都应为本发明的技术范畴。

Claims (3)

1. 一种太阳能光伏-氢储能发电系统,其特征在于:它包括系统动力源太阳能光伏电池(1)、功率控制分配器(2)、直流负载(6)、和由电解槽(3)、储氢罐(4)、燃料电池(5)组成的储能再发电装置;其中:太阳能光伏电池(1)的输出端通过导线与功率分配器(2)的输入端电连接,功率分配器(2)的I输出端口通过导线与直流负载(6)的输入端电连接,II输出端口通过导线与电解槽(3 )的输入端电连接;在氢储能再发电装置中,电解槽(3 )产氢出口通过管路与储氢罐(4)入口连接,储氢罐(4)出口通过管路与燃料电池(5)入口连接,燃料电池(5)的输出端通过导线与直流负载(6)的输入端电连接。
2.根据权利要求1所述的太阳能光伏-氢储能发电系统,其特征在于:所述的太阳能光伏电池(1)与电解槽(3)的连接方式为直接耦合连接方式。
3.根据权利要求2所述的太阳能光伏-氢储能发电系统,其特征在于:所述的太阳能光伏电池(1)与电解槽(3)的直接耦合连接方式为通过设计匹配由4片光伏电池并联组成的光伏电池组作为本系统的动力源以满足电解槽工作电压、电流工作要求的一种连接方式。
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