CN102983618A - 独立式光伏燃料电池电热联供能源系统容量配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种独立式光伏燃料电池电热联供能源系统容量配置方法，包括以下步骤：设定光伏组件数量的最小值N的初始值为0；确定氢罐容量；确定光伏组件数量的最小值N=N+1；以系统当地的负载和气候条件数据为依据，使用系统模型，基于当前光伏阵列数量和氢罐容量，确定一组系统的容量配置；判断系统的容量是否满足负载全年的需求；输出系统最小容量配置方案；定义相应的评价指标，计算该系统配置的购置成本和系统效率以便进行量化分析，评价系统的经济和技术性能。本发明从系统能源存储元件氢罐容量入手，基于一系列最小容量配置，通过比较不同配置的指标来确定能实现全年能源供需平衡的最佳配置方案。

Description

独立式光伏燃料电池电热联供能源系统容量配置方法

技术领域

本发明涉及一种独立式光伏燃料电池电热联供能源系统，尤其涉及该种能源系统的容量配置方法，属于新能源技术领域。

背景技术

中国偏远的西北地区环境恶劣、地域广阔且居民居住分散，大电网难以覆盖，该地区冬天供暖采用煤炭等污染严重且存储量有限的化石资源，但该地区却拥有非常丰富的太阳能资源。独立式光伏燃料电池电热联供分布式能源系统可以充分利用该地区丰富的太阳能，以解决该地区用电供暖的难题。

由于太阳能具有随机和间断的特性，独立式光伏能源系统要实现全年连续稳定的能源供应，必须采用必要的能源存储设备。蓄电池是一种传统的能源存储方式，技术较成熟，能源转换效率较高，但蓄电池用于能源存储的初始投资成本较高，且蓄电池的寿命较短，使用过程中可能要追加蓄电池的置换成本。因此，蓄电池并不是长期存储大量能源的最佳选择。以氢气为燃料的燃料电池是一种高效清洁的发电设备，其发电产物一般只有水，电能转换效率可达40％左右；同时由于氢能具有可储性，可使用电解池将光伏电能转换为氢能，利用寿命长、价格低的氢气罐来长期存储大量氢能，为燃料电池发电提供充足的燃料；另外，利用燃料电池发电时产生的废热可满足用户的热水和供暖需求，实现电热联供，可使燃料电池能源转换效率达到80％左右，从而进一步提高太阳能的利用率，节省住户在供暖和使用热水方面的支出。

由于光伏能源系统投资成本高，太阳能本身也受季节、天气和时间的影响很大，光伏阵列及其它系统元件的配置容量不能使用常规方法来设计。光伏能源系统在满足负载需求实现能源全年供需平衡的同时，也要考虑到整个光伏能源系统的投资成本和系统效率等问题，需要在系统实际投资建设以前合理配置系统各元件容量，在保证系统的可靠性，提高系统运行效率的同时，要避免不必要的投资，以免造成浪费。

中国专利申请号为200910081746.9，发明名称为“以固体氧化物燃料电池为发电装置的热泵型热电联供系统”的专利文献提及一种基于燃料电池热电联供系统，但该系统并未将燃料电池与光伏电能相结合，也未给出系统的容量配置方法。中国专利申请号为201010192735.0，发明名称为“混合能源发电系统的装置容量配置方法”的专利文献提及一种基于混合储能的容量配置方法，但该系统主要面向并网系统，并且仅提供电能，同时其配置方法主要以成本为评价指标。

澳大利亚皇家墨尔本理工大学Bahman Shabani等发表在《Hydrogen Energy》的《Anexperimental investigation of a PEM fuel cell to supply both heat and power in a solar-hydrogenRAPS system》中通过实验验证了电热联供可大幅提高光伏燃料电池系统的能源利用效率；丹麦奥尔堡大学AndersR.Korsgaard等发表在《Hydrogen Energy》的《Part one：A novel model ofHTPEM-based micro-combined heat and power fuel cell system》中给出了基于质子交换膜燃料电池的电热联供系统的仿真模型；清华大学的赵玺灵等发表在《华北电力大学学报》的《燃料电池冷热电联供系统的技术评价指标研究》中给出了基于燃料电池的冷热电联供系统的性能评价方法。

但是，上述文献均未提供针对于独立式光伏燃料电池电热联供能源系统的容量配置方法，以解决合理配置系统各元件容量，保证运行、避免投资浪费这一技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种独立式光伏燃料电池电热联供能源系统容量配置方法，在满足用户全年的电热需求的前提下，最大限度的提高系统的能源利用效率和降低系统投资成本。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种独立式光伏燃料电池电热联供能源系统容量配置方法，包括以下步骤：

1)设定光伏组件数量的最小值N的初始值为0；

2）确定氢罐容量；

3）确定光伏组件数量的最小值N＝N+1；

4）以系统当地的负载和气候条件数据为依据，使用系统模型，基于当前光伏阵列数量和氢罐容量的条件下，确定一组系统的容量配置，配置方法如下，

燃料电池的额定功率至少应为：

S_fc=P_lmax/E_converter

式中S_fc为燃料电池的额定功率；P_lmax为负载的最大额定功率；E_converter为功率变换器的效率；

电解池的额定功率为：

S_elec=max(V(t))

V(t)=min(v₁(t)，v₂(t))

v₁(t)>0，t∈[1,8760]

式中：S_elec为电解池的额定功率；v₁(t)为第t小时能够转换为氢能的光伏电能；v₂(t)为第t小时氢气罐可用于存储的能源容量；

逆变器的额定功率为最大负载功率的1.25倍；储热罐的设定温度为70度，其容量可满足全年之中一天的最大热需求；

5）判断步骤4）确定的系统的容量是否满足负载全年的需求；如果不满足回到步骤3）；如果满足则进入步骤6）；

6）输出系统最小容量配置方案；

7）定义相应的评价指标，计算该系统配置的购置成本和系统效率以便进行量化分析，评价系统的经济和技术性能；

$C_{\mathrm{sys}}=\underset{\mathrm{comp}}{\mathrm{\Σ}}(C_{\mathrm{comp}}\×S_{\mathrm{comp}})$

$E_{\mathrm{system}}=\frac{U_{\mathrm{PV}}\×E_{\mathrm{PV}}+U_{\mathrm{FC}}\×F_{\mathrm{FC}}+U_{\mathrm{Thermal}}\×E_{\mathrm{Thermal}}}{U_{\mathrm{Total}}}$

C_sys为系统的购置成本；C_comp为元件的购置成本；S_comp为元件容量；E_system为光伏电能的系统使用效率，U_PV为由光伏阵列提供给负载的电能，U_FC为由燃料电池提供给负载的电能，U_Thermal为燃料电池提供给用户的热能，U_Total为光伏阵列生产的电能总量；

E_PV为由光伏阵列向负载供电时的电能使用效率，在此EPV即为功率变换器的效率E_converter；

E_FC为通过电解池和燃料电池来满足负载用电需求的光伏电能的循环使用效率，在此E_FC为：

E_FC=E_Elec×E_fc×E_help

$E_{\mathrm{fc}}=\frac{P_L}{P_{H_2}}=\frac{I_{\mathrm{fc}}{V}_{\mathrm{fc}}}{0.5I_{\mathrm{fc}}{N}_{\mathrm{fc}}\mathrm{C\Δh}}$

$E_{\mathrm{Elec}}={\mathrm{\η}}_I\×{\mathrm{\η}}_V={\mathrm{\η}}_I\×\frac{1.48}{V_{\mathrm{elec}}}\×100\%$

式中：E_fc为燃料电池将氢能转换为电能的效率；C是氢能消耗速率与电堆电流之间的传递系数为0.6267mg/(A min)；Δh是氢生成焓的高热值为285.84kJ/mol；E_Elec为电解池将电能转化为氢能的效率；η_I为PEMWE的电流效率；η_V为PEMWE的电压效率；E_help为氢能系统中所有辅助元件的整体效率；

E_Thermal为通过燃料电池来满足负载用热需求的光伏电能的循环使用效率：

$E_{\mathrm{Thermal}}=E_{\mathrm{Elec}}\×\frac{P_{\mathrm{Water}}}{P_{H_2}}\×E_{\mathrm{help}}=E_{\mathrm{Elec}}\×\frac{m_{H_{2}O}{c}_{H_{2}O}\mathrm{\ΔT}}{0.5I_{\mathrm{fc}}{N}_{\mathrm{fc}}\mathrm{C\Δh}}\×E_{\mathrm{help}}$

式中：m_H2O是热水流速，单位为kg/s；C_H2O为水的比热，单位为kJ/(kgK)；ΔT是热交换器出口和入口的热水温差，单位为K；

8）输出该系统配置及其性能指标。

本发明的目的还可以通过以下技术方案进一步实现：

前述独立式光伏燃料电池电热联供能源系统容量配置方法，其中步骤2）所述氢罐容量以日电热能源需求量为单位，确定氢罐容量为M，M取值范围为1～365，分别计算M不同取值时，即氢罐容量可满足1年中不同天数时的系统配置及其性能指标。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该系统容量配置优化方法从系统能源存储元件氢罐容量入手，基于确定的系列最小容量配置，通过比较不同配置的指标来确定能实现全年能源供需平衡的最佳配置方案，该过程易于实现，在独立式光伏系统建设领域，具有实际应用和推广价值。该容量配置优化方法同时考虑了系统的投资成本和系统能源转换效率，在两个目标不能同时达到的情况下，用户可根据自己的需求特点选择相应的容量配置方案。

附图说明

图1为本发明中独立式光伏燃料电池电热联供分布式能源系统结构；

图2为本发明确定一组系统最小容量配置流程图；

图3为本发明确定一系列系统最小容量配置的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示为独立式光伏燃料电池电热联供分布式能源系统结构。该光伏能源系统包括光伏电池2、电解池9和质子交换膜燃料电池11、DC/DC功率变换器3、DC/DC功率变换器6、DC/DC功率变换器7、DC/DC功率变换器8、逆变器5、负载4、控制中心1和系统辅助元件(阀、泵、氢罐、储热水罐、换热器等)等，各电力元件通过功率变换器与直流总线相连，从而实现系统集成。直流总线上的电压稳定在V_bus=220V左右，各元件通过功率变换器实现输出特性的相互匹配。光伏阵列2首先通过最大功率点跟踪(MPPT)控制器获得最大功率输出，然后通过一个DC/DC功率变换器3将光伏电能送入直流总线；电解池9通过DC/DC功率变换器6从直流总线上吸收电能，并将其转换为氢能存储在氢罐10中，燃料电池11通过DC/DC功率变换器7向直流总线输出电能，燃料电池发电过程中产生的废热通过换热器12向用户提供热能；热水存储罐13通过DC-DC功率变换器8与直流总线相连，提供以电供热的途径。负载4通过逆变器5从直流总线上吸纳电能。控制中心1分别与系统中各元件双向连接，实现元件的运行控制和系统的协调控制。

下面说明该系统的能源管理策略。能源管理策略的目的是协调能源系统中各个元件，实现光伏电能的分配，在满足用户日常电热需求的同时实现全年的能源供需平衡。光伏电能首先满足负载的用电需求，当有剩余光伏电能时，通过电解池将其转换为氢能，并将氢能存储在氢气罐中；当氢罐已充满或电解池已满额工作，储热罐中热水也已达到额定温度后，仍有剩余光伏电能，这部分电能只能丢弃，这将导致系统效率下降。当光伏电能不足或没有时，利用氢能通过燃料电池发电来满足用户用电需求，同时通过换热器利用燃料电池发电过程中产生的废热来加热自来水，以满足用户的供暖和热水的需求；当燃料电池的废热和已储热能不足以满足用户的热需求时，储热水罐可通过电加热来弥补；如果氢罐存储的氢能不足以满足用户的电热需求，说明系统的容量配置设计不合理，不能满足用户全年的能源需求。

从以上过程可以看出，必须根据用户的电热年需求量和所在地光照资源丰富程度来为系统配置足够数量的光伏阵列和充足的能源(氢能)存储容量来避免能源供给不足的情况发生，同时为了降低系统的投资成本和提高光伏系统的能源使用效率，也必须在满足用户需求的同时，对光伏能源系统中各元件的容量进行优化，确定能够实现全年能源供需平衡的系统容量的最佳配置。

系统容量优化就是在系统模型的基础上，以系统所在地的温度、光照等气象数据和负载的电热需求数据为依据，在保证满足用户全年电热需求的约束下，以系统成本最小化和系统效率最大化为优化目标来确定系统的最小容量配置。

在实现系统容量合理配置的过程中，首先要获取系统所在地的温度、光照等气象数据和负载的电热需求数据，这些数据是进行系统配置的依据。对光伏电池、电解池、燃料电池、功率变换器和负载等主要元件建模，并将其集成搭建系统模型，该模型是进行系统配置的基础。在此为便于说明，给出光伏电池、电解池和燃料电池的机理模型如下：

1.光伏电池

I_PV＝I_ph-I_sat[exp((V_PV+R_sI_PV)/V_t)-1]-(V_PV+R_sI_PV)/R_p    (1)

   =I_ph(G_a，T_c)-I_D(G_a，T_c)-I_p(G_a，T_c)

V_t=(nkT_c)/q                                            (2)

式中：I_PV(V_PV)为电池的输出电流(电压)，单位A(V)；I_ph为光生电流，单位A；I_sat为二极管的反向饱和电流，单位A；R_s和R_p分别为串连和并联电阻，单位Ω；n为常数因子；q为电子电荷，1.6e-19C；k为波尔兹曼常量，1.38e-23J/K；I_D(I_p)为通过二极管(R_p)的电流，单位A；G_a为光照强度，单位W/m²；T_c为电池温度，单位K。

2.质子交换膜燃料电池PEMFC

电化学模型为PEMFC的静态特性模型，可预测电池的输出电压。单电池的电压等于电池的开路电压V_Nernst减去极化过电压η_fc,act、欧姆过电压η_fc,ohmic和浓度过电压η_fc,con，即：

V_fc=E_Nernst-η_fc，act-η_fc，ohmic-η_fc，con            (3)

由N_fc节单电池串联成电堆后的输出电压V_stack和功率P_stack为：

$\left\{\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{fc},\mathrm{stack}}=N_{\mathrm{fc}}{V}_{\mathrm{fc}}\\ P_{\mathrm{fc},\mathrm{stack}}=N_{\mathrm{fc}}{V}_{\mathrm{fc}}{I}_{\mathrm{fc}}\end{array}\right.---\left(4\right)$

3.质子交换膜水电解池PEMWE

单个PEM水电解池两侧的电压V_elec：

$V_{\mathrm{elec}}=E_{\mathrm{rev}}+{\mathrm{\η}}_{\mathrm{elec},\mathrm{act}}^{\mathrm{anod}}-{\mathrm{\η}}_{\mathrm{elec},\mathrm{act}}^{\mathrm{cath}}+{\mathrm{\η}}_{\mathrm{elec},\mathrm{ohmic}}---\left(5\right)$

式中：E_rev为可逆电压，单位V；

为阳极的极化过电压，单位V；

为阴极的极化过电压，单位V；V_elec,ohmic为欧姆过电压，单位V。

由N_elec节单电解池串联后的电解池电压V_elec,stack和功率P_elec,stack为：

$\left\{\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{elec},\mathrm{stack}}=N_{\mathrm{elec}}{V}_{\mathrm{elec}}\\ P_{\mathrm{elec},\mathrm{stack}}=N_{\mathrm{elec}}{V}_{\mathrm{elec}}{I}_{\mathrm{elec}}\end{array}\right.---\left(6\right)$

式中：I_elec为通过电解池的电流，单位A。

系统容量优化的技术方案是：首先确定氢罐的配置容量，光伏阵列中光伏组件的数量从1逐次递增，然后基于系统模型，根据能源管理策略，判定该数量的光伏组件和相应主要系统元件的组和容量配置，是否可在系统所在地的气象条件下满足用户全年的能源需求，当以最少数量光伏组件满足约束条件时，便确定了一组系统最小容量配置，然后根据系统性能评价指标计算该最小配置的经济(购置成本)和技术(系统效率)指标值。如果能源存储设备的容量太小，可能会出现用有限数量的光伏阵列不能满足负载全年负载需求的情况。

如图2所示，独立式光伏燃料电池电热联供能源系统容量配置方法具体包括以下步骤：

1)设定光伏组件数量的最小值N的初始值为0；

2）确定氢罐容量；

3）确定光伏组件数量的最小值N＝N+1；

4）以系统当地的负载和气候条件数据为依据，使用系统模型，基于当前光伏阵列数量和氢罐容量的条件下，确定一组系统的容量配置，配置方法如下，

燃料电池的额定功率至少应为：

S_fc=P_1max/E_converter

式中S_fc为燃料电池的额定功率；P_1max为负载的最大额定功率；E_converter为功率变换器的效率；

电解池的额定功率为：

S_elec=max(V(t))

V(t)=min(v₁(t)，v₂(t))

v₁(t)>0，t∈[1,8760]

式中：S_elec为电解池的额定功率；v₁(t)为第t小时能够转换为氢能的光伏电能；v₂(t)为第t小时氢气罐可用于存储的能源容量；

逆变器的额定功率为最大负载的1.25倍；储热罐的设定温度为70度，其容量可满足全年之中一天的最大热需求；

5）判断步骤4）确定的系统的容量是否满足负载全年的需求；如果不满足回到步骤3）；如果满足则进入步骤6）；

6）输出系统最小容量配置方案；

7）评价系统的经济和技术性能，定义相应的评价指标，计算该系统配置的购置成本和系统效率以便进行量化分析；

$C_{\mathrm{sys}}=\underset{\mathrm{comp}}{\mathrm{\Σ}}(C_{\mathrm{comp}}\×S_{\mathrm{comp}})$

$E_{\mathrm{system}}=\frac{U_{\mathrm{PV}}\×E_{\mathrm{PV}}+U_{\mathrm{FC}}\×F_{\mathrm{FC}}+U_{\mathrm{Thermal}}\×E_{\mathrm{Thermal}}}{U_{\mathrm{Total}}}$

C_sys为系统的购置成本；C_comp为元件的购置成本；S_comp为元件容量；E_system为光伏电能的系统使用效率，U_PV为由光伏阵列提供给负载的电能，U_FC为由燃料电池提供给负载的电能，U_Thermal为燃料电池提供给用户的热能，U_Total为光伏阵列生产的电能总量；

E_PV为由光伏阵列向负载供电时的电能使用效率，在此E_PV即为功率变换器的效率E_converter；

E_FC为通过电解池和燃料电池来满足负载用电需求的光伏电能的循环使用效率，在此E_FC为：

E_FC=E_Elec×E_fc×E_help

$E_{\mathrm{fc}}=\frac{P_L}{P_{H_2}}=\frac{I_{\mathrm{fc}}{V}_{\mathrm{fc}}}{0.5I_{\mathrm{fc}}{N}_{\mathrm{fc}}\mathrm{C\Δh}}$

$E_{\mathrm{Elec}}={\mathrm{\η}}_I\×{\mathrm{\η}}_V={\mathrm{\η}}_I\×\frac{1.48}{V_{\mathrm{elec}}}\×100\%$

式中：E_fc为燃料电池将氢能转换为电能的效率；C为氢能消耗速率与电堆电流之间的传递系数，0.6267mg/(A min)；Δh是氢生成焓的高热值，285.84kJ/mol；E_Elec为电解池将电能转化为氢能的效率；η_I为PEMWE的电流效率；η_V为PEMWE的电压效率；E_help为氢能系统中所有辅助元件的整体效率；

E_Thermal为通过燃料电池来满足负载用热需求的光伏电能的循环使用效率：

$E_{\mathrm{Thermal}}=E_{\mathrm{Elec}}\×\frac{P_{\mathrm{Water}}}{P_{H_2}}\×E_{\mathrm{help}}=E_{\mathrm{Elec}}\×\frac{m_{H_{2}O}{c}_{H_{2}O}\mathrm{\ΔT}}{0.5I_{\mathrm{fc}}{N}_{\mathrm{fc}}\mathrm{C\Δh}}\×E_{\mathrm{help}}$

式中：m_H2O是热水流速，单位为kg/s；c_H2O为水的比热，单位为kJ/(kg K)；ΔT是热交换器出口和入口的热水温差，单位为K；

8）输出该系统配置及其性能指标。

由上述系统容量配置方法可知，进行容量配置时应首先确定氢罐的配置容量，光伏阵列中光伏组件的数量从1逐次递增，然后基于系统模型，根据能源管理策略，判定该数量的光伏组件和相应系统元件的组和配置是否可在系统所在地的气象条件下满足负载全年的能源需求，当以最少数量光伏组件满足约束条件时，便确定了一组系统最小容量配置，然后根据相应指标计算该最小配置的经济(购置成本)和技术(系统效率)指标值，表1给出了系统主要元件常规效率、价格、寿命和操作与维护费用。

表1系统主要元件的效率、价格、寿命和操作与维护(O&M)费用

如图3所示，在前述得到一组系统最小容量配置及经济技术性能的基础上，在满足用户全年的电热需求的约束条件下，可以进一步将所述氢罐容量确定为以日电热能源需求量为单位，确定氢罐容量为M，M取值范围为1～365，从小到大分别计算M不同取值时的一系列的系统最小配置和性能指标，即氢罐容量可满足1年中不同天数时的系统最小配置及其性能指标。基于这一系列最小容量配置的系统性能（效率和成本），便可对不同配置的光伏能源系统的性能进行比较和分析了，用户可以根据自身的需求进行选择。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (2)

1.一种独立式光伏燃料电池电热联供能源系统容量配置方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)设定光伏组件数量的最小值N的初始值为0；

2）确定氢罐容量；

3）确定光伏组件数量的最小值N＝N+1；

4）以系统当地的负载和气候条件数据为依据，使用系统模型，基于当前光伏阵列数量和氢罐容量的条件下，确定一组系统的容量配置，配置方法如下，

燃料电池的额定功率至少应为：

S_fc=P_lmax/E_converter

式中S_fc为燃料电池的额定功率；P_1max为负载的最大额定功率；E_converter为功率变换器的效率；

电解池的额定功率为：

S_elec=max(V(t))

V(t)=min(v₁(t)，v₂(t))

v₁(t)>0，t∈[1,8760]

式中：S_elec为电解池的额定功率；v₁(t)为第t小时能够转换为氢能的光伏电能；v₂(t)为第t小时氢气罐可用于存储的能源容量；

逆变器的额定功率为最大负载功率的1.25倍；储热罐的设定温度为70度，其容量可满足全年之中一天的最大热需求；

5）判断步骤4）确定的系统的容量是否满足负载全年的需求；如果不满足回到步骤3）；如果满足则进入步骤6）；

6）输出系统最小容量配置方案；

7）定义相应的评价指标，计算该系统配置的购置成本和系统效率以便进行量化分析，评价系统的经济和技术性能；

$C_{\mathrm{sys}}=\underset{\mathrm{comp}}{\mathrm{\Σ}}(C_{\mathrm{comp}}\×S_{\mathrm{comp}})$

$E_{\mathrm{system}}=\frac{U_{\mathrm{PV}}\×E_{\mathrm{PV}}+U_{\mathrm{FC}}\×F_{\mathrm{FC}}+U_{\mathrm{Thermal}}\×E_{\mathrm{Thermal}}}{U_{\mathrm{Total}}}$

C_sys为系统的购置成本；C_comp为元件的购置成本；S_comp为元件容量；E_system为光伏电能的系统使用效率，U_PV为由光伏阵列提供给负载的电能，U_FC为由燃料电池提供给负载的电能，U_Thermal为燃料电池提供给用户的热能，U_Total为光伏阵列生产的电能总量；

E_PV为由光伏阵列向负载供电时的电能使用效率，在此E_PV即为功率变换器的效率E_converter；

E_FC为通过电解池和燃料电池来满足负载用电需求的光伏电能的循环使用效率，在此E_FC为：

E_FC=E_Elec×E_fc×E_help

$E_{\mathrm{fc}}=\frac{P_L}{P_{H_2}}=\frac{I_{\mathrm{fc}}{V}_{\mathrm{fc}}}{0.5I_{\mathrm{fc}}{N}_{\mathrm{fc}}\mathrm{C\Δh}}$

$E_{\mathrm{Elec}}={\mathrm{\η}}_I\×{\mathrm{\η}}_V={\mathrm{\η}}_I\×\frac{1.48}{V_{\mathrm{elec}}}\×100\%$

式中：E_fc为燃料电池将氢能转换为电能的效率；C是氢能消耗速率与电堆电流之间的传递系数为0.6267mg/(A min)；Δh是氢生成焓的高热值为285.84kJ/mol；E_Elec为电解池将电能转化为氢能的效率；η_I为PEMWE的电流效率；η_V为PEMWE的电压效率；E_help为氢能系统中所有辅助元件的整体效率；

E_Thermal为通过燃料电池来满足负载用热需求的光伏电能的循环使用效率：

$E_{\mathrm{Thermal}}=E_{\mathrm{Elec}}\×\frac{P_{\mathrm{Water}}}{P_{H_2}}\×E_{\mathrm{help}}=E_{\mathrm{Elec}}\×\frac{m_{H_{2}O}{c}_{H_{2}O}\mathrm{\ΔT}}{0.5I_{\mathrm{fc}}{N}_{\mathrm{fc}}\mathrm{C\Δh}}\×E_{\mathrm{help}}$

式中：m_H2O是热水流速，单位为kg/s；C_H2O为水的比热，单位为kJ/(kgK)；ΔT是热交换器出口和入口的热水温差，单位为K；

8）输出该系统配置及其性能指标。

2.如权利要求1所述的独立式光伏燃料电池电热联供能源系统容量配置方法，其特征在于，所述步骤2）中的氢罐容量以日电热能源需求量为单位，确定氢罐容量为M，M取值范围为1～365，分别计算M不同取值时，即氢罐容量可满足1年中不同天数时的系统配置及其性能指标。

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