CN110601231A - 一种基于光伏制氢储能的光伏和燃料电池一体化发电系统 - Google Patents

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Abstract

一种基于光伏制氢储能的光伏和燃料电池一体化发电系统，包括光伏阵列、光伏‑燃料电池一体化逆变器、质子交换膜水电解槽、储氢设备、氢燃料电池、负载、电网、电流传感器、EMS管理系统，其特征在于：所述光伏‑燃料电池一体化逆变器与光伏阵列、质子交换膜水电解槽、氢燃料电池均相连，质子交换膜水电解槽与氢燃料电池之间连接有储氢设备，光伏‑燃料电池一体化逆变器包括MPPT控制电路、逆变电路、直流变换电路，MPPT控制电路输入端连接光伏阵列。本发明以光伏制氢储能方式作为储能环节，控制方法是当光伏发电满足负载用电并产生富余时，通过电解水制氢将多余的能量储存起来；在光伏发电不能满足负载用电时，将储存的氢通过燃料电池转换为电能，甚至和电网一起联合向负载供电，从而保证了系统供电的连续性，进一步提高太阳能的利用率。

Description

一种基于光伏制氢储能的光伏和燃料电池一体化发电系统
技术领域
本发明涉及新能源技术领域，具体为一种基于光伏制氢储能的光伏和燃料电池一体化发电系统。
背景技术
近年来，国内外光伏技术有了巨大进步，太阳电池性能和可靠性大大提高，成本和销售价不断降低，已达到规模化生产阶段。太阳能光伏发电成本的不断降低，有利于低价电制氢的发展。低成本生产氢是实现氢能利用的关键。另外，在光伏应用上，蓄电池是常规的储能装置，但其成本较高、污染较大、使用寿命短的问题一直难以解决。本发明中循环利用的氢能是一种高效、环保的能源，在工业中受到广泛的应用，由于它是可再生能源，且燃烧产物水亦有利于环境，通过太阳能电池组件的光能引入动力源，通过电解氢气储能的方式，更为经济环保，特别适合民用发展。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足之处，从而提供一种基于光伏制氢储能的光伏和燃料电池一体化发电系统，扭转光伏市场上传统使用蓄电池(铅酸或者锂电)作为能源储存的方式，避免了传统蓄电池带来的经济性不高、环境污染大的问题。
本发明的技术方案是：一种基于光伏制氢储能的光伏和燃料电池一体化发电系统，包括光伏阵列、光伏-燃料电池一体化逆变器、质子交换膜水电解槽、储氢设备、氢燃料电池、负载、电网、电流传感器、EMS管理系统，其特征在于：所述光伏-燃料电池一体化逆变器与光伏阵列、质子交换膜水电解槽、氢燃料电池均相连，质子交换膜水电解槽与氢燃料电池之间连接有储氢设备，光伏-燃料电池一体化逆变器包括MPPT控制电路、逆变电路、直流变换电路，MPPT控制电路输入端连接光伏阵列，MPPT控制电路输出端一路连接逆变电路、另一路连接直流变换电路，逆变电路输出端连接负载、电流互感器，同时与电网连接，直流变换电路输出端通过K1连接质子交换膜水电解槽，进行制氢控制，直流变换电路输出端通过K2连接氢燃料电池，进行氢能发电控制。
所述EMS管理系统分别连接质子交换膜水电解槽、MPPT控制电路、逆变电路、直流变换电路、氢燃料电池、电流互感器。
本发明的有益效果是：本发明提供一种基于光伏制氢储能的光伏和燃料电池一体化发电系统，该系统以光伏制氢储能方式作为储能环节，控制方法是当光伏发电满足负载用电并产生富余时，通过电解水制氢将多余的能量储存起来；在光伏发电不能满足负载用电时，将储存的氢通过燃料电池转换为电能，甚至和电网一起联合向负载供电，从而保证了系统供电的连续性，同时提高了太阳能的利用率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图1中，1-光伏阵列，2-光伏-燃料电池一体化逆变器，3-质子交换膜水电解槽，4-储氢设备，5-氢燃料电池，6-负载，7-电网，8-电流互感器，9-EMS管理系统，21-MPPT控制电路，22-逆变电路，23-直流变换电路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明是一种基于光伏制氢储能的光伏和燃料电池一体化发电系统，包括光伏阵列1、光伏-燃料电池一体化逆变器2、质子交换膜水电解槽3、储氢设备4、氢燃料电池5、负载6、电网7、电流传感器8、EMS管理系统9，其特征在于：所述光伏-燃料电池一体化逆变器2与光伏阵列1、质子交换膜水电解槽3、氢燃料电池5均相连，质子交换膜水电解槽3与氢燃料电池5之间连接有储氢设备4，光伏-燃料电池一体化逆变器2包括MPPT控制电路21、逆变电路22、直流变换电路23，MPPT控制电路21输入端连接光伏阵列1，MPPT控制电路21输出端一路连接逆变电路22、另一路连接直流变换电路23，逆变电路22输出端连接负载6、电流互感器8，同时与电网7连接，直流变换电路23输出端通过K1连接质子交换膜水电解槽3，进行制氢控制，直流变换电路23输出端通过K2连接氢燃料电池5，进行氢能发电控制。
所述EMS管理系统9分别连接质子交换膜水电解槽3、MPPT控制电路21、逆变电路22、直流变换电路23、氢燃料电池5、电流互感器8。
本发明的工作原理为：
当负载6用电功率接近光伏发电功率时，系统工作在正常光伏并网自发自用模式；当负载6用电功率小于光伏发电功率时，系统通过光伏发电优先满足负载用电，并将剩余的电用来制氢并存储起来；当负载6用电功率大于光伏发电功率时，系统采用光伏和氢燃料电池5联合发电模式，光伏阵列1通过光伏发电，同时将存储的氢气输送至氢燃料电池5发电，共同供给负载6；当没有光照情况下，光伏停止发电，系统通过氢燃料电池5和电网7共同给负载6供电。
本发明的能量来源由太阳能阵列提供，能量转换过程由太阳能转换为化学能，再制备氢气作为燃料电池的燃料，再将化学能释放为电能，无需其他储能装置。
本发明中光伏发电和氢燃料电池5发电共用一套逆变电路22，电解制氢和氢燃料电池5共用一套直流变换电路23，大大节省了硬件成本。
本发明中是通过电流互感器8检测并网点的电流方向和阀值来判断光伏发电和负载6用电情况，当电流来自电网7且大于阀值，说明光伏发电小于负载6用电；当电流来自电网7且小于阀值，说明光伏发电接近负载6用电；当电流流向电网7且大于阀值，说明光伏发电大于负载6用电。
本发明中，氢燃料电池5供电系统既可以作为蓄能设备，储存富余的太阳能，又可以作为备用的电力供给系统，以弥补太阳能供电的不稳定性和不足。在太阳能发电充足时，利用多余的太阳能电电解制取氢并贮存起来作为氢燃料电池5的燃料来源。待在太阳能发电不足或者市电无法供电，又急需应急供电时则可以启用氢燃料电池5辅助供电，通过氢燃料电池5的加入，可以进一步提高太阳能的利用率。

Claims (2)

1.一种基于光伏制氢储能的光伏和燃料电池一体化发电系统，包括光伏阵列(1)、光伏-燃料电池一体化逆变器(2)、质子交换膜水电解槽(3)、储氢设备(4)、氢燃料电池(5)、负载(6)、电网(7)、电流传感器(8)、EMS管理系统(9)，其特征在于：所述光伏-燃料电池一体化逆变器(2)与光伏阵列(1)、质子交换膜水电解槽(3)、氢燃料电池(5)均相连，质子交换膜水电解槽(3)与氢燃料电池(5)之间连接有储氢设备(4)，光伏-燃料电池一体化逆变器(2)包括MPPT控制电路(21)、逆变电路(22)、直流变换电路(23)，MPPT控制电路(21)输入端连接光伏阵列(1)，MPPT控制电路(21)输出端一路连接逆变电路(22)、另一路连接直流变换电路(23)，逆变电路(22)输出端连接负载(6)、电流互感器(8)，同时与电网(7)连接，直流变换电路(23)输出端通过K1连接质子交换膜水电解槽(3)，进行制氢控制，直流变换电路(23)输出端通过K2连接氢燃料电池(5)，进行氢能发电控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于光伏制氢储能的光伏和燃料电池一体化发电系统，其特征在于：所述EMS管理系统(9)分别连接质子交换膜水电解槽(3)、MPPT控制电路(21)、逆变电路(22)、直流变换电路(23)、氢燃料电池(5)、电流互感器(8)。
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