CN114268122A - 一种光伏能驱动的电网发电、制氢和蓄电耦合系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏能驱动的电网发电、制氢和蓄电耦合系统，属于光伏发电制氢系统。本发明利用光伏板收集的太阳能转化为电能，经逆变器系统转化后的电能可接入电网向电网供电、电解水制备氢气或给蓄电池蓄电，进而达到综合高效利用光伏能的目的。上述系统可高效利用白天的光伏能用于向电网供电、制备氢气和给蓄电池蓄电，进而达到降低家庭用电量，减少碳排放。
Description
技术领域
本发明属于光伏发电制氢系统，具体是一种光伏能驱动的电网发电、制氢和蓄电耦合系统。
背景技术
白天阳光充足时段利用光伏发电是一种方便廉价获取电能的方式，可充分利用家庭建筑的屋顶面积进行光伏发电，转化的电能可用于驱动家用电器设备或反馈给电网。
上述所述的典型的光伏发电系统由于没有自配储能系统，当白天光伏发电充足且家庭用电负荷低时，光伏发电多余的电能只能以较低价格卖给电网公司；而到了晚上，家庭用电负荷上升，电网反过来直接向家庭以较高价格供电，存在经济性损失。此外，大量这种不确定的、小规模的分散家用光伏系统接入电网，会对电网造成冲击，电网的安全性存在一定隐患。
发明内容
本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是如何综合经济、高效利用家庭屋顶的光伏能，减少光伏发电系统对电网的冲击，提供一种光伏能驱动的电网发电、制氢和蓄电耦合系统，该系统一方面可有效利用家庭屋顶建筑面积安装光伏板用于发电，另一方面利用储氢系统及蓄电池系统进行储能，调节光伏能的错配特性，从而减少家庭用电量，提高经济性，减少碳排放。
为达到上述目的，本发明的一种光伏能驱动的电网发电、制氢和蓄电耦合系统，包括光伏板、逆变器系统、电路控制器、电网、蓄电池系统、电路控制器、用电设备、逆变器系统、燃料电池系统、储氢系统、加氢机、电解槽系统、过滤系统，所述过滤系统左侧具有外部进水口、循环水进水口、出水口，所述的电解槽系统具有进水口、出水口、氢气出口、氧气出口，所述的加氢机具有氢气进口、氢气出口，所述的储氢系统具有氢气进口、供氢口、氢气出口，所述的燃料电池系统具有氢气进口、空气进口、尾气出口，其特征是：所述光伏板依次通过逆变器系统、电路控制器与蓄电池系统、电解槽系统进行电路连接，所述电路控制器分别通过其内置电路接口与电网、蓄电池系统、供电设备、燃料电池系统进行连接，另外还留有一充电接口用于给新能源汽车充电，所述过滤系统的出水口连通所述电解槽系统的进水口，所述电解槽系统的出水口连接所述过滤系统的循环水进水口、氢气出口连通所述加氢机的氢气进口，所述加氢机的氢气出口连通储氢系统的氢气进口，所述储氢系统的氢气出口连通所述燃料电池系统的氢气进口。
作为优选技术手段：所述光伏板依次通过逆变器系统、电路控制器与蓄电池系统、电解槽系统进行电路连接，光伏板产生的电能经过逆变器系统的逆变后，可在电路控制器的智能控制下选择向电网进行输电或给蓄电池系统供电或给电解槽系统进行供电水解制氢。
作为优选技术手段：所述电路控制器根据蓄电池系统的反馈信号和储氢系统的反馈信号来确定是运行在电网供电模式或蓄电池系统充电模式或电解制氢模式，电网供电模式下将光伏电能用于给电网输电，蓄电池系统充电模式下光伏电能用于给蓄电池系统充电，电解制氢模式下光伏电能用于给电解槽系统供电制备氢气。
作为优选技术手段：所述电路控制器分别通过其内置电路接口与电网、蓄电池系统、供电设备、燃料电池系统进行连接，另外还留有一充电接口用于给新能源汽车充电。
作为优选技术手段：所述电路控制器可根据蓄电池系统的反馈信号和储氢系统的反馈信号来确定各个电路接口的电源来源，当蓄电池系统电量与储氢系统压力均低于设定值时，各个电路接口由电网直接供电，当蓄电池系统电量或储氢系统压力高于设定值时，各个电路接口由蓄电池系统或燃料电池系统进行供电。
作为优选技术手段：所述过滤系统的出水口连通所述电解槽系统的进水口。
作为优选技术手段：所述电解槽系统的出水口连接所述过滤系统的循环水进水口、氢气出口连通所述加氢机的氢气进口。
作为优选技术手段：所述加氢机的氢气出口连通储氢系统的氢气进口。
作为优选技术手段：所述储氢系统的氢气出口连通所述燃料电池系统的氢气进口。
作为优选技术手段：所述储氢系统的供氢口可用于给氢能汽车进行加氢。
本发明提出了一种光伏能驱动的电网发电、制氢和蓄电耦合系统，该系统一方面可有效利用家庭屋顶建筑面积安装光伏板用于发电，另一方面利用储氢系统及蓄电池系统进行储能，调节光伏能的错配特性，从而减少家庭用电量，提高经济性，减少碳排放。
附图说明
图1为本发明一种光伏能驱动的电网发电、制氢和蓄电耦合系统；
图中标号说明：1-光伏板；2-逆变器系统；3-第一电路控制器；4-电网；5-蓄电池系统；6-第二电路控制器；7-用电设备；8-逆变器系统；9-燃料电池系统；10-储氢系统；11-加氢机；12-电解槽系统；13-过滤系统。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明做进一步说明。
如图1所示，本发明的一种光伏能驱动的电网发电、制氢和蓄电耦合系统，包括光伏板1、第一逆变器系统2、第一电路控制器3、电网4、蓄电池系统5、第二电路控制器6、供电设备7、第二逆变器系统8、燃料电池系统9、储氢系统10、加氢机11、电解槽系统12、过滤系统13，所述过滤系统13左侧具有外部进水口、循环水进水口、出水口，所述的电解槽系统12具有进水口、出水口、氢气出口、氧气出口，所述的加氢机11具有氢气进口、氢气出口，所述的储氢系统10具有氢气进口、供氢口、氢气出口，所述的燃料电池系统9具有氢气进口、空气进口、尾气出口，其特征是：所述光伏板1依次通过第一逆变器系统2、第一电路控制器3与蓄电池系统5、电解槽系统12进行电路连接，所述第二电路控制器6分别通过其内置电路接口与电网4、蓄电池系统5、供电设备7、燃料电池系统9进行连接，另外还留有一充电接口用于给新能源汽车充电，所述过滤系统13的出水口连通所述电解槽系统12的进水口，所述电解槽系统12的出水口连接所述过滤系统13的循环水进水口、氢气出口连通所述加氢机11的氢气进口，所述加氢机11的氢气出口连通储氢系统10的氢气进口，所述储氢系统10的氢气出口连通所述燃料电池系统9的氢气进口。
光伏板1、第一逆变器系统2、第一电路控制器3、电网4、蓄电池系统5、第二电路控制器6、供电设备7、第二逆变器系统8、燃料电池系统9、储氢系统10、加氢机11、电解槽系统12、过滤系统13等部件构成一光伏能驱动的电网发电、制氢和蓄电耦合系统。光伏板1、第一逆变器系统2、第一电路控制器3、电网4、蓄电池系统5构成一光伏发电子系统。第二逆变器系统8、燃料电池系统9、储氢系统10、加氢机11、电解槽系统12、过滤系统13等部件构成氢能燃料电池发电子系统。
燃料电池发电子系统工作原理如下：光伏板1发电的电能在第一电路控制器3的控制下给电解槽系统12供电用于电解水制氢。电解槽系统12制取的氢气经过加氢机11加压后被压入储氢系统10中，待储氢系统10内的压力达到设定值后，电解制氢停止；当燃料电池系统9运行时，储氢系统10中的氢气与空气一同进入燃料电池系统9内进行发电，尾气排空，燃料电池系统9产生的电能可用于给蓄电池系统5充电或经过第二逆变器系统8后，经第二电路控制器6切换控制后向供电设备7、车辆充电口供电。
光伏发电子系统工作时，光伏板1将收集的太阳能转化成直流电，直流电经过逆变器2转化成交流电(一般为220V，50HZ正弦)。当第一电路控制器3由反馈信号得知蓄电池系统5充电和储氢系统10储氢均饱和时，第一电路控制器3运行在向电网4充电模式，经第一逆变器系统2转化的交流电直接向电网4输出；当第一电路控制器3由反馈信号得知蓄电池系统5充电未饱和或储氢系统10储氢未饱和时，第一电路控制器3运行在蓄电池充电模式或电解制氢模式，经第一逆变器系统2转化的交流电直接向蓄电池系统5充电或用于给电解槽系统12供电电解水制氢。
当第二电路控制器6由反馈信号得知蓄电池系统5电量充足或储氢系统10储氢充足时，第二电路控制器6切换到蓄电池系统5或燃料电池系统9向供电设备7、车辆充电口供电；当第二电路控制器6由反馈信号得知蓄电池系统5电量不足和储氢系统10储氢不足时，第二电路控制器6切换到外部电网4直接给供电设备7、车辆充电口供电。
蓄电池系统5可用于匹配家庭用电需求，白天光伏子系统发电给蓄电池系统5充电；黑夜时，家庭用电需求增加，可利用白天蓄电池系统5存储的电能。当蓄电池系统5充电饱满后，光伏发电子系统进入电解制氢模式。将光伏系统的多余电力用于制备氢气，制取的氢气亦可用于给氢能汽车供氢。
过滤系统13用于对进入电解槽系统12内的水进行过滤，提高电解槽系统的可靠性与安全性。
上述一种光伏能驱动的电网发电、制氢和蓄电耦合系统，该系统一方面可有效利用家庭屋顶建筑面积安装光伏板用于发电，另一方面利用储氢系统及蓄电池系统进行储能，调节光伏能的错配特性，从而减少家庭用电量，提高经济性，减少碳排放。
以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (10)
1.一种光伏能驱动的电网发电、制氢和蓄电耦合系统，包括光伏板(1)、第一逆变器系统(2)、第一电路控制器(3)、电网(4)、蓄电池系统(5)、第二电路控制器(6)、供电设备(7)、第二逆变器系统(8)、燃料电池系统(9)、储氢系统(10)、加氢机(11)、电解槽系统(12)、过滤系统(13)，所述过滤系统(13)左侧具有外部进水口、循环水进水口、出水口，所述的电解槽系统(12)具有进水口、出水口、氢气出口、氧气出口，所述的加氢机(11)具有氢气进口、氢气出口，所述的储氢系统(10)具有氢气进口、供氢口、氢气出口，所述的燃料电池系统(9)具有氢气进口、空气进口、尾气出口，其特征是：所述光伏板(1)依次通过第一逆变器系统(2)、第一电路控制器(3)与蓄电池系统(5)、电解槽系统(12)进行电路连接，所述第二电路控制器(6)分别通过其内置电路接口与电网(4)、蓄电池系统(5)、供电设备(7)、燃料电池系统(9)进行连接，另外还留有一充电接口用于给新能源汽车充电，所述过滤系统(13)的出水口连通所述电解槽系统(12)的进水口，所述电解槽系统(12)的出水口连接所述过滤系统(13)的循环水进水口、氢气出口连通所述加氢机(11)的氢气进口，所述加氢机(11)的氢气出口连通储氢系统(10)的氢气进口，所述储氢系统(10)的氢气出口连通所述燃料电池系统(9)的氢气进口。
2.根据权利要求1所述一种光伏能驱动的电网发电、制氢和蓄电耦合系统，其特征是：所述光伏板(1)依次通过第一逆变器系统(2)、第一电路控制器(3)与蓄电池系统(5)、电解槽系统(12)进行电路连接，光伏板(1)产生的电能经过第一逆变器系统(2)的逆变后，在第一电路控制器(3)的智能控制下选择向电网(4)进行输电或给蓄电池系统(5)供电或给电解槽系统(12)进行供电水解制氢。
3.根据权利要求1所述一种光伏能驱动的电网发电、制氢和蓄电耦合系统，其特征是：所述第一电路控制器(3)根据蓄电池系统(5)的反馈信号和储氢系统(10)的反馈信号来确定是运行在电网供电模式或蓄电池系统充电模式或电解制氢模式，电网供电模式下将光伏电能用于给电网(4)输电，蓄电池系统充电模式下光伏电能用于给蓄电池系统(5)充电，电解制氢模式下光伏电能用于给电解槽系统(12)供电制备氢气。
4.根据权利要求1所述一种光伏能驱动的电网发电、制氢和蓄电耦合系统，其特征是：所述第二电路控制器(6)分别通过其内置电路接口与电网(4)、蓄电池系统(5)、供电设备(7)、燃料电池系统(9)进行连接，另外还留有一充电接口用于给新能源汽车充电。
5.根据权利要求1所述一种光伏能驱动的电网发电、制氢和蓄电耦合系统，其特征是：所述第二电路控制器(6)根据蓄电池系统(5)的反馈信号和储氢系统(10)的反馈信号来确定各个电路接口的电源来源，当蓄电池系统(5)电量与储氢系统(10)压力均低于设定值时，各个电路接口由电网(4)直接供电，当蓄电池系统(5)电量或储氢系统(10)压力高于设定值时，各个电路接口由蓄电池系统(5)或燃料电池系统(9)进行供电。
6.根据权利要求1所述一种光伏能驱动的电网发电、制氢和蓄电耦合系统，其特征是：所述过滤系统(13)的出水口连通所述电解槽系统(12)的进水口。
7.根据权利要求1所述一种光伏能驱动的电网发电、制氢和蓄电耦合系统，其特征是：所述电解槽系统(12)的出水口连接所述过滤系统(13)的循环水进水口、氢气出口连通所述加氢机(11)的氢气进口。
8.根据权利要求1所述一种光伏能驱动的电网发电、制氢和蓄电耦合系统，其特征是：所述加氢机(11)的氢气出口连通储氢系统(10)的氢气进口。
9.根据权利要求1所述一种光伏能驱动的电网发电、制氢和蓄电耦合系统，其特征是：所述储氢系统(10)的氢气出口连通所述燃料电池系统(9)的氢气进口。
10.根据权利要求1所述一种光伏能驱动的电网发电、制氢和蓄电耦合系统，其特征是：所述储氢系统(10)的供氢口用于给氢能汽车进行加氢。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20220401 |