CN114959759A - 一种光伏驱动的分步式氢-氧-电联产的装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种光伏驱动的分步式氢‑氧‑电联产的装置与方法，装置包括光伏电池单元、全自动控制单元和电解池单元；所述水系电池单元设置在产氢电解池和产氧电解池之间；所述产氢电解池和所述产氧电解池被离子交换膜分隔开，不共用电解环境液。本发明所述装置能够实现光伏驱动下，清洁、高效、全自动地控制分步电解水，以实现氢气、氧气在不同空间和时间上的分步制取；同时耦合水系电池单元，能够对产氢和产氧过程中存储的能量进行释放，实现了化学能转化为电能的高效产出。这种光驱动下的全自动控制氢‑氧‑电联产装置，实现了对能源的二次转换和有效利用，提高了清洁能源的转化效率。
Description
技术领域
本发明涉及电解水制氢技术领域，具体涉及一种光伏驱动的分步式氢-氧-电联产的装置与方法。
背景技术
氢能具有质量能量密度高、环境友好、无碳排放等的优点，是实现"碳中和"目标的关键。利用可再生能源的电解制氢技术是实现氢能制取的重要方式。除了氢气以外，氧气在炼油、炼钢、煤制气等工业领域也需求广泛。利用光伏技术可以将可再生的太阳能转换为电能用于驱动电化学水分解反应，实现零碳排放的氢气/氧气的制取。
然而，传统的电解水方式在单个腔室中发生会导致生产氢气和氧气不纯，容易产生具有爆炸性危害的混合物，需要增加额外的气体纯化步骤。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种光伏驱动的分步式氢-氧-电联产装置与方法。本发明整个装置由清洁能源太阳能驱动，利用自动化装置连接，实现了高效、节能、全自动的氢-氧-电联产，使得总体太阳能转化效率得到提高。
为了实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案。
一种光伏驱动的分步式氢-氧-电联产的装置，包括光伏电池单元、全自动控制单元和电解池单元；所述光伏电池单元与全自动控制单元连接用于控制电解池单元；
所述电解池单元包括壳体及设置在壳体内的产氢电解池、产氧电解池及水系电池单元，水系电池单元设置在产氢电解池和产氧电解池之间；所述产氢电解池包括:析氢电极、水系电池正极和产氢电解液；所述产氧电解池包括:析氧电极、水系电池负极和产氧电解液；所述水系电池单元包括：包含发生氧化后的水系电池正极以及发生还原后的水系电池负极；所述产氢电解液和产氧电解液设置在所述壳体内腔并由离子交换膜分隔；
所述产氢电解池产生的氢气通过出氢口排出，被储氢罐收集；所述产氧电解池产生的氧气通过出氧口排出，被储氧罐收集；
所述全自动控制单元与水系电池正极、水系电池负极连接向外放电。
作为本发明的进一步改进，所述壳体包括装置盒体与装置盖板，多个装置盒体依次拼接形成中空电解池，离子交换膜设置在中空电解池的中部，中空电解池两端通过装置盖板封装。
作为本发明的进一步改进，所述水系电池正极、析氢电极、水系电池负极和析氧电极均与离子交换膜平行设置。
作为本发明的进一步改进，所述装置盒体与装置盖板之间设置有硅橡胶垫片，装置盖板、硅橡胶垫片与装置盒体通过紧固件固定密封。
作为本发明的进一步改进，所述出氢口位于析氢电极所在的装置盒体上，出氢口通过气路管道与储氢罐连接；出氧口位于析氧电极所在的装置盒体上，出氧口通过气路管道与储氧罐连接。
作为本发明的进一步改进，所述光伏电池单元包括：太阳能电池板、正极接线、负极接线，所述全自动控制单元包括：电源正极输入口、电源负极输入口；
其中，正极接线与电源正极输入口连接，负极接线与电源负极输入口连接。
作为本发明的进一步改进，所述全自动控制单元包括：放电正极输入口、放电负极输入口、正极输出口和负极输出口，所述放电正极输入口与水系电池正极相连，放电负极输入口与水系电池负极相连；
所述正极输出口、析氧电极均和水系电池正极相连，所述负极输出口、析氢电极均和水系电池负极相连。
作为本发明的进一步改进，所述全自动控制单元包括：负载正极输出口、负载负极输出口；
所述负载单元包括负载接线、负载，负载两侧的负载接线分别与负载正极输出口，负载负极输出口相连。
作为本发明的进一步改进，所述全自动控制单元分为第一继电器、第二继电器、第三继电器和第四继电器；第一继电器的公共端COM1为电源正极输入口，与电源正极接线相连；第二继电器的公共端COM2为电源负极输入口，与电源负极接线相连；第三继电器的公共端COM3为负载正极输出口，与负载正极通过负载接线相连；第四继电器的公共端COM4为负载负极输出口，与负载负极通过负载接线相连；
第一继电器的常闭端为正极输出口，接析氧电极和水系电池正极，常开端空置；第二继电器常闭端为负极输出口，接析氢电极和水系电池负极，常开端空置；第三继电器常闭端为放电负极输入口，接水系电极负极，常开端空置；第四继电器常闭端为放电正极输入口，接水系电池正极，常开端空置。
一种光伏驱动的分步式氢-氧-电联产的装置的方法，包含以下步骤：
S1光伏电池单元发电过程：
所述光伏电池单元利用太阳能转化为电能，用于产氢电解池和产氧电解池工作；
S2产氢和正极充电过程：在产氢电解池中，光伏电池单元的负极与析氢电极相连，正极与水系电池正极相连，水分子在析氢电极表面被电化学还原为氢气，同时水系电池正极发生氧化反应，实现水系电池正极的充电，产生的氢气通过出氢口排出，被储氢罐收集；
S3产氧和负极充电过程：
在产氧电解池中，光伏电池单元的正极与析氧电极相连，负极与水系电池负极相连，水分子在析氧电极表面被电化学氧化为氧气，同时水系电池负极表面发生还原反应，实现电池负极部分的充电，产生的氧气通过出氧口排出，被储氧罐收集；
S4水系电池放电过程：在水系电池单元，经过产氢和产氧实现了水系电池正极和负极的充电过程，在化学势的作用下，组成的水系电池体系能够分别对水系电池单元的正负极实现还原和氧化，将化学能转变为电能进一步释放；光伏单元分别驱动S2和S3，且S2、S3和S4由控制单元全自动控制，分步进行，在保证输入和输出电荷量相等的前提下能够以不同电流密度和持续分步时间交替循环进行，最大的程度利用间歇性太阳能，实现对氢气、氧气、电能的分步持续生产。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本装置包含光伏电池单元、全自动控制单元、产氢电解池、产氧电解池及水系电池单元，能够实现光伏驱动下的全自动高效解耦水制取氢气和氧气；并耦合水系电池单元，能够对产氢和产氧过程中存储的能量进行释放，同时实现了对负载的供电，克服了采用现有电解水制氢方法存在的诸多问题，本发明所述装置能够利用可再生的太阳能，采用光伏电池板对装置提供能量，产氢、产氧和产电分步进行，实现了氢气和氧气在不同时间和空间上的制取，同时能够对产氢和产氧过程中存储的能量进行释放，实现了化学能转化为电能的高效产出，也实现了对能源的二次转换利用，能源转化效率大大提高。耦合全自动控制模块，设计简单实用，能够实现持续氢-电-氧联产，为绿色制氢、制氧、发电的工业化大规模生产提供一套可行的装置。
本发明的方法通过光伏电池单元与电解池单元的耦合，可以利用从太阳能转化而来的电能分布电解水制取氢气和氧气；通过水系电池单元与负载单元的耦合，可以利用系统中的化学能转化成电能对负载供电，通过全自动控制单元与以上两步的耦合，可以实现对氢-电联产的自动控制。而提供一种全自动地耦合分步电解水装置和水系电池的一体化系统与方法，以解决现有分步电解水技术中氢气和氧气在制取灵活性上的不足，实现了自动控制氢气、氧气制取与电能的高效产出，同时也实现了能源的二次转换利用，大大提高了可再生能源的利用效率。
附图说明
在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。在附图中：
图1为本发明的光伏驱动的分步式氢-氧-电联产装置的整体示意图；
图2为本发明的光伏驱动的分步式氢-氧-电联产装置组装示意图；
图3为用于本发明光伏驱动的分步式氢-氧-电联产装置控制单元的原理示意图。
图中，1.注液口，2.硅橡胶垫片，3.析氢电极，4.出氢口，5.水系电池正极，6.离子交换膜，7.水系电池负极，8.出氧口，9.析氧电极，10.负载单元，11.储氢罐，12.储氧罐，13.产氢电解池，14.水系电池单元，15.产氧电解池，16.装置盒体，17.负载接线，18.负载，19.正极接线，20.负极接线，21.太阳能电池板，22.光伏电池单元，23.装置盖板，24.全自动控制单元，25.电源正极输入口，26.电源负极输入口，27.放电正极输入口，28.放电负极输入口，29.正极输出口，30.负极输出口，31.负载正极输出口，32.负载负极输出口。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施例。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
通过在电解水过程中引入适当的中间氧化还原介质，可以将水的一步分解过程解耦为两个独立的过程，使析氧反应(OER)与介质的还原相结合，析氢反应(HER)与介质的氧化过程结合。这样的解耦过程不仅大大提高了有效和安全收集氢气和氧气的灵活性，而且显著减少了气体净化步骤的需要。
根据上述解耦水分解的原理，本发明提供了一种光伏驱动的分步式氢-氧-电联产装置与方法，可以实现脱碳电力的消纳，增加电网的弹性提供可行地支持，对于氢-氧-电规模化制备的实现具有重要意义。
在本发明中，H2和O2可以在不同的时间，以不同的速度在不同腔体中产生。同时，利用半反应之间的电势进一步进行放电过程，实现电能的供应。此外，针对系统的连续运行，设计了自动化控制装置进行可持续分步的氢-电-氧生产。整个装置由清洁能源太阳能驱动，利用自动化装置连接，实现了高效、节能、全自动的氢-氧-电联产，使得总体太阳能转化效率得到提高。
以下结合附图1-3对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1和图2所示，一种光伏驱动的分步式氢-氧-电联产的装置，包括光伏电池单元22、全自动控制单元24、负载单元10和电解池单元；所述光伏电池单元22与全自动控制单元24连接；
所述电解池单元包括壳体及设置在壳体内的产氢电解池13、产氧电解池15及水系电池单元14，水系电池单元14设置在产氢电解池13和产氧电解池15之间；所述产氢电解池13包括:析氢电极3和产氢电解液；所述水系电池单元14包括：水系电池正极5、水系电池负极7和离子交换膜6；所述水系电池正极5设置在所述产氢电解池13内；所述产氧电解池15包括:析氧电极9、产氧电解液；所述水系电池负极7设置在所述产氧电解池15内；所述产氢电解液和产氧电解液设置在所述壳体内腔并由离子交换膜6分隔；
所述产氢电解池13产生的氢气通过出氢口4排出，被储氢罐11收集；所述产氧电解池15产生的氧气通过出氧口8排出，被储氧罐12收集；
所述全自动控制单元24与水系电池正极5、水系电池负极7连接向外放电。
其中，其中，产氢电解池13与产氧电解池15通过离子交换膜6分开，不共用电解液。这种两性解耦可以打破HER、OER反应的彼此依赖性，所以能够灵活应用不同功率的可再生能源，大功率能源可用于制氢，小功率能源可用于制氧。
作为优选实施例，所述壳体包括装置盒体16与装置盖板23，多个装置盒体16依次拼接形成中空电解池，离子交换膜6设置在中空电解池的中部，中空电解池两端通过装置盖板23封装。水系电池正极5、水系电池负极7、析氢电极3和析氧电极9均为片状电极，且分别设置在一个装置盒体16内，片状电极与离子交换膜6平行设置。
具体的，所述光伏电池单元22包括太阳能电池板21、正极接线19、负极接线20，其中正极接线19与电源正极输入口25连接、负极接线20与电源负极输入口26连接。
光伏驱动太阳能电池板21将太阳能转化为电能，通过正极接线19与负极接线20为装置供电。正极接线19与负极接线20分别接入全自动控制单元24的电源正极输入口25，电源负极输入口26。
所述装置盒体16内部被离子交换膜6分为两个对称空间，两侧分别为产氢电解池13和产氧电解池15。
所述装置盒体16与装置盖板23之间设置有硅橡胶垫片2，装置盖板23、硅橡胶垫片2与装置盒体16通过紧固件固定密封。所述出氢口4位于装置盒体16上，通过气路管道与储氢罐11连接，出氧口8位于装置盒体16上，通过气路管道与储氧罐12连接。
全自动控制单元24的放电正极输入口27穿过装置盒体16与水系电池正极5相连，放电负极输入口28穿过装置盒体16与水系电池负极7相连。负载18两侧的负载接线17分别与全自动控制单元24的负载正极输出口31，负载负极输出口32相连。
全自动控制单元24的正极输出口29与析氧电极9和水系电池正极5相连，负极输出口30与析氢电极3和水系电池负极7相连。
如图3所示，第一继电器的公共端COM1即电源正极输入口25与电源正极接线19相连，第二继电器的公共端COM2即电源负极输入口26与电源负极接线20相连，第三继电器的公共端COM3即负载正极输出口31与负载正极通过负载接线17相连，第四继电器的公共端COM4即负载负极输出口32与负载负极通过负载接线17相连。
第一继电器的常闭端即正极输出口29接析氧电极9和水系电池正极5，常开端空置；第二继电器常闭端即负极输出口30接析氢电极3和水系电池负极7，常开端空置；第三继电器常闭端即放电负极输入口28接水系电极负极7，常开端空置；第四继电器常闭端即放电正极输入口27接水系电池正极5，常开端空置。
本发明还提供一种光伏驱动的分步式氢-氧-电联产的方法，包含以下步骤：
步骤1)光伏电池单元发电过程：
所述光伏电池单元22利用太阳能转化为电能，用于产氢电解池和产氧电解池工作；
步骤2)在产氢和正极充电过程中，产氢电解池13中的水分子在析氢电极3表面被电化学还原为氢气，同时水系电池正极5作为媒介电极只发生氧化反应，进行电池正极部分的充电。此时正极接线19与水系电池正极5相连、负极接线20与析氢电极3相连，产生的氢气通过出氢口4排出，被储氢罐11收集；
步骤3)在产氧和负极充电过程中，产氧电解池15中的水分子在析氧电极9表面被电化学氧化为氧气，同时由电解液提供金属离子在水系电池负极7表面发生还原反应，进行电池负极部分的充电。此时正极接线19与析氧电极9相连、负极接线20与水系电池负极7相连，产生的氧气通过出氧口8排出，被储氧罐12收集；
步骤4)在水系电池放电过程中，水系电池单元14经过产氢电解池中产氢气和产氧电解池中产氧气两个步骤，水系电池正极5和水系电池负极7部分都进行充电，在化学势的作用下，组成的水系电池体系能够进一步的释放存储的能量，进行水系电池单元14的放电过程。
其中，光伏单元分别驱动步骤2)和步骤3)，且步骤2)、步骤3)和步骤4)由控制单元全自动控制，分步进行，在保证输入和输出电荷量相等的前提下能够以不同电流密度和持续分步时间交替循环进行，最大的程度利用间歇性太阳能，实现对氢气、氧气、电能的分步持续生产。
通过光伏电池单元与电解池单元的耦合，可以利用从太阳能转化而来的电能分布电解水制取氢气和氧气；通过水系电池单元与负载单元的耦合，可以利用系统中的化学能转化成电能对负载供电，通过全自动控制单元与以上两步的耦合，可以实现对氢-电联产的自动控制。如图2所示，装置为对称结构，装置盒体16材料可以采用亚克力或不锈钢玻璃，装置盒体16与装置盖板23间设置有硅橡胶垫片2，装置盖板、硅橡胶垫片与装置盒体都打有直径4mm的螺孔，可以通过紧固件固定密封。装置盒体16内部被离子交换膜6分为两个对称空间，两侧分别为产氢电解池13和产氧电解池15，使用时在装置盖板23上的注液口1分别注入电解液。
所述产氢电解池13包括:析氢电极3、水系电池正极5、产氢电解液、装置盒体16、注液口1、出氢口4、储氢罐11；所述产氧电解池15包括:析氧电极9、水系电池负极7、产氧电解液、装置盒体16、注液口1、出氧口8、储氧罐12；
其中，产氢电解池13与产氧电解池15通过离子交换膜6分开，不共用电解液。
所述水系电池单元14包括：水系电池正极5、水系电池负极7、离子交换膜6、装置盒体16；所述光伏电池单元22包括：太阳能电池板21、正极接线19、负极接线20，其中正极接线19与水系电池正极5或析氧电极9连接、负极接线20与析氢电极3或水系电池负极7连接；所述全自动控制单元24包括：电源正极输入口25，电源负极输入口26，放电正极输入口27，放电负极输入口28，正极输出口29，负极输出口30，负载正极输出口31，负载负极输出口32；所述负载单元10包括负载接线17、负载18。
出氢口4位于装置盒体16上，通过气路管道与储氢罐11连接，出氧口8位于装置盒体16上，通过气路管道与储氧罐12连接。
太阳能电池板21将太阳能转化为电能，通过正极接线19与负极接线20为装置供电。正极接线19与负极接线20分别接入电源正极输入口25与电源负极输入口26，析氧电极9和水系电池正极5接入正极输出口29，析氢电极3和水系电池负极7接入负极输出口30，实现对解耦供能需求的自动控制。
水系电池正极5与水系电极负极7分别接入放电正极输入口27和放电负极输入口28，负载接线17分别接入负载正极输出口31与负载负极输出口32，实现对负载放电的自动控制。
实施例1
本实施例处于室外阴天环境下，向产氢电解池中注入1M Na2SO4+0.5M H2SO4溶液，析氢催化电极采用商业化铂网电极(2×2.5cm2)；向产氧电解池中注入4M NaOH+饱和ZnO的溶液，析氧催化电极采用商业化IrO2/RuO2电极；水系电池单元选择Na-Zn水系电池，正极选择Na-Ni[Fe(CN)6]材料，负极为金属Zn。采用的隔膜为双极膜。
使用光伏板充当外部电源，将太阳光能转化为电能，正极接线与负极接线分别接入电源正极输入口与电源负极输入口，析氧电极和Na-Ni[Fe(CN)6]正极接入正极输出口，析氢电极和Zn片接入负极输出口，自动控制产氢时间30s，产氧时间60s。之后，氧化态的Na-Ni[Fe(CN)6]正极与Zn片分别接入放电正极输入口和放电负极输入口，负载灯泡两端接线分别接入负载正极输出口与负载负极输出口，控制灯泡亮1min。
实施例2
本实施例处于室外晴天环境下，向产氢电解池中注入1M K2SO4+0.5M ZnSO4溶液，析氢，催化电极采用商业化铂网电极(2x2.5 cm2)；向产氧电解池中注入4M KOH+饱和ZnO的溶液，析氧催化电极采用商业化IrO2/RuO2电极；水系电池单元选择K-Zn水系电池，正极选择钠普鲁士蓝材料K-Ni[Fe(CN)6]，负极为金属Zn。采用的隔膜为阳离子交换膜。
使用光伏板充当外部电源，将太阳光能转化为电能，正极接线与负极接线分别接入电源正极输入口与电源负极输入口，析氧电极和K-Ni[Fe(CN)6]正极接入正极输出口，析氢电极和Zn片接入负极输出口，自动控制产氢50s，产氧时间100s。氧化态的K-Ni[Fe(CN)6]正极与Zn片分别接入放电正极输入口和放电负极输入口，负载灯泡两端接线分别接入负载正极输出口与负载负极输出口，控制灯泡亮3min。
实施例3
本实施例处于室内环境下，产氢电解池中电解液采用1M K2SO4+0.5M H2SO4溶液，析氢催化电极采用商业化铂网电极(2x2.5 cm2)；产氧电解池中电解液采用4M KOH+饱和ZnO溶液，析氧催化电极采用商业化IrO2/RuO2电极；水系电池单元选择K-Zn水系电池，正极选择钾普鲁士蓝材料K-Ni[Fe(CN)6]，负极为金属Zn。采用的隔膜为双极膜。
使用光伏板充当外部电源，将太阳光能转化为电能，正极接线与负极接线分别接入电源正极输入口与电源负极输入口，析氧电极和K-Ni[Fe(CN)6]正极接入正极输出口，析氢电极和Zn片接入负极输出口，自动控制产氢100s，产氧时间200s。氧化态的K-Ni[Fe(CN)6]正极与Zn片分别接入放电正极输入口和放电负极输入口，负载灯泡两端接线分别接入负载正极输出口与负载负极输出口，控制灯泡亮10min。
通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。
以上内容是对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。
Claims (10)
1.一种光伏驱动的分步式氢-氧-电联产的装置，其特征在于，包括光伏电池单元(22)、全自动控制单元(24)和电解池单元；所述光伏电池单元(22)与全自动控制单元连接用于控制电解池单元；
所述电解池单元包括壳体及设置在壳体内的产氢电解池(13)和产氧电解池(15)，水系电池单元(14)设置在产氢电解池(13)和产氧电解池(15)之间；所述产氢电解池(13)包括:析氢电极(3)、水系电池正极(5)和产氢电解液；所述产氧电解池(15)包括:析氧电极(9)、水系电池负极(7)和产氧电解液；所述产氢电解液和产氧电解液设置在所述壳体内腔并由离子交换膜(6)分隔；
所述产氢电解池(13)产生的氢气通过出氢口(4)排出，被储氢罐(11)收集；所述产氧电解池(15)产生的氧气通过出氧口(8)排出，被储氧罐(12)收集；
所述全自动控制单元(24)与水系电池正极(5)、水系电池负极(7)连接向外放电。
2.根据权利要求1所述的一种光伏驱动的分步式氢-氧-电联产的装置，其特征在于，所述壳体包括装置盒体(16)与装置盖板(23)，多个装置盒体(16)依次拼接形成中空电解池，离子交换膜(6)设置在中空电解池的中部，中空电解池两端通过装置盖板(23)封装。
3.根据权利要求2所述的一种光伏驱动的分步式氢-氧-电联产的装置，其特征在于，所述水系电池正极(5)、析氢电极(3)、水系电池负极(7)和析氧电极(9)均与离子交换膜(6)平行设置。
4.根据权利要求2所述的一种光伏驱动的分步式氢-氧-电联产的装置，其特征在于，所述装置盒体(16)与装置盖板(23)之间设置有硅橡胶垫片(2)，装置盖板(23)、硅橡胶垫片(2)与装置盒体(16)通过紧固件固定密封。
5.根据权利要求2所述的一种光伏驱动的分步式氢-氧-电联产的装置，其特征在于，所述出氢口(4)位于析氢电极(3)所在的装置盒体(16)上，出氢口(4)通过气路管道与储氢罐(11)连接；出氧口(8)位于析氧电极(9)所在的装置盒体(16)上，出氧口(8)通过气路管道与储氧罐(12)连接。
6.根据权利要求1所述的一种光伏驱动的分步式氢-氧-电联产的装置，其特征在于，所述光伏电池单元(22)包括：太阳能电池板(21)、正极接线(19)、负极接线(20)
所述全自动控制单元(24)包括：电源正极输入口(25)、电源负极输入口(26)；
其中，正极接线(19)与电源正极输入口(25)连接，负极接线(20)与电源负极输入口(26)连接。
7.根据权利要求6所述的一种光伏驱动的分步式氢-氧-电联产的装置，其特征在于，所述全自动控制单元(24)包括：放电正极输入口(27)、放电负极输入口(28)、正极输出口(29)和负极输出口(30)，所述放电正极输入口(27)与水系电池正极(5)相连，放电负极输入口(28)与水系电池负极(7)相连；
所述正极输出口(29)、析氧电极(9)均和水系电池正极(5)相连，所述负极输出口(30)、析氢电极(3)均和水系电池负极(7)相连。
8.根据权利要求7所述的一种光伏驱动的分步式氢-氧-电联产的装置，其特征在于，所述全自动控制单元(24)包括：负载正极输出口(31)、负载负极输出口(32)；
所述负载单元(10)包括负载接线(17)、负载(18)，负载(18)两侧的负载接线(17)分别与负载正极输出口(31)，负载负极输出口(32)相连。
9.根据权利要求8所述的一种光伏驱动的分步式氢-氧-电联产的装置，其特征在于，所述全自动控制单元(24)分为第一继电器、第二继电器、第三继电器和第四继电器；第一继电器的公共端COM1为电源正极输入口(25)，与电源正极接线(19)相连；第二继电器的公共端COM2为电源负极输入口(26)，与电源负极接线(20)相连；第三继电器的公共端COM3为负载正极输出口(31)，与负载正极通过负载接线(17)相连；第四继电器的公共端COM4为负载负极输出口(32)，与负载负极通过负载接线(17)相连；
第一继电器的常闭端为正极输出口(29)，接析氧电极(9)和水系电池正极(5)，常开端空置；第二继电器常闭端为负极输出口(30)，接析氢电极(3)和水系电池负极(7)，常开端空置；第三继电器常闭端为放电负极输入口(28)，接水系电极负极(7)，常开端空置；第四继电器常闭端为放电正极输入口(27)，接水系电池正极(5)，常开端空置。
10.一种如权利要求1至9任一项所述的光伏驱动的分步式氢-氧-电联产的装置的方法，其特征在于，包含以下步骤：
S1光伏电池单元发电过程：
所述光伏电池单元(22)利用太阳能转化为电能，用于产氢电解池和产氧电解池工作；
S2产氢和正极充电过程：在产氢电解池中，光伏电池单元(22)的负极与析氢电极(3)相连，正极与水系电池正极(5)相连，水分子在析氢电极(3)表面被电化学还原为氢气，同时水系电池正极(5)发生氧化反应，实现水系电池正极(5)的充电，产生的氢气通过出氢口(4)排出，被储氢罐(11)收集；
S3产氧和负极充电过程：
在产氧电解池中，光伏电池单元(22)的正极与析氧电极(9)相连，负极与水系电池负极(7)相连，水分子在析氧电极(9)表面被电化学氧化为氧气，同时水系电池负极(7)表面发生还原反应，实现电池负极部分的充电，产生的氧气通过出氧口(8)排出，被储氧罐收集(12)；
S4水系电池放电过程：在水系电池单元，经过产氢和产氧实现了水系电池正极和负极的充电过程，在化学势的作用下，组成的水系电池体系能够分别对水系电池单元的正负极实现还原和氧化，将化学能转变为电能进一步释放；
光伏单元(22)分别驱动步骤S2和S3，且步骤S2、S3和S4由控制单元(24)全自动控制在保证输入和输出电荷量相等的前提下能够以不同电流密度和持续分步时间交替循环进行，最大的程度利用间歇性太阳能，实现对氢气、氧气、电能的分步持续生产。
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