CN116005181A - 太阳能电解制氢系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能电解制氢系统，所述太阳能电解制氢系统包括供电单元，电解单元和控制单元，供电单元包括光伏组件及储电组件，光伏组件可将太阳能转化为电能，储电组件连接在光伏组件与电解单元之间，且储电组件可将光伏组件产生的电能储存并向电解单元供电，控制单元与储电组件连接，且控制单元可在光伏组件的电输出功率大于电解单元的额定电功率时，控制储电组件储存多余的电能，以及控制单元可在光伏组件的电输出功率小于电解单元的额定电功率时，控制储电组件释放储存电能。本发明的太阳能电解制氢系统可在任意光照强度下稳定运行。
Description
技术领域
本发明涉及电解水制氢领域，尤其涉及一种太阳能电解制氢系统。
背景技术
近年来，氢能作为一种绿色清洁能源，已经成为我国实现碳达峰碳中和目标的重要路径，其中利用太阳能进行电解水制氢不仅制氢过程清洁无碳，而且易于实现，适用性较强。
相关技术中，在利用太阳能进行电解水制氢时，由于太阳光照强度波动性比较大，导致太阳能转化电能转化不及时，电解水制氢过程稳定性较差。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷及不足，提供一种太阳能电解制氢系统，该太阳能电解制氢系统可在任意光照强度下稳定运行。
本发明实施例的太阳能电解制氢系统包括：电解单元；供电单元，所述供电单元包括光伏组件及储电组件，所述光伏组件可将太阳能转化为电能，所述储电组件连接在所述光伏组件与所述电解单元之间，且所述储电组件可将所述光伏组件产生的电能储存并向所述电解单元供电；控制单元，所述控制单元与所述储电组件连接，且所述控制单元可在所述光伏组件的电输出功率大于所述电解单元的额定电功率时，控制所述储电组件储存多余的电能，以及所述控制单元可在所述光伏组件的电输出功率小于所述电解单元的额定电功率时，控制所述储电组件释放储存电能。
根据本发明实施例的太阳能电解制氢系统，供电单元包括光伏组件及储电组件，光伏组件可将太阳能转化为电能，储电组件连接在光伏组件与电解单元之间，且储电组件可将光伏组件产生的电能储存并向电解单元供电，控制单元与储电组件连接，且控制单元可在光伏组件的输出电功率大于电解单元的额定电功率时，控制储电组件储存多余的电能，以及控制单元可在光伏组件的输出电功率小于电解单元的额定电功率时，控制储电组件释放储存电能，由此，控制单元可控制储电组件在光照充足时储存多余的电能，并在光照不足工况下，利用储电组件释放电能来补偿光伏组件的电输出功率，从而使本申请的太阳能电解制氢系统能够在在任意光照强度下维持平稳的制氢效率，提升了系统能效。
在一些实施例中，太阳能电解制氢系统还包括纯化水单元，所述纯化水单元与所述电解单元连通以向所述电解单元通入纯化水。
在一些实施例中，所述纯化水单元包括聚热组件和蒸馏组件，所述聚热组件与所述蒸馏组件连通，所述蒸馏组件的出水口与所述电解单元连通以用于提供纯化水，所述聚热组件可将太阳能转化为热能并朝向所述蒸馏组件供热。
在一些实施例中，太阳能电解制氢系统还包括冷却水供给单元，所述冷却水供给单元与所述电解单元连接以用于向电解单元提供冷却水。
在一些实施例中，所述电解单元包括冷却水进口和冷却水出口，所述冷却水进口与所述冷却水供给单元连通，所述冷却水出口与所述蒸馏组件的进水口连通。
在一些实施例中，所述纯化水单元还包括储热组件，所述储热组件设于所述聚热组件和所述蒸馏组件之间，且所述储热组件可储存所述聚热组件产生的热能并朝向所述蒸馏组件供热。
在一些实施例中，所述储热组件与所述控制单元连通，所述控制单元可在所述聚热组件的热能输出功率大于所述电解单元的额定热功率时，控制所述储热组件储存多余的热能，以及所述控制单元可在所述聚热组件的热能输出功率小于所述电解单元的额定热功率时，控制所述储热组件释放储存的热能。
在一些实施例中，所述冷却水供给单元与所述储电组件电连接。
在一些实施例中，所述控制单元与所述聚热组件电连接。
在一些实施例中，所述控制单元与所述光伏组件电连接。
附图说明
图1是根据本发明实施例的太阳能电解制氢系统的结构示意图。
附图标记：
电解单元1，供电单元2，光伏组件21，储电组件22，控制单元3，纯化水单元4，聚热组件41，蒸馏组件42，储热组件43，冷却水供给单元5。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明实施例的太阳能电解制氢系统包括电解单元1，供电单元2和控制单元3。
具体地，供电单元2包括光伏组件21及储电组件22，光伏组件21可将太阳能转化为电能，储电组件22连接在光伏组件21与电解单元1之间，且储电组件22可将光伏组件21产生的电能储存并向电解单元1供电，控制单元3与储电组件22连接，且控制单元3可在光伏组件21的电输出功率大于电解单元1的额定电功率时，控制储电组件22储存多余的电能，以及控制单元3可在光伏组件21的电输出功率小于电解单元1的额定电功率时，控制储电组件22释放储存电能。
换言之，电解单元1可利用供电组件提供的电能进行电解制氢，电解单元1通常包括电解槽及电解液，电解槽阴阳极在通电情况下可将制氢水源分解为氧气和氢气。
需要说明的是，太阳光照强度受天气、季节等因素影响会发生变化，由此光伏组件21的输出电功率会发生波动，从而影响电解单元1的工作电功率，导致电解单元1制氢效率不稳定，在本申请中，光伏组件21在全年太阳光辐射下的平均电输出功率可设为电解单元1的额定电功率PE1，光伏组件21某一时刻的电输出功率可设为PV，控制单元3可时时对PE1与PV的进行分析对比，当太阳光光照强度充足时，此时PV≥PE1，控制单元3可向储电组件22发出指令，将(PV-PE1)部分电能储存于储电组件22中，其余部分输入电解单元1中以维持电解单元1的额定工作效率；当太阳光光照强度不足时，此时PV＜PE1，控制单元3可向储电组件22发出指令，储电组件22可释放其储存的电能以维持电解单元1的额定工作效率，由此，相较于传统技术，本申请增设了控制单元3及储电组件22用于对光伏组件21输出的电能进行调配，避免了当太阳光光照强度不足时，电解单元1制氢效率下降，从而优化了由太阳能转化而来的电能的使用机制，使电解单元1在任意光照强度下维持平稳的制氢效率。
根据本发明实施例的太阳能电解制氢系统，供电单元包括光伏组件及储电组件，光伏组件可将太阳能转化为电能，储电组件连接在光伏组件与电解单元之间，且储电组件可将光伏组件产生的电能储存并向电解单元供电，控制单元与储电组件连接，且控制单元可在光伏组件的输出电功率大于电解单元的额定电功率时，控制储电组件储存多余的电能，以及控制单元可在光伏组件的输出电功率小于电解单元的额定电功率时，控制储电组件释放储存电能，由此，控制单元可控制储电组件在光照充足时储存多余的电能，并在光照不足工况下，利用储电组件释放电能来补偿光伏组件的电输出功率，从而使本申请的太阳能电解制氢系统能够在在任意光照强度下维持平稳的制氢效率，提升了系统能效。
进一步地，如图1所示，太阳能电解制氢系统还包括纯化水单元4，纯化水单元4与电解单元1连通以向电解单元1通入纯化水。
可以理解的是，为保证电解单元1所产生氢气的清洁性，纯化水单元4可预先将制氢水源里的杂质去除并输入电解单元1，由此电解单元1获得纯化水作为电解液。
可选地，纯化水获取纯化水的途径不止一种，比如活性炭吸附法，离子交换法、蒸馏法等，可根据实际情况合理选用。
优选地，如图1所示，纯化水单元4包括聚热组件41和蒸馏组件42，聚热组件41与蒸馏组件42连通，蒸馏组件42的出水口与电解单元1连通以用于提供纯化水，聚热组件41可将太阳能转化为热能并朝向蒸馏组件42供热。即本申请采用蒸馏法制取纯化水，由此可进一步提升本申请对太阳能的利用效率。
具体地，聚热组件41将太阳能转化的热能传递给蒸馏组件42，蒸馏组件42可利用接收到的热能对制氢水源加热，从而促使制氢水源蒸发，水蒸气遇冷凝结为纯水，纯水经蒸馏组件42出水口输入电解单元1作为制氢水源。
可选地，蒸馏组件42包括加热器，玻璃罩及淡水槽，加热器可接受聚热组件41输出的热能并对制氢水源加热，玻璃罩可将水蒸气凝结为纯水水滴，淡水槽可收集玻璃罩的纯水水滴并输入电解单元1。
进一步地，如图1所示，太阳能电解制氢系统还包括冷却水供给单元5，冷却水供给单元5与电解单元1连接以用于向电解单元1提供冷却水。
需要说明的是，电解液的温度应保持在60℃-80℃之间，由此可在降低电解槽阴阳极消耗的同时，确保电解单元1制氢效率，然而在电解制氢过程中，电解液温度会不断升高，因此可通入冷却水对电解液进行降温，从而使电解单元1维持合理的工作温度。
进一步地，如图1所示，电解单元1包括冷却水进口和冷却水出口，冷却水进口与冷却水供给单元5连通，冷却水出口与蒸馏组件42的进水口连通。
可以理解的是，在流经电解单元1时，冷却水会吸热升温，因此可将升温后的冷却水通入蒸馏组件42中作为纯化水水源，从而不仅可提升纯化水制备效率，同时也加强了本申请对电解制氢余热的合理利用，进一步提高系统能效。
进一步地，如图1所示，纯化水单元4还包括储热组件43，储热组件43设于聚热组件41和蒸馏组件42之间，且储热组件43可储存聚热组件41产生的热能并朝向蒸馏组件42供热，即储热组件43可作为热能中转站，可对聚热组件41产生的热能进行统筹分配。
具体地，如图1所示，储热组件43与控制单元3连通，控制单元3可在聚热组件41的热能输出功率大于电解单元1的额定热功率时，控制储热组件43储存多余的热能，以及控制单元3可在聚热组件41的热能输出功率小于电解单元1的额定热功率时，控制储热组件43释放储存的热能。
可以理解的是，同光伏组件21工作机制类似，由于太阳光照强度变化，聚热组件41的热能输出功率也会发生波动，从而影响纯化水的制备效率，在本申请中，聚热组件41在全年太阳光辐射下的平均热能输出功率可设为电解单元1的额定热功率PE2，聚热组件41某一时刻的输出热能功率可设为PR，控制单元3可时时对PE2与PR的进行分析对比，当太阳光光照强度充足时，此时PR≥PE2，控制单元3可向储热组件43发出指令，将(PR-PE2)部分热能储存于储热组件43中，其余部分输入蒸馏组件42中以维持蒸馏组件42的额定工作效率；当太阳光光照强度不足时，此时PR＜PE2，控制单元3可向储热组件43发出指令，储热组件43可释放其储存的热能以维持蒸馏组件42的额定工作效率，由此，相较于传统技术，本申请增设了控制单元3及储热组件43用于对聚热组件41输出的热能进行调配，避免了当太阳光光照强度不足时，蒸馏组件42制备纯化水效率下降，从而优化了由太阳能转化而来的热能的使用机制，使蒸馏组件42可在任意光照强度下维持平稳的纯化水制备效率，确保电解单元1可及时补充制氢水源。
进一步地，如图1所示，冷却水供给单元5与储电组件22电连接，即储电组件22可向冷却水供给单元5输入电能，由此冷却水供给单元5可对水源进行电冷却，确保冷却水温度低于电解液温度。
进一步地，如图1所示，控制单元3与聚热组件41电连接，即控制单元3可向聚热组件41发出指令从而控制聚热组件41的运行状态。
进一步地，如图1所示，控制单元3与光伏组件21电连接，即控制单元3可向光伏组件21发出指令从而控制光伏组件21的运行状态。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种太阳能电解制氢系统，其特征在于，包括：
电解单元；
供电单元，所述供电单元包括光伏组件及储电组件，所述光伏组件可将太阳能转化为电能，所述储电组件连接在所述光伏组件与所述电解单元之间，且所述储电组件可将所述光伏组件产生的电能储存并向所述电解单元供电；
控制单元，所述控制单元与所述储电组件连接，且所述控制单元可在所述光伏组件的电输出功率大于所述电解单元的额定电功率时，控制所述储电组件储存多余的电能，以及所述控制单元可在所述光伏组件的电输出功率小于所述电解单元的额定电功率时，控制所述储电组件释放储存电能。
2.根据权利要求1所述的太阳能电解制氢系统，其特征在于，还包括纯化水单元，所述纯化水单元与所述电解单元连通以向所述电解单元通入纯化水。
3.根据权利要求2所述的太阳能电解制氢系统，其特征在于，所述纯化水单元包括聚热组件和蒸馏组件，所述聚热组件与所述蒸馏组件连通，所述蒸馏组件的出水口与所述电解单元连通以用于提供纯化水，所述聚热组件可将太阳能转化为热能并朝向所述蒸馏组件供热。
4.根据权利要求3所述的太阳能电解制氢系统，其特征在于，还包括冷却水供给单元，所述冷却水供给单元与所述电解单元连接以用于向电解单元提供冷却水。
5.根据权利要求4所述的太阳能电解制氢系统，其特征在于，所述电解单元包括冷却水进口和冷却水出口，所述冷却水进口与所述冷却水供给单元连通，所述冷却水出口与所述蒸馏组件的进水口连通。
6.根据权利要求3所述的太阳能电解制氢系统，其特征在于，所述纯化水单元还包括储热组件，所述储热组件设于所述聚热组件和所述蒸馏组件之间，且所述储热组件可储存所述聚热组件产生的热能并朝向所述蒸馏组件供热。
7.根据权利要求6所述的太阳能电解制氢系统，其特征在于，所述储热组件与所述控制单元连通，所述控制单元可在所述聚热组件的热能输出功率大于所述电解单元的额定热功率时，控制所述储热组件储存多余的热能，以及所述控制单元可在所述聚热组件的热能输出功率小于所述电解单元的额定热功率时，控制所述储热组件释放储存的热能。
8.根据权利要求4所述的太阳能电解制氢系统，其特征在于，所述冷却水供给单元与所述储电组件电连接。
9.根据权利要求3所述的太阳能电解制氢系统，其特征在于，所述控制单元与所述聚热组件电连接。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的太阳能电解制氢系统，其特征在于，所述控制单元与所述光伏组件电连接。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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