CN209568153U - 一种太阳能电解氢装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种太阳能电解氢装置，太阳能主控制单元、电流电压调节单元、电解水电解槽单元和太阳能蓄电池。其中，太阳能主控制单元用于控制太阳能光伏单元的发电；电流电压调节单元用于对装置产生的电流电压进行整流和稳压；电解水电解槽单元用于完成太阳能光伏的电解水制氢；太阳能蓄电池用于控制太阳能蓄电池的充电和放电。本实用新型结构简单，设计合理，使用寿命长、运行成本低、没有污染，可最大限度的发挥光伏系统的发电能力，完成太阳能光伏的电解水制氢，提高了生产效率，并能够有效地解决环境和能源问题。

Description

一种太阳能电解氢装置

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能电解氢装置，广泛应用于可再生能源发电系统领域，作为发电领域的新能源有效的取代了石油燃料的新装置，是一种全新、清洁、安全、高效的能源装置。

背景技术

化石能源作为大自然的馈赠一直以来都占有着主要作用，人类通过开采并简单加工就可以直接使用，但它不是取之不尽用之不完，当这些能源消耗完后就要考虑那些不那么方便的可再生能源，太阳能、风能、地热能、核能、潮汐能等可再生能源资源丰富、环境友好、取之不尽用之不竭，然而其缺点也极其明显：有的能量密度低、有的不稳定性强、有的使用成本高。利用可再生能源发电，电力应用时有时无、时大时小，使用起来很不方便，必须经过削峰填谷的能量调整。目前小规模的可再生能源发电可并入电网，其不稳定性被电网的巨大容量所淹没，显现不出其弊端。然而，今后大规模的使用可再生能源发电，其弊端就会显现，大规模电力削峰填谷的能量调整将成为难题。迫于这样的一个压力，科学家找到了一个新型能源利用氢作为二次能源，成为电力的有力补充，成为氢能。电力过剩时可以利用电解水制备氢气，输送到终端用户，也可以存储。电力不足时可以利用氢气发电，补充电力需求，氢能成为与电能并行的二次能源。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种太阳能电解氢装置，该装置通过简单有效的控制，使得太阳能光伏板能够满足直接与电解水电解槽连接的系统简单性，又能够满足太阳能发电情况下电解槽的有效运行，使得电解槽的工作电量尽量接近太阳能光伏板的最大功率，使装置具有最高效的转换效率。

本实用新型的目的是通过下述技术方案来实现的：

一种太阳能电解氢装置，包括：

太阳能主控制单元，用于控制太阳能光伏单元的发电；

电流电压调节单元，用于对装置产生的电流电压进行整流和稳压；

电解水电解槽单元，用于完成太阳能光伏的电解水制氢；

太阳能蓄电池，用于控制太阳能蓄电池的充电和放电；

所述太阳能主控制单元连接太阳能光伏单元、太阳能蓄电池和电流电压调节单元，电流电压调节单元依次连接电解水电解槽单元、制氢单元。

进一步，所述太阳能主控制单元设有温度采集模块、电压采集模块、太阳能电控制模块、太阳能充电控制模块、开关量输入输出接口、继电保护模块、MCU液晶触摸显示屏和状态指示灯。

进一步所述温度采集模块采用数字采集传感器件DS18b20。

进一步，所述状态指示灯包括充电及超压指示灯、蓄电池状态指示灯和负载指示灯。

进一步，所述MCU液晶触摸显示屏采用3.5寸中文液晶触摸显示器。

进一步，所述太阳能光伏单元为太阳能电池，包括硅系太阳能电池和非硅系太阳能电池。

进一步，所述硅系太阳能电池为单晶硅、多晶硅或非晶硅电池。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：

1、完成一次能源太阳能转化二次能源氢发电的解决方案，系统结构清晰、组成灵活、安全清洁(对环境零污染)、储能密度高、使用寿命长、运行成本低，可最大限度的发挥光伏系统的发电能力。

2、面向电力系统自动化的整体设计，融保护、测量、控制、显示功能为一体。

3、太阳能主控器采用高速处理器和高精度采样芯片、具备高可靠的电磁兼容性能。

4、独立的继电保护功能，防止过充、过放、短路过载保护、反接保护、雷电保护功能。

5、友好的人机交互界面，全汉化菜单式操作，用户操作更方便。

附图说明

图1是本实用新型一种太阳能电解氢装置系统框图；

图2是太阳能主控制单元的结构组成图。

具体实施方式

如图1所示，一种太阳能电解氢装置，太阳能主控制单元、电流电压调节单元、电解水电解槽单元和太阳能蓄电池。其中，太阳能主控制单元用于控制太阳能光伏单元的发电；电流电压调节单元用于对装置产生的电流电压进行整流和稳压；电解水电解槽单元用于完成太阳能光伏的电解水制氢；太阳能蓄电池用于控制太阳能蓄电池的充电和放电。太阳能主控制单元连接太阳能光伏单元、太阳能蓄电池和电流电压调节单元，电流电压调节单元依次连接电解水电解槽单元、制氢单元。

如图2所示，太阳能主控制单元设有温度采集模块、电压采集模块、太阳能电控制模块、太阳能充电控制模块、开关量输入输出接口、继电保护模块、MCU液晶触摸显示屏和状态指示灯。其中温度采集模块通过单总线接口与主控制单元连接，电压采集模块通过PC/104总线与主控制单元连接，MCU液晶触摸显示屏通过VGA总线与主控制单元连接，继电保护模块通过快速响应继电器与主控制单元连接，三种状态指示灯包括充电及超压指示灯、蓄电池状态指示灯、负载指示灯。

其中，太阳能主控制单元的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。对所发的电能进行调节控制，一方面把调整后的能量送往直流负载或交流负载，另一方面把多余的能量送往蓄电池储存；当所发的电能不能满足负载需求时，太阳能控制单元又把蓄电池储存的电能送往负载。

其中，太阳能发电控制模块的作用是将太阳能光伏板单元采集的一次能源光能转换成电能。太阳能充电控制模块主要是通过主控制器来对整个充电控制装置进行控制。温度采集模块采用的先进的数字采集传感器件DS18b20。

继电保护模块它可以通过MCU显示屏实时监测电池电压和工作环境的温度，然后再发出MOSFET功率开关管的PWM驱动信号，对开关管的通断实施控制。它可以实现防止过充、过放、短路过载保护、反接保护、雷电保护功能。

三种状态指示灯包括充电及超压指示灯、蓄电池状态指示灯、负载指示灯。其中充电及超压指示：当系统连接正常，且有阳光照射到光电池上时，充电指示灯为绿色长亮，表示系统充电电路正常。当充电指示灯出现绿色闪烁时，说明系统过电压，蓄电池开路，检查蓄电池师是否连接可靠，或充电电路损坏；其中蓄电池状态指示：蓄电池电压在正常范围时，状态指示灯为绿色长亮，充满后指示灯为绿色慢闪，当电池电压降到欠压时状态指示灯为橙黄色，当蓄电池电压持续降低至过放电压时，状态指示灯为红色，此时控制器直接控制输出关闭，提醒用户补充电能。当电池电压恢复到正常工作范围时，将自动输出开通，状态指示灯变为绿色；其中负载指示：当负载开通时，负载指示灯常亮。当负载出现短路故障时，控制器将关闭输出。

MCU液晶触摸显示屏采用3.5寸中文液晶触摸显示器，友好的人机界面，全汉化菜单式操作，用户操作更方便。

在光伏发电装置中，以制氢储能方式替代传统的蓄电池储能环节。当日照情况良好时，通过电解水制氢将多余的电能储存起来；在阳光条件下不能使光伏发电系统正常工作时，将储存的氢通过燃料电池转换为电能，继续向负载送电，从而保证了系统供电的连续性。

本实用新型工作原理及功能如下：

本实用新型利用一次能源太阳光通过装置的转化变成可再生利用的二次能源氢。以ARM系统为核心，采用多优先级中断服务机制，提高了控制的实时性。装置功能单元采用一体化设计，各功能模块相互联系，各模块单元分别实现了相应功能的处理。通过先进的人机交互界面，全汉化菜单式操作，使用户操作更方便直观。

本实用新型具有下述功能：

1、反接保护功能

本装置在太阳能电池中都加入二极管，以此来保护电路不受损。

2、测量功能

本装置可实时采集测量现场温度、蓄电池电压数值。

3、显示功能

本装置采用高分辨率的数字液晶显示器，能够实时显示各种数据信息，包括温度、电压、充电状态、负载状态。

4、温度补偿功能

本装置在电路中串联一个温度传感器，以此来调节充电电压。

5、雷电保护功能

本装置在太阳能电池中并联一个瞬态抑制二极管(TVS)来保护器件。

尽管上面结合附图对本实用新型进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述具体实施方式，上述具体实施方式仅仅是示意性的，本领域的技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型的宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种太阳能电解氢装置，其特征在于，包括：

太阳能主控制单元，用于控制太阳能光伏单元的发电；

电流电压调节单元，用于对装置产生的电流电压进行整流和稳压；

电解水电解槽单元，用于完成太阳能光伏的电解水制氢；

太阳能蓄电池，用于控制太阳能蓄电池的充电和放电；

所述太阳能主控制单元连接太阳能光伏单元、太阳能蓄电池和电流电压调节单元，电流电压调节单元依次连接电解水电解槽单元、制氢单元。

2.如权利要求1所述的一种太阳能电解氢装置，其特征在于：所述太阳能主控制单元设有温度采集模块、电压采集模块、太阳能电控制模块、太阳能充电控制模块、开关量输入输出接口、继电保护模块、MCU液晶触摸显示屏和状态指示灯。

3.如权利要求2所述的一种太阳能电解氢装置，其特征在于：所述温度采集模块采用数字采集传感器件DS18b20。

4.如权利要求2所述的一种太阳能电解氢装置，其特征在于：所述状态指示灯包括充电及超压指示灯、蓄电池状态指示灯和负载指示灯。

5.如权利要求2所述的一种太阳能电解氢装置，其特征在于：所述MCU液晶触摸显示屏采用3.5寸中文液晶触摸显示器。

6.如权利要求1所述的一种太阳能电解氢装置，其特征在于：所述太阳能光伏单元为太阳能电池，包括硅系太阳能电池和非硅系太阳能电池。

7.如权利要求6所述的一种太阳能电解氢装置，其特征在于：所述硅系太阳能电池为单晶硅、多晶硅或非晶硅电池。