CN217307346U - 一种户用光伏热电联供系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种户用光伏热电联供系统，包括光伏阵列、电气变换装置、储能电池、燃料电池供电系统、DC/AC变换器一、制氢及辅助系统、余热回收系统、氢气压缩设备、DC/AC变换器二、DC/AC双向变换器、DC/AC变换器三、AC/AC变换器一、AC/DC变换器、AC/AC变换器二。本实用新型的有益效果是：采用光伏制氢与燃料电池结合进行储能，大幅降低蓄电池容量，降低安全隐患。此外储罐中的氢气可以满足极端天气条件下的家庭用电需求。

Description

一种户用光伏热电联供系统
技术领域
本实用新型涉及一种光伏系统，具体为一种户用光伏热电联供系统，属于户用光伏与热电联供及储能技术领域。
背景技术
传统户用光伏系统受限于光伏发电的波动性和不可预测性，一般采用并网模式，但这使得一些电网铺设困难的地方无法使用户用光伏。而此类场景往往对户用光伏系统的需求更高，部分户用光伏系统会加装蓄电池模块，以此来抵消光伏发电波动性的对用电影响。
用光伏系统中蓄电池模块需涵盖家庭用电的短时需求，这使得蓄电池容量较大，一方面其成本较高；另一方面系统存在一定的安全风险。此外仅使用蓄电池无法满足极端环境下家庭的用电需求。
实用新型内容
本实用新型的目的就在于为了解决问题而提供一种户用光伏热电联供系统。
本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：一种户用光伏热电联供系统，包括
光伏发电系统，其通过太阳能电池板将太阳能转化成电能，且其由安装在用户侧屋面上的光伏阵列构成；
制氢及辅助系统，其用于将所述光伏阵列产生的电能通入高压制氢设备中，生成高压氢气，随后对氢气进行纯化，将纯化后的高压氢气运送至氢气储罐中；
燃料电池供电系统，其用于将所述制氢及辅助系统储罐中氢气与空气或氧气通入燃料电池阴、阳极产生电能，补充家庭用电；
储能电池，其用于将所述燃料电池供电系统和光伏发电系统产生的电能储存于蓄电池组中；
余热回收系统，其用于将所述制氢及辅助系统制氢过程中以及燃料电池供电系统发电过程中产生的废热收集至水罐中；
电气变换装置，其用于将所述光伏阵列和燃料电池供电系统产生的电能以及储能电池所存储的电能进行转化，且其由DC/AC变换器二、DC/AC双向变换器、DC/AC变换器三以及用于满足家庭需求电量的直流母线构成，所述DC/AC变换器二连接在光伏阵列与直流母线的连接线路上，所述DC/AC双向变换器连接在储能电池与直流母线的连接线路上，所述DC/AC变换器三连接在燃料电池供电系统与直流母线的连接线路上。
作为本实用新型再进一步的方案：所述制氢及辅助系统由电解槽和制氢辅助设备构成，且所述直流母线通过AC/AC变换器一与制氢辅助设备相连，所述直流母线通过AC/DC变换器与电解槽相连。
作为本实用新型再进一步的方案：所述制氢及辅助系统还包括连接在氢气储罐与制氢辅助设备之间的氢气压缩设备，且所述氢气压缩设备与直流母线之间连接有AC/AC变换器二。
作为本实用新型再进一步的方案：所述光伏阵列输出电能较高时，盈余的电能经由DC/AC双向变换器对储能电池进行充电；在储能电池电量超过％时，停止对储能电池充电，电能转而经由电气变换装置为制氢及辅助系统供电，制氢及辅助系统生产出的高压氢气输送至氢气储罐中，同时通过余热回收系统对制氢过程中的废热进行回收满足家庭供暖。
作为本实用新型再进一步的方案：所述光伏阵列输出电能较低时，储能电池存储的电能经由DC/AC双向变换器对家庭电器进行供电，储能电池电量低于％时，燃料电池供电系统启动，将储罐中的氢气和空气通入燃料电池供电系统，产生的电量经由DC/AC变换器三供给家用电器，同时通过余热回收系统对池发电过程中的废热进行回收满足家庭供暖。
作为本实用新型再进一步的方案：所述储能电池电量低于SOC时，储能电池停止工作，燃料电池供电系统启动，将储罐中的氢气和空气通入燃料电池供电系统，产生的电量部分经由DC/AC变换器三供给家用电器，另一部分电量经由DC/AC变换器一为储能电池充电，同时通过余热回收系统对池发电过程中的废热进行回收满足家庭供暖。
本实用新型的有益效果是：采用光伏制氢与燃料电池结合进行储能，大幅降低蓄电池容量，降低安全隐患。此外储罐中的氢气可以满足极端天气条件下的家庭用电需求。
附图说明
图1为本实用新型户用光伏热电联供系统一结构示意图；
图2为本实用新型户用光伏热电联供系统二结构示意图；
图3为本实用新型光伏热电连供系统控制逻辑图。
图中：1、光伏阵列，2、电气变换装置，3、储能电池，4、燃料电池供电系统，41、DC/AC变换器一，5、制氢及辅助系统，6、余热回收系统，7、氢气压缩设备，21、DC/AC变换器二，22、DC/AC双向变换器，23、DC/AC变换器三，24、AC/AC变换器一，25、AC/DC变换器，26、AC/AC变换器二。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例一
请参阅图1～3，一种户用光伏热电联供系统，包括
光伏发电系统，其通过太阳能电池板将太阳能转化成电能，且其由安装在用户侧屋面上的光伏阵列1构成；
制氢及辅助系统5，其用于将所述光伏阵列1产生的电能通入高压制氢设备中，生成高压氢气，随后对氢气进行纯化，将纯化后的高压氢气运送至氢气储罐中；
燃料电池供电系统4，其用于将所述制氢及辅助系统5储罐中氢气与空气或氧气通入燃料电池阴、阳极产生电能，补充家庭用电；
储能电池3，其用于将所述燃料电池供电系统4和光伏发电系统产生的电能储存于蓄电池组中；
余热回收系统6，其用于将所述制氢及辅助系统5制氢过程中以及燃料电池供电系统4发电过程中产生的废热收集至水罐中；
电气变换装置2，其用于将所述光伏阵列1和燃料电池供电系统4产生的电能以及储能电池3所存储的电能进行转化，且其由DC/AC变换器二21、DC/AC双向变换器22、DC/AC变换器三23以及用于满足家庭需求电量的直流母线构成，所述DC/AC变换器二21连接在光伏阵列1与直流母线的连接线路上，所述DC/AC双向变换器22连接在储能电池3与直流母线的连接线路上，所述DC/AC变换器三23连接在燃料电池供电系统4与直流母线的连接线路上。
在本实用新型实施例中，所述制氢及辅助系统5由电解槽和制氢辅助设备构成，且所述直流母线通过AC/AC变换器一24与制氢辅助设备相连，所述直流母线通过AC/DC变换器25与电解槽相连。
在本实用新型实施例中，所述制氢及辅助系统5还包括连接在氢气储罐与制氢辅助设备之间的氢气压缩设备7，且所述氢气压缩设备7与直流母线之间连接有AC/AC变换器二26。
实施例二
请参阅图2～3，一种户用光伏热电联供系统，包括
光伏发电系统，其通过太阳能电池板将太阳能转化成电能，且其由安装在用户侧屋面上的光伏阵列1构成；
制氢及辅助系统5，其用于将所述光伏阵列1产生的电能通入高压制氢设备中，生成高压氢气，随后对氢气进行纯化，将纯化后的高压氢气运送至氢气储罐中；
燃料电池供电系统4，其用于将所述制氢及辅助系统5储罐中氢气与空气或氧气通入燃料电池阴、阳极产生电能，补充家庭用电；
储能电池3，其用于将所述燃料电池供电系统4和光伏发电系统产生的电能储存于蓄电池组中；
余热回收系统6，其用于将所述制氢及辅助系统5制氢过程中以及燃料电池供电系统4发电过程中产生的废热收集至水罐中；
电气变换装置2，其用于将所述光伏阵列1和燃料电池供电系统4产生的电能以及储能电池3所存储的电能进行转化，且其由DC/AC变换器二21、DC/AC双向变换器22、DC/AC变换器三23以及用于满足家庭需求电量的直流母线构成，所述DC/AC变换器二21连接在光伏阵列1与直流母线的连接线路上，所述DC/AC双向变换器22连接在储能电池3与直流母线的连接线路上，所述DC/AC变换器三23连接在燃料电池供电系统4与直流母线的连接线路上。
在本实用新型实施例中，所述光伏阵列1输出电能较高时，盈余的电能经由DC/AC双向变换器22对储能电池3进行充电；在储能电池3电量超过90％时，停止对储能电池3充电，电能转而经由电气变换装置2为制氢及辅助系统5供电，制氢及辅助系统5生产出的高压氢气输送至氢气储罐中，同时通过余热回收系统6对制氢过程中的废热进行回收满足家庭供暖。
在本实用新型实施例中，所述光伏阵列1输出电能较低时，储能电池3存储的电能经由DC/AC双向变换器22对家庭电器进行供电，储能电池3电量低于40％时，燃料电池供电系统4启动，将储罐中的氢气和空气通入燃料电池供电系统4，产生的电量经由DC/AC变换器三23供给家用电器，同时通过余热回收系统6对池发电过程中的废热进行回收满足家庭供暖。
在本实用新型实施例中，所述储能电池3电量低于SOC时，储能电池3停止工作，燃料电池供电系统4启动，将储罐中的氢气和空气通入燃料电池供电系统4，产生的电量部分经由DC/AC变换器三23供给家用电器，另一部分电量经由DC/AC变换器一41为储能电池3充电，同时通过余热回收系统6对池发电过程中的废热进行回收满足家庭供暖。
工作原理：将部分光伏发电用于制氢，生产出的氢气经由压缩进入氢气储罐中储存，在夜晚蓄电池电量不足或极端天气时，采用燃料电池进行发电。
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种户用光伏热电联供系统，其特征在于：包括
光伏发电系统，其通过太阳能电池板将太阳能转化成电能，且其由安装在用户侧屋面上的光伏阵列(1)构成；
制氢及辅助系统(5)，其用于将所述光伏阵列(1)产生的电能通入高压制氢设备中，生成高压氢气，随后对氢气进行纯化，将纯化后的高压氢气运送至氢气储罐中；
燃料电池供电系统(4)，其用于将所述制氢及辅助系统(5)储罐中氢气与空气或氧气通入燃料电池阴、阳极产生电能，补充家庭用电；
储能电池(3)，其用于将所述燃料电池供电系统(4)和光伏发电系统产生的电能储存于蓄电池组中；
余热回收系统(6)，其用于将所述制氢及辅助系统(5)制氢过程中以及燃料电池供电系统(4)发电过程中产生的废热收集至水罐中；
电气变换装置(2)，其用于将所述光伏阵列(1)和燃料电池供电系统(4)产生的电能以及储能电池(3)所存储的电能进行转化，且其由DC/AC变换器二(21)、DC/AC双向变换器(22)、DC/AC变换器三(23)以及用于满足家庭需求电量的直流母线构成，所述DC/AC变换器二(21)连接在光伏阵列(1)与直流母线的连接线路上，所述DC/AC双向变换器(22)连接在储能电池(3)与直流母线的连接线路上，所述DC/AC变换器三(23)连接在燃料电池供电系统(4)与直流母线的连接线路上。
2.根据权利要求1所述的一种户用光伏热电联供系统，其特征在于：所述制氢及辅助系统(5)由电解槽和制氢辅助设备构成，且所述直流母线通过AC/AC变换器一(24)与制氢辅助设备相连，所述直流母线通过AC/DC变换器(25)与电解槽相连。
3.根据权利要求1所述的一种户用光伏热电联供系统，其特征在于：所述制氢及辅助系统(5)还包括连接在氢气储罐与制氢辅助设备之间的氢气压缩设备(7)，且所述氢气压缩设备(7)与直流母线之间连接有AC/AC变换器二(26)。
4.根据权利要求1所述的一种户用光伏热电联供系统，其特征在于：所述光伏阵列(1)输出电能较高时，盈余的电能经由DC/AC双向变换器(22)对储能电池(3)进行充电；在储能电池(3)电量超过90％时，停止对储能电池(3)充电，电能转而经由电气变换装置(2)为制氢及辅助系统(5)供电，制氢及辅助系统(5)生产出的高压氢气输送至氢气储罐中，同时通过余热回收系统(6)对制氢过程中的废热进行回收满足家庭供暖。
5.根据权利要求1所述的一种户用光伏热电联供系统，其特征在于：所述光伏阵列(1)输出电能较低时，储能电池(3)存储的电能经由DC/AC双向变换器(22)对家庭电器进行供电，储能电池(3)电量低于40％时，燃料电池供电系统(4)启动，将储罐中的氢气和空气通入燃料电池供电系统(4)，产生的电量经由DC/AC变换器三(23)供给家用电器，同时通过余热回收系统(6)对池发电过程中的废热进行回收满足家庭供暖。
6.根据权利要求1所述的一种户用光伏热电联供系统，其特征在于：所述储能电池(3)电量低于SOC时，储能电池(3)停止工作，燃料电池供电系统(4)启动，将储罐中的氢气和空气通入燃料电池供电系统(4)，产生的电量部分经由DC/AC变换器三(23)供给家用电器，另一部分电量经由DC/AC变换器一(41)为储能电池(3)充电，同时通过余热回收系统(6)对池发电过程中的废热进行回收满足家庭供暖。
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