[實用新型]一種太陽能電解水制氫系統

有效

• 申請號: 201820846665.8
• 申請日: 2018-06-02
• 公開（公告）號: CN208414564U
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發明（設計）人: 李海明
• 申請（專利權）人: 南通安思卓新能源有限公司
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B15/02;C25B9/04;H02S10/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本實用新型公開了一種太陽能電解水制氫系統，包括太陽能系統、水電解制氫系統、電解用水供給系統、氣/液分離干燥提純系統、堿液循環系統和儲氫罐；太陽能系統的電能第一輸出端連接水電解制氫系統，水電解制氫系統由電解用水供給系統供水；水電解制氫系統依次與氣/液分離干燥提純系統和儲氫罐連接；水電解制氫系統包括控制器、多路開關和電解槽，電解槽包括N+1個依次串聯的電解小室，控制器根據太陽能系統電源的輸出功率控制電解槽中相應個數的電解小室接入電解回路。本實用新型的優點為：在不過多增加生產成本的情況下，有效實現水電解制氫系統對太陽能系統波動輸入的適應性，提高太陽能利用效率，有效緩解太陽能無法高效利用的問題。

技術領域

本實用新型屬于可替換能源技術與水電解制氫領域，涉及一種太陽能電解水制氫系統。

背景技術

氫氣作為儲能載體擁有質量輕，能量密度高，使用時對環境無任何排放等優點，受到廣大科研工作者及環境工作者的青睞。然而，氫氣并非存在于自然界，需要利用外部能量進行制備。目前制氫的技術主要是礦物燃料制氫和水電解制氫兩大類。也有其他制氫方法比如熱化學循環制氫和生物質制氫。礦物燃料制氫是目前最大也是最經濟的氫氣來源，隨著社會的發展和環境問題受到越來越多的關注，礦物燃料制氫由于其使用石油燃料作為原料，在制備氫氣過程中不可避免的對環境有一定的負面影響，所制備的氫氣后期需要繁瑣的過濾和分離工序導致氫氣純度不一定能滿足后期用氫設備的要求。另外，礦物燃料制氫通常用于大型生產基地，在目前高效經濟的微電網架構中無法完全發揮其作用。

水電解制氫通過電解水而獲得高純度的氫氣，其設備結構成熟，相對簡單。其純化后的氫氣純度可高達99.9999％，高出其他制氫方式一個數量級且其制備的氫氣不含碳元素雜質，故而成為如多晶硅生產等高精應用領域唯一選擇。然而水電解制氫的能量轉化率相較礦物燃料制氫偏低，有研究分析得出，水電解制氫的生產消耗構成中，原材料(主要為電費投入)占比高達81.9％，致使水電解制氫在整體制氫市場所占份額很小。

在國家大力倡導新能源可持續化發展今天，水電解制氫迎來了新的發展機遇。太陽能是一種重要的新能源，但太陽能發電受制于光能強度以及其光照時間等因素導致了可再生能源作為電源的輸出電壓波動性。

目前利用太陽能水電解制氫所面臨的挑戰主要來自于兩個方面：電解水制氫效率不高以及太陽能輸入功率不穩定。因此，優化水電解制氫系統對波動電源輸入的適應性，同時提高單位能量的產氫量，是目前水電解制氫技術的主要目標。

實用新型內容

本實用新型針對上述現有技術的不足，而提供適應太陽能系統產生的電源的波動性，提高能源利用效率的太陽能電解水制氫系統。

一種太陽能電解水制氫系統，包括太陽能系統、水電解制氫系統、電解用水供給系統、氣/液分離干燥提純系統、堿液循環系統和儲氫罐；太陽能系統采用太陽能板陣列，其電能第一輸出端連接水電解制氫系統，水電解制氫系統由電解用水供給系統供水；水電解制氫系統將制好的氫氣與氧輸入氣/液分離干燥提純系統進行分離、干燥和提純，氣/液分離干燥提純系統將分離、干燥和提純后的氫氣輸入儲氫罐中，氣/液分離干燥提純系統中的堿液反應后經堿液循環系統處理后回流至水電解制氫系統中；水電解制氫系統包括控制器、多路開關和電解槽，多路開關的控制端與控制器連接，多路開關的輸入端與太陽能系統的正極連接，多路開關的輸出端具有M個端口，電解槽包括N+1個依次串聯的電解小室，電解槽的一端與太陽能系統的負極連接，控制器用于檢測太陽能系統電源的輸出功率，并根據太陽能系統電源的輸出功率控制多路開關的M個輸出端中相應的端口與電解槽的N+1個電解小室中相應的電解小室的觸點連通形成電解回路。

電解槽包括分置于兩端的第一端單極板、第二端單極板和設于兩者之間的N個雙極板，第一端單極板、N個雙極板和第二端單極板依次串聯，每相鄰兩個極板之間構成一個電解小室，且每一電解小室內部由隔膜分隔成陽極與陰極，第一端單極板連接太陽能系統的負極，N個雙極板和第二端單極板的觸點分別與多路開關的第一端口至第M個端口一一對應。