[發(fā)明專利]一種漂浮式太陽能光伏光熱耦合電解水制氫系統(tǒng)及方法

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• 申請日: 2021-04-08
• 公開（公告）號: CN113512730A
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳玉彬;李銳;李林峰;丁梓健;盛博陽;胡安瀾;加歡
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B9/65;C25B9/67;C25B15/08
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

1.一種漂浮式太陽能光伏光熱耦合電解水制氫系統(tǒng)，其特征在于，包括漂浮支架(1)、光熱模塊和制氫及集氣模塊；

所述光熱模塊包括聚光裝置和集熱裝置，所述聚光裝置下凹設(shè)置在所述漂浮支架(1)上，集熱裝置安裝在聚光裝置內(nèi)收集聚光裝置聚集的熱量；集熱裝置一端為進水口；

所述制氫及集氣模塊包括光伏電池陣列(2)、電解裝置和集氣裝置；光伏電池陣列(2)排布在漂浮支架(1)表面；集熱裝置另一端與電解裝置連通；光伏電池陣列(2)與電解裝置電連接提供電能；集氣裝置設(shè)置在漂浮支架(1)下表面，集氣裝置與電解裝置的出氣管連接；所述集氣裝置底部均有出水小孔，頂部有帶活塞的出氣管。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種漂浮式太陽能光伏光熱耦合電解水制氫系統(tǒng)，其特征在于，所述聚光裝置采用拋物面聚光器(3)，所述集熱裝置采用集熱圓管(4)，集熱圓管(4)設(shè)置在拋物面聚光器(3)的焦點處。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種漂浮式太陽能光伏光熱耦合電解水制氫系統(tǒng)，其特征在于，所述拋物面聚光器(3)與集熱圓管(4)滿足最大采光角范圍內(nèi)入射到拋物面聚光器(3)的光均將反射到集熱圓管(4)上。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種漂浮式太陽能光伏光熱耦合電解水制氫系統(tǒng)，其特征在于，所述光伏電池陣列(2)包括若干太陽能電池板，太陽能電池板對稱布置于聚光裝置兩側(cè)的漂浮支架(1)上。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種漂浮式太陽能光伏光熱耦合電解水制氫系統(tǒng)，其特征在于，所述電解裝置為質(zhì)子交換膜電解池(5)，質(zhì)子交換膜電解池(5)采用光伏電池陣列(2)產(chǎn)生的直流電將水電解為氫氣和氧氣。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種漂浮式太陽能光伏光熱耦合電解水制氫系統(tǒng)，其特征在于，所述質(zhì)子交換膜電解池(5)外包覆有隔熱材料。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種漂浮式太陽能光伏光熱耦合電解水制氫系統(tǒng)，其特征在于，所述質(zhì)子交換膜電解池(5)上設(shè)置有溫度傳感器(8)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種漂浮式太陽能光伏光熱耦合電解水制氫系統(tǒng)，其特征在于，所述集氣裝置包括氫氣收集室(6)和氧氣收集室(7)，氫氣收集室(6)與所述電解裝置的陰極連接，氧氣收集室(7)與所述電解裝置的陽極側(cè)連接；

所述氫氣收集室(6)和氧氣收集室(7)底部均有出水小孔，頂部均有帶活塞的出氣管。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種漂浮式太陽能光伏光熱耦合電解水制氫系統(tǒng)，其特征在于，當集氣裝置中水從出水小孔排出時，電解裝置產(chǎn)生的氣體進入集氣裝置。

10.權(quán)利要求1至8任一項所述的一種漂浮式太陽能光伏光熱耦合電解水制氫系統(tǒng)的制氫方法，其特征在于，包括以下步驟：

將漂浮式太陽能光伏電解水制氫系統(tǒng)放置于水面上時，水會由集熱裝置進水口進入，依次流經(jīng)集熱裝置、電解裝置和集氣裝置；

與此同時，集熱裝置吸收由拋物面聚光器(3)反射的光轉(zhuǎn)化為熱能，水流經(jīng)集熱裝置時吸熱升溫；從進水口到電解裝置水溫逐漸升高形成自然對流驅(qū)動水從進水口流向質(zhì)子交換膜電解池(5)；

電解裝置由光伏電池陣列(2)提供電能，電解水產(chǎn)氫產(chǎn)氧；產(chǎn)生的氣體進入集氣裝置儲存，同時集氣裝置原有的水經(jīng)由底部出水口排出；當氣體收集滿后，打開集氣裝置上部導管活塞，氣體轉(zhuǎn)移同時水進入后，接著關(guān)閉活塞開始下一輪的氣體收集。