[發明專利]一種漂浮式太陽能光伏光熱耦合電解水制氫系統及方法

在審

• 申請號: 202110374951.5
• 申請日: 2021-04-08
• 公開（公告）號: CN113512730A
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發明（設計）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）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

本發明公開了一種漂浮式太陽能光伏光熱耦合電解水制氫系統及方法，系統包括漂浮支架、光熱模塊和制氫及集氣模塊；光熱模塊包括聚光裝置和集熱裝置，聚光裝置下凹設置在所述漂浮支架上，集熱裝置安裝在聚光裝置內收集聚光裝置聚集的熱量；集熱裝置一端為進水口；制氫及集氣模塊包括光伏電池陣列、電解裝置和集氣裝置；光伏電池陣列排布在漂浮支架表面；集熱裝置另一端與電解裝置連通；光伏電池陣列與電解裝置電連接；集氣裝置設置在漂浮支架下表面，集氣裝置與電解裝置的出氣管連接。本發明可漂浮于多種水體上，可電解各種天然水體，不需要額外的水源和復雜的電解液循環管道，節省空間，減少了太陽能資源的浪費。

技術領域

本發明屬于太陽能和氫能綜合利用領域，涉及一種漂浮式太陽能光伏光熱耦合電解水制氫系統及方法。

背景技術

化石燃料等傳統能源的大量使用，導致了嚴重的能源供應危機與環境污染問題，開發可再生清潔能源迫在眉睫。太陽能作為一種新能源，可再生、分布地域廣、存在普遍、易獲得，但其難以直接利用。太陽能發電特別是太陽能光伏發電技術將太陽能轉換為電能已經得到實際應用，但其波動性較大，不利于并入電網。氫氣具有能量密度高、質量輕、儲運方便、燃燒產物為水、不污染環境等特點，是一種理想的能源載體。而電解水制氫是一種常見的制氫技術。因此，太陽能光伏電解水制氫是一種很有前景的實現方式。

電解水制氫技術主要有堿水電解、固體氧化物電解和質子交換膜(PEM)電解。堿性電解池成本較低，但存在堿液污染。固體氧化物電解池電解效率最高，但工作溫度范圍700～1000℃，需要額外能耗，且仍處于實驗室研發階段，尚未實現商業化應用。PEM電解池電解效率居于二者之間，可使用純水，且已實現商業化。通過PEM電解制氫時，電解水溫的升高可以減少電能耗散，從而提高電解效率，但提高電解水溫度需要額外的加熱裝置與能源消耗。

此外，現有的太陽能光伏電解水面臨著占地面積大、成本高、規模效應明顯的問題，導致設備的小型便捷化和集成一體化受到阻礙。

發明內容

基于以上描述現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供了一種漂浮式太陽能光伏光熱耦合制氫系統及方法。該系統可漂浮于海洋、湖泊、水庫、蓄水池等水體上，利用位于水面上的太陽能資源，避免占用寶貴的陸地資源；可電解天然水體，不需要額外的水源和復雜的電解液循環管道；利用太陽能光熱效應提高電解水的溫度，從而提高了電解效率；將光伏、電解、光熱、集氣高度集成，節省空間，實現了設備的小型化和模塊化。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種漂浮式太陽能光伏光熱耦合電解水制氫系統，包括漂浮支架、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置在所述漂浮支架上，集熱裝置安裝在聚光裝置內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、電解裝置和集氣裝置；光伏電池陣列排布在漂浮支架表面；集熱裝置另一端與電解裝置連通；光伏電池陣列與電解裝置電連接提供電能；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。

作為本發明的進一步改進，所述聚光裝置采用拋物面聚光器，所述集熱裝置采用集熱圓管，集熱圓管設置在拋物面聚光器的焦點處。

作為本發明的進一步改進，所述拋物面聚光器與集熱圓管滿足最大采光角范圍內入射到拋物面聚光器的光均將反射到集熱圓管上。

作為本發明的進一步改進，所述光伏電池陣列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的漂浮支架上。

作為本發明的進一步改進，所述電解裝置為質子交換膜電解池，質子交換膜電解池采用光伏電池陣列產生的直流電將水電解為氫氣和氧氣。

作為本發明的進一步改進，所述質子交換膜電解池外包覆有隔熱材料。