專利名稱：太陽(yáng)能光伏-氫儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽(yáng)能能源系統(tǒng)，特別是一種太陽(yáng)能光伏-氫儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)發(fā)展和人民生活水平、環(huán)保意識(shí)的提高，尋找環(huán)保、可再生能源迫在眉睫。太陽(yáng)能作為一種潔凈、可再生且資源豐富的能源，有著礦物能源不可比擬的優(yōu)越性，因而太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)利用受到了越來(lái)越多研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注。目前太陽(yáng)能光伏發(fā)電儲(chǔ)能方式大多采用了蓄電池蓄能，雖然蓄電池儲(chǔ)能可實(shí)現(xiàn)負(fù)載全天候連續(xù)運(yùn)行的要求，但是蓄電池儲(chǔ)能本身具有不可忽視的缺陷，其儲(chǔ)能時(shí)間短、易漏電、使用壽命短，報(bào)廢后其內(nèi)的硫酸化物污染環(huán)境等。尋找新型更友好的儲(chǔ)能方式解決蓄電池的缺陷是突破口之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種太陽(yáng)能光伏-氫儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，主要解決現(xiàn)有太陽(yáng)能蓄電池儲(chǔ)能密度低、儲(chǔ)能時(shí)間短和蓄電池使用壽命短、易漏電、故障率較高、報(bào)廢后污染環(huán)境等技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明中的儲(chǔ)能裝置與常規(guī)用蓄電池作為儲(chǔ)能設(shè)備的太陽(yáng)能光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)相比具有儲(chǔ)能時(shí)間長(zhǎng)、儲(chǔ)能效率高、運(yùn)行維護(hù)工作量少、省去防反充二極管等優(yōu)勢(shì)；本發(fā)明中太陽(yáng)能光伏電池與電解槽的連接方式為直接耦合連接，這種連接方式與間接連接方式相比省去了最大功率控制器、蓄電池、DC/DC轉(zhuǎn)換器。因而避免了上述三種器件所帶來(lái)的轉(zhuǎn)換能量損失，以及所增加的線路阻抗，使系統(tǒng)更為簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、高效。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的。一種太陽(yáng)能光伏-氫儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于它包括系統(tǒng)動(dòng)力源太陽(yáng)能光伏電池、功率控制分配器、直流負(fù)載和由電解槽、儲(chǔ)氫罐、燃料電池組成的儲(chǔ)能再發(fā)電裝置；其中太陽(yáng)能光伏電池的輸出端通過(guò)導(dǎo)線與功率分配器的輸入端電連接，功率分配器的I輸出端口通過(guò)導(dǎo)線與直流負(fù)載的輸入端電連接，II輸出端口通過(guò)導(dǎo)線與電解槽的輸入端電連接；太陽(yáng)能光伏電池與電解槽的容量根據(jù)直接耦合連接的匹配原則進(jìn)行合理匹配，采用由 4片光伏電池并聯(lián)而成的光伏電池組與電解槽直接耦合連接；在氫儲(chǔ)能再發(fā)電裝置中，電解槽產(chǎn)氫出口通過(guò)管路與儲(chǔ)氫罐入口連接，儲(chǔ)氫罐出口通過(guò)管路與燃料電池入口連接，燃料電池的輸出端通過(guò)導(dǎo)線與直流負(fù)載的輸入端電連接。所述的太陽(yáng)能光伏-氫儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述的太陽(yáng)能光伏電池與電解槽的連接方式為直接耦合連接方式。所述的太陽(yáng)能光伏-氫儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述的太陽(yáng)能光伏電池與電解槽的直接耦合連接方式為通過(guò)設(shè)計(jì)匹配由4片光伏電池并聯(lián)而成的光伏電池組來(lái)滿足電解槽工作電壓、電流要求的一種連接方式。所述的太陽(yáng)能光伏-氫儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述的太陽(yáng)能光伏電池為晶體硅電池或非晶體硅電池。
所述的太陽(yáng)能光伏-氫儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述的電解槽為堿性電解槽、 固體氧化物電解槽或質(zhì)子交換膜電解槽。所述的太陽(yáng)能光伏-氫儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述的儲(chǔ)氫罐為金屬合金儲(chǔ)氫罐或納米碳管儲(chǔ)氫罐。所述的太陽(yáng)能光伏-氫儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述的燃料電池為堿性燃料電池、固體氧化物燃料電池或質(zhì)子交換膜燃料電池。所述的太陽(yáng)能光伏-氫儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述的直流負(fù)載為使用直流電工作的用電器(比如直流壓縮機(jī)冰箱、LED燈等)。本發(fā)明以制取氫氣儲(chǔ)能替代蓄電池儲(chǔ)能，主要有以下優(yōu)越性第一，無(wú)論是金屬合金儲(chǔ)氫還是納米碳管儲(chǔ)氫，其能量密度均遠(yuǎn)高于蓄電池；第二，氫的儲(chǔ)存基本沒(méi)有時(shí)間限制，而蓄電池如長(zhǎng)時(shí)間蓄電，必須考慮硫酸化和自放電問(wèn)題；第三，金屬儲(chǔ)氫罐及納米碳管儲(chǔ)氫罐的維護(hù)工作量極少，維護(hù)周期以若干年計(jì)，而蓄電池的維護(hù)工作量大，使用壽命不長(zhǎng)。本發(fā)明系統(tǒng)基于環(huán)境友好和利用可再生能源的兩大理念，沖破了依賴以破壞環(huán)境、向自然界大量索取不可再生能源發(fā)展模式的束縛，因而可在擁有豐富太陽(yáng)能資源的偏遠(yuǎn)地區(qū)、 島嶼等市電無(wú)法到達(dá)的地方推廣使用。本發(fā)明與傳統(tǒng)太陽(yáng)能光伏蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)比較優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在
(1)氫氣儲(chǔ)能。氫能是一種高密度、環(huán)境友好型能源，燃燒產(chǎn)物水對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染，且儲(chǔ)氫罐使用壽命長(zhǎng)、故障率低、從而使得系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)工作量少。(2)本發(fā)明系統(tǒng)省去光伏電池與功率分配器間的防反充二極管，系統(tǒng)中是以氫能的形式將富余的電能儲(chǔ)存起來(lái)，其區(qū)別于蓄電池的儲(chǔ)能方式，不會(huì)對(duì)光伏電池倒充電，進(jìn)而不會(huì)影響光伏電池性能。


圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1為太陽(yáng)能光伏電池，2為功率分配器，3為電解槽，4為儲(chǔ)氫罐，5為燃料電池，6為直流負(fù)載。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖1，它是本發(fā)明一種太陽(yáng)能光伏-氫儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)一較佳實(shí)例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示系統(tǒng)動(dòng)力源太陽(yáng)能光伏電池1，通過(guò)導(dǎo)線與功率分配器2電連接，光伏電池發(fā)電原理是利用半導(dǎo)體材料的光生伏打效應(yīng)特性將光能轉(zhuǎn)換成為電能。功率分配器2的 I輸出端口通過(guò)導(dǎo)線與直流負(fù)載6的輸入端電連接，II輸出端口通過(guò)導(dǎo)線與電解槽3的輸入端電連接，在功率分配器2中，由分配器內(nèi)部的集成電路根據(jù)光伏電池的發(fā)電情況負(fù)責(zé)將產(chǎn)生的電能合理的分配輸出到直流負(fù)載6和電解槽3中。太陽(yáng)能光伏電池與電解槽容量匹配通過(guò)合理設(shè)計(jì)不同數(shù)量的光伏電池組件片的串、并聯(lián)來(lái)滿足電解槽工作電壓、電流的要求來(lái)實(shí)現(xiàn)。電解槽電解水制出的氫氣通過(guò)管路與儲(chǔ)氫罐4入口連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了將富余的電能轉(zhuǎn)化為氫能的目的。夜間，陰雨天或光照不足時(shí)，光伏電池板產(chǎn)生的電能不能滿足直流負(fù)載的正常使用則啟用燃料電池5發(fā)電，燃料電池5入口通過(guò)管路與儲(chǔ)氫罐4出口連接， 氫氣跟氧氣在燃料電池5的質(zhì)子反應(yīng)堆內(nèi)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能，氧氣從吸入的大氣中直接獲取，產(chǎn)生的電能通過(guò)導(dǎo)線與直流負(fù)載6電連接，進(jìn)而達(dá)到使用電負(fù)載連續(xù)運(yùn)行的效果。本發(fā)明系統(tǒng)中的功率分配器是負(fù)責(zé)將光伏電池產(chǎn)生的電能合理的分配到電解水制氫的電解槽和直流負(fù)載中。本發(fā)明系統(tǒng)中為氫儲(chǔ)能，避免了光伏蓄電池儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)中，光伏電池不工作時(shí)， 蓄電池對(duì)其倒放電現(xiàn)象，故省去了光伏蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中的防反充二極管。本發(fā)明中的儲(chǔ)能再發(fā)電裝置中電解槽產(chǎn)氫出口通過(guò)管路與儲(chǔ)氫罐入口連接，儲(chǔ)氫罐出口通過(guò)管路與燃料電池入口連接，目的在于為燃料電池提供燃料氫氣，燃料電池的輸出端通過(guò)導(dǎo)線與直流負(fù)載的輸入端電連接。光伏電池采用深圳光瀾世紀(jì)綠色能源有限公司的單晶硅太陽(yáng)能電池，型號(hào) Lax-85,峰值電壓17. 6V，峰值電流4. 83A，標(biāo)準(zhǔn)功率85W ；燃料電池采用上海攀業(yè)氫能公司的WiyX-220質(zhì)子交換膜燃料電池；電解槽采用山東賽克賽斯公司的QL-1000固體聚合物電解槽，工作電壓12V，日耗電量1. Ilkff · h ；儲(chǔ)氫罐采用北京浩運(yùn)工貿(mào)有限公司的 HYM300, 300NL (標(biāo)準(zhǔn)升)，4kg的金屬氫化物儲(chǔ)氫罐；直流負(fù)載選用容聲B⑶-179S/C直流壓縮機(jī)冰箱，額定耗電量0. 33kff · h/24小時(shí)。作為可變化的實(shí)施方式，所述的直流負(fù)載6，在經(jīng)過(guò)DC/AC逆變器將直流電轉(zhuǎn)化為交流電后也可以為交流負(fù)載。作為可變化的實(shí)施方式，所述的太陽(yáng)能光伏電池1可以為晶體硅電池或非晶體硅電池。作為可變化的實(shí)施方式，所述的電解槽3可以為堿性電解槽、固體氧化物電解槽或質(zhì)子交換膜電解槽。作為可變化的實(shí)施方式，所述的儲(chǔ)氫罐4可以為金屬合金儲(chǔ)氫罐或納米碳管儲(chǔ)氫罐。作為可變化的實(shí)施方式，所述的燃料電池5可以為堿性燃料電池、固體氧化物燃料電池或質(zhì)子交換膜燃料電池。綜上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用來(lái)限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。即凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍的內(nèi)容所作的等效變化與修飾，都應(yīng)為本發(fā)明的技術(shù)范疇。
權(quán)利要求
1.一種太陽(yáng)能光伏-氫儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于它包括系統(tǒng)動(dòng)力源太陽(yáng)能光伏電池(1)、功率控制分配器(2)、直流負(fù)載(6)、和由電解槽(3)、儲(chǔ)氫罐(4)、燃料電池(5)組成的儲(chǔ)能再發(fā)電裝置；其中太陽(yáng)能光伏電池(1)的輸出端通過(guò)導(dǎo)線與功率分配器(2)的輸入端電連接，功率分配器(2)的I輸出端口通過(guò)導(dǎo)線與直流負(fù)載(6)的輸入端電連接，II輸出端口通過(guò)導(dǎo)線與電解槽(3 )的輸入端電連接；在氫儲(chǔ)能再發(fā)電裝置中，電解槽(3 )產(chǎn)氫出口通過(guò)管路與儲(chǔ)氫罐(4)入口連接，儲(chǔ)氫罐(4)出口通過(guò)管路與燃料電池(5)入口連接，燃料電池(5)的輸出端通過(guò)導(dǎo)線與直流負(fù)載(6)的輸入端電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能光伏-氫儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述的太陽(yáng)能光伏電池(1)與電解槽(3)的連接方式為直接耦合連接方式。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽(yáng)能光伏-氫儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述的太陽(yáng)能光伏電池(1)與電解槽(3)的直接耦合連接方式為通過(guò)設(shè)計(jì)匹配由4片光伏電池并聯(lián)組成的光伏電池組作為本系統(tǒng)的動(dòng)力源以滿足電解槽工作電壓、電流工作要求的一種連接方式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能光伏-氫儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，特別是一種新型高效的太陽(yáng)能光伏-氫儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)。它包括系統(tǒng)動(dòng)力源太陽(yáng)能光伏電池、功率分配器、直流負(fù)載和由電解槽、儲(chǔ)氫罐、燃料電池組成的儲(chǔ)能再發(fā)電裝置。本發(fā)明系統(tǒng)主要解決現(xiàn)有太陽(yáng)能蓄電池儲(chǔ)能密度低、儲(chǔ)能時(shí)間短和蓄電池使用壽命短、易漏電、故障率較高、報(bào)廢后污染環(huán)境等技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明中的儲(chǔ)能裝置與常規(guī)用蓄電池作為儲(chǔ)能設(shè)備的太陽(yáng)能光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)相比具有儲(chǔ)能時(shí)間長(zhǎng)、儲(chǔ)能效率高、運(yùn)行維護(hù)工作量少、省去防反充二極管等優(yōu)勢(shì)；本發(fā)明充分利用了可再生能源，具有節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，可在陽(yáng)光充足的偏遠(yuǎn)山區(qū)、島嶼等沒(méi)有市電的地方推廣使用。
文檔編號(hào)H02J7/35GK102497000SQ20111044123
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者劉業(yè)鳳, 周明杰, 張華 , 張峰, 楊標(biāo), 胡海濤, 蘇強(qiáng), 陳曦, 鮑團(tuán)衛(wèi), 龔國(guó)棟 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)