[发明专利]氢能和太阳能互补的热电联供系统及其工作方法

说明书

技术领域

本发明涉及热能动力技术领域，尤其涉及一种氢能和太阳能互补的热电联供系统及其工作方法。

背景技术

与直接电加热相比，热泵具有较高的制热效率(能效比一般能达到3以上)，具有省电、节能、环保的特点。但由于热泵仍需要消耗高品位的电能，在远离电网的地方应用受到限制。

太阳能光伏电池可以充分利用取之不尽、用之不竭且廉价的太阳光来产生电能，是一种清洁、无污染的发电方式，但由于太阳能具有间歇性的特点，晴天有阴天没有，白天有晚上没有，因此在需要稳定的能源供应的地方并不方便使用。

氢燃料电池发电系统使用氢作燃料，反应的产物只有水，同样是一种清洁、无污染的发电方式。但氢燃料电池所使用的氢气价格较贵，且燃料电池目前的实用效率只有50％左右，即输入燃料电池的氢能只有50％能转化成电能，剩下的50％能量都以热量的形式白白排放掉了，而没有得到充分的利用。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种综合利用质子交换膜燃料电池、太阳能光伏电池、热泵各自的优点，并避免其缺点，可得到远高于质子交换膜燃料电池余热温度高温热水的氢能和太阳能互补的热电联供系统及其工作方法。

本发明的实施例提供氢能和太阳能互补的热电联供系统，包括质子交换膜燃料电池发电系统、蒸气压缩式热泵系统、太阳能光伏发电系统、直流母线和蓄电池组，所述质子交换膜燃料电池发电系统、蒸气压缩式热泵系统、太阳能光伏发电系统和蓄电池组均与直流母线连接，所述质子交换膜燃料电池发电系统和太阳能光伏发电系统产生的电流通过直流母线储存在蓄电池组中或用于驱动蒸气压缩式热泵系统制热,同时,所述质子交换膜燃料电池发电系统的余热也被回收用于供热。

进一步，所述太阳能光伏发电系统包括太阳能光伏阵列、第一直流-直流变换器以及相应的连接导线，所述太阳能光伏阵列和第一直流-直流变换器之间设有第一开关，所述太阳能光伏阵列包括一个或多个太阳能电池组件，所述太阳能光伏阵列输出的直流电经第一直流-直流变换器转换为稳定直流电；所述太阳能光伏阵列具有输出正接线端子和输出负接线端子，所述第一直流-直流变换器具有输入正接线端子、输入负接线端子、输出正接线端子和输出负接线端子，所述太阳能光伏阵列的输出正接线端子接第一直流-直流变换器的输入正接线端子，所述太阳能光伏阵列的输出负接线端子接第一直流-直流变换器的输入负接线端子；所述第一直流-直流变换器的输出正接线端子接直流母线的正极导线，所述第一直流-直流变换器的输出负接线端子接直流母线的负极导线。

进一步，所述蒸气压缩式热泵系统包括直流制冷压缩机、冷凝器、节流元件、蒸发器、蒸发器风扇、第一水泵、热水储箱及相应的连接管路，所述直流制冷压缩机、冷凝器、节流元件和蒸发器通过管路依次连接，所述蒸发器风扇设在蒸发器的一侧，所述第一水泵的进口和热水储箱相连，所述第一水泵的出口和冷凝器的进水口相连，所述冷凝器的出水口和热水储箱相连；所述直流制冷压缩机、冷凝器、节流元件、蒸发器和连接它们的管路中充注有制冷剂，所述冷凝器是制冷剂和水的热交换器，所述蒸发器是制冷剂和空气的热交换器。

进一步，所述质子交换膜燃料电池发电系统包括质子交换膜燃料电池电堆、氢气供应系统、空气供应系统、第二直流-直流变换器、第二水泵、散热水箱、散热风扇、膨胀水箱、设于热水储箱内部的水换热器和相应的连接管路，所述质子交换膜燃料电池电堆连接氢气供应系统和空气供应系统，所述质子交换膜燃料电池电堆通过第二开关连接第二直流-直流变换器，所述质子交换膜燃料电池电堆的冷却水进口和第二水泵的出口相连，所述第二水泵的进口和散热水箱的进口相连，所述质子交换膜燃料电池电堆的冷却水出口连接散热水箱进口和水换热器的进口，所述水换热器的出口连接散热水箱的进口，所述散热风扇设在散热水箱的一侧，所述膨胀水箱连接第二水泵；所述直流制冷压缩机通过第三开关连接直流母线的正极导线和负极导线。