[发明专利]一种基于氢储能的新型净零能耗建筑的能源系统

说明书

本发明公开一种基于氢储能的新型净零能耗建筑的能源系统，包括太阳能光伏板与太阳能热水器两个太阳能利用装置，太阳能光伏板与DC/DC转化器相连接，将太阳能光伏板所发的电进行变压，变压到适合逆变器逆变以及电解池电解所需要的电压，然后接入控制器中；控制器分别与氢储能单元和汇流箱相连，通过控制器将太阳能光伏板所发的电一部分输送至汇流箱经逆变器后供净零能耗建筑正常使用，多余的电量用来电解水制氢，并储存起来。实现解决太阳能光伏发电系统存在间歇和波动问题，使净零能耗建筑能源系统在连续阴雨天时还能正常工作，同时实现SOFC燃料电池系统中余热的利用，以提高SOFC燃料电池的效率。

技术领域

本发明属于能源利用技术领域，涉及到一种基于氢储能的新型净零能耗建筑能源系统的 设计及应用。

背景技术

净零能耗建筑是指不消耗常规能源，完全依靠太阳能或者其他可再生能源的建筑。在建 筑能耗问题日益严重的今天，如何实现“净零能耗”成为了各国建筑行业追求的终极目标。 净零能耗建筑通过节能设计，采用高效节能设备并利用可再生能源如太阳能、风能为建筑供 能。由于太阳能光伏或风能发电均存在着不稳定性，并且难以并网，目前都是将多余的电储 存在蓄电池中，再由蓄电池进行供电。然而蓄电池具有储能时间短、容易泄露、报废后其所 含的硫酸会对环境造成一定的污染，因此需要需求一种高效清洁的储能方式。

氢气作为一种清洁的可再生能源，其燃烧产物只有水，无其他污染物的产生，能量可以 长时间进行储存并且其能量密度大，可以作为化石燃料的替代物广泛的进行使用。目前氢气 的生产方式有多种，工业上制取氢气的方式主要有乙醇-水混合物重整制氢法、烃类氧化重整 制氢法以及电解水等方法。因此可以将太阳能光伏产生的多余的电量用于制氢，将电能间接 的储存在H₂中，再利用燃料电池技术，将储存的能量转化为电能。例如中国专利文献 CN109617215A公开的一种分布式光伏发电氢储能系统及方法，该系统以氢气为储氢单元，将 日间太阳能光伏板发出的多余电量通入电解槽电解水制取氢气并将氢气暂时储存于吸附性高 的储氢材料中，夜间用电时储氢材料释放氢气并通入氢燃料电池发电，实现将电能转化为化 学能再转化为电能进行利用。然而太阳能光伏发电受天气因素的影响较大，夜晚以及阴雨天 气时，都会造成太阳能光伏板发电量不足，从而影响家庭的正常用电以及电解制氢系统的正 常运行；如果遇到连续阴雨天气时，储存的氢气通过燃料电池所发的电量无法供应家庭的正 常用电，上述技术没有考虑到这一实际情况。

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种直接将燃料气和氧化气中的化学能转换成电能的全 固态能量转换装置，具有一般燃料电池的结构。固态氧化物燃料电池以致密的固体氧化物作 为电解质，在高温800～1000℃下操作，反应气体不直接接触，因此可以使用较高的压力以 缩小反应器的体积而没有燃烧或爆炸的危险，其燃料适用性广，可以用氢气等燃料作为燃料 气来进行发电。由于SOFC燃料电池在反应时产生大量的余热，可以对这些余热进行综合利用， 以提高SOFC燃料电池的效率

综上所述，建筑物要想实现净零能耗，关键在于其能源供应系统，该能源系统能够完全 依靠太阳能等可再生能源。一般来说晴天时太阳能光伏板所发的电量完全够家庭的正常用电， 因此如何解决在连续阴雨天时，该能源系统还能正常运行，已经成为净零能耗建筑能源系统 设计的关键，这依然是本领域研究的技术空白点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何克服现有技术的缺陷，从而实现解决太阳能光伏发电 系统存在间歇和波动问题，使净零能耗建筑能源系统在连续阴雨天时还能正常工作，同时实 现SOFC燃料电池系统中余热的利用，以提高SOFC燃料电池的效率。