[发明专利]一种漂浮式太阳能光伏光热耦合电解水制氢系统及方法

说明书

本发明公开了一种漂浮式太阳能光伏光热耦合电解水制氢系统及方法，系统包括漂浮支架、光热模块和制氢及集气模块；光热模块包括聚光装置和集热装置，聚光装置下凹设置在所述漂浮支架上，集热装置安装在聚光装置内收集聚光装置聚集的热量；集热装置一端为进水口；制氢及集气模块包括光伏电池阵列、电解装置和集气装置；光伏电池阵列排布在漂浮支架表面；集热装置另一端与电解装置连通；光伏电池阵列与电解装置电连接；集气装置设置在漂浮支架下表面，集气装置与电解装置的出气管连接。本发明可漂浮于多种水体上，可电解各种天然水体，不需要额外的水源和复杂的电解液循环管道，节省空间，减少了太阳能资源的浪费。

技术领域

本发明属于太阳能和氢能综合利用领域，涉及一种漂浮式太阳能光伏光热耦合电解水制氢系统及方法。

背景技术

化石燃料等传统能源的大量使用，导致了严重的能源供应危机与环境污染问题，开发可再生清洁能源迫在眉睫。太阳能作为一种新能源，可再生、分布地域广、存在普遍、易获得，但其难以直接利用。太阳能发电特别是太阳能光伏发电技术将太阳能转换为电能已经得到实际应用，但其波动性较大，不利于并入电网。氢气具有能量密度高、质量轻、储运方便、燃烧产物为水、不污染环境等特点，是一种理想的能源载体。而电解水制氢是一种常见的制氢技术。因此，太阳能光伏电解水制氢是一种很有前景的实现方式。

电解水制氢技术主要有碱水电解、固体氧化物电解和质子交换膜(PEM)电解。碱性电解池成本较低，但存在碱液污染。固体氧化物电解池电解效率最高，但工作温度范围700～1000℃，需要额外能耗，且仍处于实验室研发阶段，尚未实现商业化应用。PEM电解池电解效率居于二者之间，可使用纯水，且已实现商业化。通过PEM电解制氢时，电解水温的升高可以减少电能耗散，从而提高电解效率，但提高电解水温度需要额外的加热装置与能源消耗。

此外，现有的太阳能光伏电解水面临着占地面积大、成本高、规模效应明显的问题，导致设备的小型便捷化和集成一体化受到阻碍。

发明内容

基于以上描述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供了一种漂浮式太阳能光伏光热耦合制氢系统及方法。该系统可漂浮于海洋、湖泊、水库、蓄水池等水体上，利用位于水面上的太阳能资源，避免占用宝贵的陆地资源；可电解天然水体，不需要额外的水源和复杂的电解液循环管道；利用太阳能光热效应提高电解水的温度，从而提高了电解效率；将光伏、电解、光热、集气高度集成，节省空间，实现了设备的小型化和模块化。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种漂浮式太阳能光伏光热耦合电解水制氢系统，包括漂浮支架、光热模块和制氢及集气模块；

所述光热模块包括聚光装置和集热装置，所述聚光装置下凹设置在所述漂浮支架上，集热装置安装在聚光装置内收集聚光装置聚集的热量；集热装置一端为进水口；

所述制氢及集气模块包括光伏电池阵列、电解装置和集气装置；光伏电池阵列排布在漂浮支架表面；集热装置另一端与电解装置连通；光伏电池阵列与电解装置电连接提供电能；集气装置与电解装置的出气管连接；

所述集气装置底部均有出水小孔，顶部有带活塞的出气管。

作为本发明的进一步改进，所述聚光装置采用抛物面聚光器，所述集热装置采用集热圆管，集热圆管设置在抛物面聚光器的焦点处。

作为本发明的进一步改进，所述抛物面聚光器与集热圆管满足最大采光角范围内入射到抛物面聚光器的光均将反射到集热圆管上。

作为本发明的进一步改进，所述光伏电池阵列包括若干太阳能电池板，太阳能电池板对称布置于聚光装置两侧的漂浮支架上。

作为本发明的进一步改进，所述电解装置为质子交换膜电解池，质子交换膜电解池采用光伏电池阵列产生的直流电将水电解为氢气和氧气。

作为本发明的进一步改进，所述质子交换膜电解池外包覆有隔热材料。