[发明专利]一种太阳能电解水制氢系统

说明书

本发明公开了一种太阳能电解水制氢系统，包括太阳能系统、水电解制氢系统、电解用水供给系统、气/液分离干燥提纯系统、碱液循环系统和储氢罐；太阳能系统的电能第一输出端连接水电解制氢系统，水电解制氢系统由电解用水供给系统供水；水电解制氢系统依次与气/液分离干燥提纯系统和储氢罐连接；水电解制氢系统包括控制器、多路开关和电解槽，电解槽包括N+1个依次串联的电解小室，控制器根据太阳能系统电源的输出功率控制电解槽中相应个数的电解小室接入电解回路。本发明的优点为：在不过多增加生产成本的情况下，有效实现水电解制氢系统对太阳能系统波动输入的适应性，提高太阳能利用效率，有效缓解太阳能无法高效利用的问题。

技术领域

本发明属于可替换能源技术与水电解制氢领域，涉及一种太阳能电解水制氢系统。

背景技术

氢气作为储能载体拥有质量轻，能量密度高，使用时对环境无任何排放等优点，受到广大科研工作者及环境工作者的青睐。然而，氢气并非存在于自然界，需要利用外部能量进行制备。目前制氢的技术主要是矿物燃料制氢和水电解制氢两大类。也有其他制氢方法比如热化学循环制氢和生物质制氢。矿物燃料制氢是目前最大也是最经济的氢气来源，随着社会的发展和环境问题受到越来越多的关注，矿物燃料制氢由于其使用石油燃料作为原料，在制备氢气过程中不可避免的对环境有一定的负面影响，所制备的氢气后期需要繁琐的过滤和分离工序导致氢气纯度不一定能满足后期用氢设备的要求。另外，矿物燃料制氢通常用于大型生产基地，在目前高效经济的微电网架构中无法完全发挥其作用。

水电解制氢通过电解水而获得高纯度的氢气，其设备结构成熟，相对简单。其纯化后的氢气纯度可高达99.9999％，高出其他制氢方式一个数量级且其制备的氢气不含碳元素杂质，故而成为如多晶硅生产等高精应用领域唯一选择。然而水电解制氢的能量转化率相较矿物燃料制氢偏低，有研究分析得出，水电解制氢的生产消耗构成中，原材料(主要为电费投入)占比高达81.9％，致使水电解制氢在整体制氢市场所占份额很小。

在国家大力倡导新能源可持续化发展今天，水电解制氢迎来了新的发展机遇。太阳能是一种重要的新能源，但太阳能发电受制于光能强度以及其光照时间等因素导致了可再生能源作为电源的输出电压波动性。

目前利用太阳能水电解制氢所面临的挑战主要来自于两个方面：电解水制氢效率不高以及太阳能输入功率不稳定。因此，优化水电解制氢系统对波动电源输入的适应性，同时提高单位能量的产氢量，是目前水电解制氢技术的主要目标。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，而提供适应太阳能系统产生的电源的波动性，提高能源利用效率的太阳能电解水制氢系统。

一种太阳能电解水制氢系统，包括太阳能系统、水电解制氢系统、电解用水供给系统、气/液分离干燥提纯系统、碱液循环系统和储氢罐；太阳能系统采用太阳能板阵列，其电能第一输出端连接水电解制氢系统，水电解制氢系统由电解用水供给系统供水；水电解制氢系统将制好的氢气与氧输入气/液分离干燥提纯系统进行分离、干燥和提纯，气/液分离干燥提纯系统将分离、干燥和提纯后的氢气输入储氢罐中，气/液分离干燥提纯系统中的碱液反应后经碱液循环系统处理后回流至水电解制氢系统中；水电解制氢系统包括控制器、多路开关和电解槽，多路开关的控制端与控制器连接，多路开关的输入端与太阳能系统的正极连接，多路开关的输出端具有M个端口，电解槽包括N+1个依次串联的电解小室，电解槽的一端与太阳能系统的负极连接，控制器用于检测太阳能系统电源的输出功率，并根据太阳能系统电源的输出功率控制多路开关的M个输出端中相应的端口与电解槽的N+1个电解小室中相应的电解小室的触点连通形成电解回路。

电解槽包括分置于两端的第一端单极板、第二端单极板和设于两者之间的N个双极板，第一端单极板、N个双极板和第二端单极板依次串联，每相邻两个极板之间构成一个电解小室，且每一电解小室内部由隔膜分隔成阳极与阴极，第一端单极板连接太阳能系统的负极，N个双极板和第二端单极板的触点分别与多路开关的第一端口至第M个端口一一对应。