一种分布式光伏发电氢储能系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种分布式光伏发电氢储能系统及方法，包括太阳能电池板，太阳能电池板通过总控制器分别与逆变器和氢储能单元相电连，通过总控制器将太阳能电池板转化得来电能的一部分输入逆变器供家用负载正常用电，多余电能通过吸附性较高的金属氢化物储能单元储存后进行供电。本发明专利技术通过以氢气为氢储能单元，将日间所发出的多余电能通入电解槽电解水制造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有效利用，清洁环保、能量利用率高，易于建设。

【技术实现步骤摘要】
一种分布式光伏发电氢储能系统及方法
本专利技术属于光伏发电领域，涉及氢储能技术，尤其涉及一种高效安全金属氢化物储氢方式的分布式光伏发电氢储能系统及方法。
技术介绍
分布式光伏发电由于其自给自足的特点，且无需考虑并网，已被大规模应用于偏远地区家庭供电，但是由于其存在一定的间歇性、随机性与波动性，往往需要与储能技术相结合，使其具有能量随时间迁移的能力，实现将白天所发的多余电能供给夜间使用。目前应用与分布式光伏发电的主要储能方式为电化学储能，其中主要得到利用的有铅酸电池、钠硫电池、锂电池等，但这种储能方式往往成本较高、寿命较短，且组件回收困难、极易对环境造成污染，电化学储能技术还有待发展与完善。
技术实现思路
为了解决传统电化学储能中组件成本高、寿命短、回收困难等问题，本专利技术提供了一种分布式光伏发电氢储能系统。本专利技术采用的技术方案如下：一种分布式光伏发电氢储能系统，包括太阳能电池板，太阳能电池板通过总控制器分别与逆变器和氢储能单元相电连，通过总控制器将太阳能电池板转化得来电能的一部分输入逆变器供家用负载正常用电，多余电能通过吸附性较高的金属氢化物储能单元储存后进行供电。进一步的，氢储能单元输出端与逆变器输入端相接。进一步的，氢储能单元包括碱性电解池和PEM氢燃料电池，碱性电解池的正、负极与总控制器电连，通过总控制器控制将日间所发多余电能输入碱性电解池中电解水制备氢气，通过PEM氢燃料电池接收氢气发电输入所述逆变器。进一步的，氢储能单元还包括储氢装置，碱性电解池与储氢装置相接通，储氢装置与PEM氢燃料电池相通，PEM氢燃料电池的阴、阳极与所述逆变器相电连。优选的，碱性电解池采用铁、镍及其合金作为电极，电解质为浓度为25%～30%的KOH水溶液。优选的，储氢装置内装有金属氢化物用于自由地吸附、储存并释放氢气。优选的，PEM氢燃料电池中每一单电池的阴、阳极之间设有质子交换膜。优选的，储氢装置与PEM氢燃料电池之间通过H2输出管相接通，该管中设有通过总控制器控制的控制阀。优选的，太阳能电池板置于设施或建筑物顶部。一种采用上述的分布式光伏发电氢储能系统的氢储能方法，具体包括以下步骤：步骤（1）.太阳能电池板置于设施或建筑物顶部，实现光伏发电，太阳能电池板通过总控制器将太阳能电池板转化得来电能的一部分输入逆变器转化为交流电供家用负载正常用电；步骤（2）.将太阳能电池板日间所发多余电能输入碱性电解池中进行电解水，制备氢气，并输入储氢装置；步骤（3）.储氢装置与PEM氢燃料电池之间通过H2输出管相接通，通过PEM氢燃料电池接收氢气发电输入逆变器供家用负载正常用电。本专利技术的有益效果在于：1.本专利技术通过总控制器将太阳能电池板转化得来的电能其中一部分输入逆变器供家庭电器正常用电，另一部分日间所发出的多余电能通过氢储能单元储存后进行供电使用。达到太阳能电池板所发电能不足以给家用负载供给负载时，通过储存的电能实现电能补偿。2.本专利技术通过以氢气为氢储能单元，将日间所发出的多余电能通入电解槽电解水制造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这一循环过程。3.本专利技术的储氢装置通过其内部装有金属氢化物，可以较为自由地吸附、储存并释放氢气，与其它储氢方式相比，金属氢化物储氢具有压力平稳、充氢简单、安全方便等优点，单位体积储氢的密度可达相同温度、压力条件下气态氢的1000倍，理想状态下储能密度超过了液态储氢。本专利技术金属氢化物的选择为镧系金属、碱金属和部分碱土金属的氢化物（LaNi5H6、MgH2、NaAlH4等），这些金属氢化物制备过程简单、占用体积小、效率较高且寿命较长，储氢反应具有可逆性，所消耗的能量较低、得到的氢气纯度较高且安全系数高，清洁环保、能量利用率高，易于建设。附图说明图1.本专利技术的工艺流程图；图2.本专利技术的结构示意图；图3本专利技术金属氢化物储氢原理示意图。图中：1.太阳能电池板、2.总控制器、3.家用负载、4.碱性电解池、5.储氢装置、6.PEM氢燃料电池、7.逆变器、8.氧气收集装置、9.汇流箱。具体实施方式下面结合具体附图，对本专利技术做进一步详细说明；如图1、2所示，一种分布式光伏发电氢储能系统，包括太阳能电池板，太阳能电池板置于设施或建筑物顶部，实现光伏发电功能。太阳能电池板1通过总控制器2分别与逆变器和氢储能单元相电连，通过总控制器2将太阳能电池板转化得来电能的一部分输入逆变器7转化为交流电供家用负载3正常用电，多余电能通过氢储能单元储存后进行供电。所述的氢储能单元包括碱性电解池4、（金属）储氢装置5和PEM氢燃料电池6，碱性电解池的正、负极与总控制器电连，通过总控制器控制将太阳能电池板日间所发多余电能输入碱性电解池中电解水，实现氢气的制备，碱性电解池与储氢装置相接通，储氢装置与PEM氢燃料电池之间通过H2输出管相接通，该管中设有通过总控制器控制的控制阀，PEM氢燃料电池的阴、阳极与所述逆变器相电连，通过PEM氢燃料电池接收氢气发电输入所述逆变器。采用上述的分布式光伏发电氢储能系统的氢储能方法，具体包括以下步骤：步骤（1）.太阳能电池板置于设施或建筑物顶部，实现光伏发电，太阳能电池板通过总控制器将太阳能电池板转化得来电能的一部分输入逆变器转化为交流电供家用负载正常用电；步骤（2）.将太阳能电池板日间所发多余电能输入碱性电解池中进行电解水，制备氢气，并输入储氢装置；步骤（3）.储氢装置与PEM氢燃料电池之间通过H2输出管相接通，通过PEM氢燃料电池接收氢气发电输入逆变器供家用负载正常用电。上述碱性电解常使用铁、镍及其合金等耐久性强的材料作为电极，电解质为浓度为25%～30%的KOH水溶液。标准状态下水分解的电势差为1.23V，耗电量为2.95KWh/m3,而在碱性环境下的实际耗电量为4.5～5.5KWh/m3,效率为53.6%～62%。这种制氢方式成本较低、技术成熟，适用范围广、结构简单。所述的储氢装置，其内部装有金属氢化物，可以较为自由地吸附、储存并释放氢气，采用该方式储氢密度可达到标准状态下氢气的1000倍以上，理想状态下储能密度超过了液态储氢。金属氢化物的选择可以为LaNi5H6、MgH2、NaAlH4等，储氢反应具有可逆性，所消耗的能量较低、得到的氢气纯度较高且安全系数高。金属氢化物储氢原理如图3所示。PEM氢燃料电池，其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，质子交换膜位于阴、阳极之间，两极都含有增加电极反应速率的催化剂，质子交换膜作为传递H+的介质，只允许H+通过，而H2失去的电子则从导线通过，其工作温度在100℃左右，工作时相当于一直流电源，可以持续地产生电能，其工作受总控制器控制，当外界光照强度较低时，太阳能电池板所发电能不足以供给负载，此时氢燃料电池自动工作，实现电能的补偿。总控制器流出的电能与PEM燃料电池工作补偿的电能流经汇流箱汇流，最终流入逆变器并输出供家用负载使用。电解电压的选择：在碱性电解池中，电解水的反应如下：2H2O==2H2+O2ΔH=571.6KJ制氢半反应：2H2O+2e-==H2+2OH-因此每制得1mol氢气，需要2mol的电子转移，电荷量为：q=2×6.02×1023×1.6×10-19C=1.9本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分布式光伏发电氢储能系统，其特征在于：包括太阳能电池板，太阳能电池板通过总控制器分别与逆变器和氢储能单元相电连，通过总控制器将太阳能电池板转化得来电能的一部分输入逆变器供家用负载正常用电，多余电能通过氢储能单元储存后进行供电。

【技术特征摘要】
1.一种分布式光伏发电氢储能系统，其特征在于：包括太阳能电池板，太阳能电池板通过总控制器分别与逆变器和氢储能单元相电连，通过总控制器将太阳能电池板转化得来电能的一部分输入逆变器供家用负载正常用电，多余电能通过氢储能单元储存后进行供电。2.根据权利要求1所述的一种分布式光伏发电氢储能系统，其特征在于：氢储能单元输出端与逆变器输入端相接。3.根据权利要求1或2所述的一种分布式光伏发电氢储能系统，其特征在于：氢储能单元包括碱性电解池和PEM氢燃料电池，碱性电解池的正、负极与总控制器电连，通过总控制器控制将日间所发多余电能输入碱性电解池中电解水制备氢气，通过PEM氢燃料电池接收氢气发电输入所述逆变器。4.根据权利要求3所述的一种分布式光伏发电氢储能系统，其特征在于：氢储能单元还包括储氢装置，碱性电解池与储氢装置相接通，储氢装置与PEM氢燃料电池相通，PEM氢燃料电池的阴、阳极与所述逆变器连接。5.根据权利要求4所述的一种分布式光伏发电氢储能系统，其特征在于：碱性电解池采用铁、镍及其合金作为电极，电解质为浓度为25%～30%的KOH水溶液。6.根据权利要求4或5所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨艳，郭效锟，司杨，宁海东，薛小代，
申请(专利权)人：青海大学，
类型：发明
国别省市：青海,63