一种基于可再生燃料电池的光伏供能系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于可再生燃料电池的光伏供能系统及方法，包括光伏模块、直流

【技术实现步骤摘要】
一种基于可再生燃料电池的光伏供能系统及方法


[0001]本专利技术涉及独立式光伏供能
，尤其是一种基于可再生燃料电池的光伏供能系统及方法。

技术介绍

[0002]随着环境问题日益突出，世界各国陆续提出“碳中和”和“碳达峰”目标。当前我国的能源结构仍然以化石能源为主，能源消耗和二氧化碳排放量都居世界首位，为实现我国的减排目标，必然要大力发展可再生能源。近年来，我国光伏发电装机总量飞快发展，越来越多的家庭也开始使用光伏能源系统。
[0003]然而，太阳能资源由时间和气候条件因素决定，光伏系统的产能和负载的用能在时间和容量通常存在差异性。要真正实现能源的自产自消，需要在光伏能源系统中配备一定容量的储能装置。
[0004]蓄电池储能是目前应用最广泛的储能方式，但蓄电池存在能量密度小、储能时效短、成本高、寿命短等问题。氢气的能量密度高、热值高，燃烧产物仅为水，是一种极具应用前景的储能介质。专利CN109617215A提供了一种分布式光伏发电氢储能系统及方法，将多余发电量通过电解水模块制取氢气，当光伏发电系统不能满足电力需求时，燃料电池模块工作，消耗氢气并产生电能。但是该系统中电解水制氢模块和燃料电池发电模块是独立的两套装置，存在以下问题：(1)由于系统没有储电装置，在没有太阳辐射或者太阳辐射较弱的情况下，意味着只要有电力需求，燃料电池就需要处在工作状态，当用电负载较小时，系统能效较低；(2)燃料电池模块频繁启停，影响使用寿命；(3)制氢和发电需要两套独立的设备，系统复杂，占地面积大，较高的系统成本会限制该技术的应用。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺陷，本专利技术提供一种基于可再生燃料电池的光伏供能系统及方法，解决了由于缺乏储电装置导致系统能效低、燃料电池频繁启动影响使用寿命的技术问题。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种基于可再生燃料电池的光伏供能系统，包括光伏模块，还包括直流
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直流转换器，所述直流
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直流转换器分别与所述光伏模块、储电模块、可再生燃料电池模块和直流
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交流转换器连接，所述直流
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交流转换器和所述用电负载连接；所述可再生燃料电池模块具备发电模式和制氢模式；所述直流
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直流转换器可单独控制所连接设备的启停，使所述用电负载所需电能由所述光伏模块、所述储电模块、所述可再生燃料电池模块、或者所述光伏模块与所述储电模块联合提供，即实现四种供电方式。
[0008]其进一步技术方案为：
[0009]所述储电模块包括并联连接的蓄电池组件和电容器组件。
[0010]所述可再生燃料电池模块包括电池本体和分别与所述电池本体连接的空气管路、
氢气管路、水管路以及散热管路；
[0011]所述空气管路与所述电池本体的空气管路接口连接；
[0012]所述氢气管路的结构包括储氢罐、高压供气管和低压回气管，所述储氢罐通过高压供气管与所述电池本体的氢气入口连接，通过低压回气管与所述电池本体的氢气出口连接；
[0013]所述水管路的结构包括水箱，所述水箱入口、出口分别通过连接管与所述电池本体的水管路接口连接，形成回路；水箱与水管路接口之间的连接管上还设有第二气水分离器；
[0014]通过各所述连接管上阀门启闭及方向切换，实现所述可再生燃料电池模块分别在制氢模式和发电模式下运行。
[0015]所述高压供气管上连接有引射器，所述低压回气管通过支管与所述引射器连接。
[0016]所述高压供气管上依次连接第二电磁阀、所述引射器和减压阀；所述低压回气管上依次连接第四电磁阀、第一气水分离器、脱氧器、干燥器和增压泵；所述支管上连接有第三电磁阀。
[0017]所述散热管路的两端分别与所述电池本体的冷却液入口、冷却液出口连接形成循环回路，用于对所述电池本体降温散热。
[0018]所述散热管路上通过三通阀并联连接有风冷式散热器和热回收换热器，所述热回收换热器上连接有热回收管路。
[0019]所述散热管路上设有温度传感器。
[0020]一种基于可再生燃料电池的光伏供能方法：
[0021]当光伏模块发电量大于用电负载所需时，将光伏模块产生的电能通过直流
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直流转换器分配给储电模块、可再生燃料电池模块和直流
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交流转换器，此时可再生燃料电池模块切换到制氢模式，将制取的氢气储存到储氢罐中；用电负载所需的电能仅由光伏模块提供；
[0022]当光伏模块发电量小于用电负载所需时，此时可再生燃料电池模块不工作，用电负载所需的电能由光伏模块和储电模块联合提供；
[0023]当光伏模块发电量为零时，若用电负载的功率小于功率设定值，则用电负载所需的电能仅由储电模块提供；若用电负载的功率大于功率设定值时或储电模块电量过低时，此时可再生燃料电池模块切换到发电模式，即利用储存的氢发电，并将电能通过直流
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直流转换器分配给用电负载和储电模块，用电负载所需的电能仅由可再生燃料电池模块提供；功率设定值根据具体应用场景合理决定，从而减少可再生燃料电池模块的启停次数。
[0024]其进一步技术方案为：
[0025]所述可再生燃料电池模块包括电池本体和分别与所述电池本体连接的空气管路、氢气管路、水管路以及散热管路；所述氢气管路的结构包括高压供气管、低压回气管，所述储氢罐通过所述高压供气管与所述电池本体的氢气入口连接，通过低压回气管与所述电池本体的氢气出口连接；所述水管路的结构包括水箱，所述水箱入口、出口分别通过连接管与所述电池本体的水管路接口连接，形成回路，水箱与水管路接口之间的连接管上还设有第二气水分离器；
[0026]可再生燃料电池模块发电过程中，外界空气和所述储氢罐中的氢气分别经所述空
气管路和所述高压供气管进入所述可再生燃料电池模块，反应产生的水经水管路储存在水箱，同时产生的电能由所述直流
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直流转换器输出和分配；空气乏气经所述水管路流出，并通过所述第二气水分离器排放；在所述高压供气管上设置引射器，将部分未来得及参与反应的低压氢气从所述低压回气管引射到所述高压氢气管路中，再次作为反应气体加以利用。
[0027]本申请的可再生燃料电池模块还可以采用现有技术中的同时具备制氢和发电功能的各种燃料电池。
[0028]本专利技术的有益效果如下：
[0029]本专利技术可在太阳辐射充足的时通过电解水制取氢气储存能量，并在无太阳辐射时，使用氢燃料电池发电。本专利技术的储电模块可稳定系统的电流与电压，避免各模块的电力冲击，避免可再生燃料电池模块的频繁启停，有效减少可再生燃料电池的启停次数，延长可再生燃料电池模块的使用寿命，同时保持系统效率维持在较高水平。
[0030]本专利技术的可再生燃料电池模块利用一套装置实现制氢模式和发电模式的功能切换，可缩小设备空间、节约设备成本。制取的氢气不但可以跨季节储存，还可以供氢动力汽车等设备使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于可再生燃料电池的光伏供能系统，包括光伏模块(1)，其特征在于，还包括直流
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直流转换器(2)，所述直流
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直流转换器(2)分别与所述光伏模块(1)、储电模块(4)、可再生燃料电池模块(5)和直流
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交流转换器(3)连接，所述直流
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交流转换器(3)和用电负载(6)连接；所述可再生燃料电池模块(5)具备发电模式和制氢模式；所述直流
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直流转换器(2)可单独控制所连接设备的启停，使所述用电负载(6)所需电能由所述光伏模块(1)、所述储电模块(4)、所述可再生燃料电池模块(5)、或者所述光伏模块(1)与所述储电模块(4)联合提供，即实现四种供电方式。2.根据权利要求1所述的基于可再生燃料电池的光伏供能系统，其特征在于，所述储电模块(4)包括并联连接的蓄电池组件(402)和电容器组件(403)。3.根据权利要求1所述的基于可再生燃料电池的光伏供能系统，其特征在于，所述可再生燃料电池模块(5)包括电池本体和分别与所述电池本体连接的空气管路(7)、氢气管路(8)、水管路(9)以及散热管路(10)；所述空气管路(7)与所述电池本体的空气管路接口(703)连接；所述氢气管路(8)的结构包括储氢罐(801)、高压供气管和低压回气管，所述储氢罐(801)通过高压供气管与所述电池本体的氢气入口(805)连接，通过低压回气管与所述电池本体的氢气出口(806)连接；所述水管路(9)的结构包括水箱(904)，所述水箱(904)入口、出口分别通过连接管与所述电池本体的水管路接口(901)连接，形成回路；水箱(904)与水管路接口(901)之间的连接管上还设有第二气水分离器(903)；通过各所述连接管上阀门启闭及方向切换，实现所述可再生燃料电池模块(5)分别在制氢模式和发电模式下运行。4.根据权利要求3所述的基于可再生燃料电池的光伏供能系统，其特征在于，所述高压供气管上连接有引射器(803)，所述低压回气管通过支管与所述引射器(803)连接。5.根据权利要求4所述的基于可再生燃料电池的光伏供能系统，其特征在于，所述高压供气管上依次连接第二电磁阀(802)、所述引射器(803)和减压阀(804)；所述低压回气管上依次连接第四电磁阀(808)、第一气水分离器(809)、脱氧器(810)、干燥器(811)和增压泵(812)；所述支管上连接有第三电磁阀(807)。6.根据权利要求3所述的基于可再生燃料电池的光伏供能系统，其特征在于，所述散热管路(10)的两端分别与所述电池本体的冷却液入口(1007)、冷却液出口(1001)连接形成循环回路，用于对所述电池本体降温散热。7.根据权利要求6所述的基于可再生燃料电池的光伏供能系统，其特征在于，所述散热管路(10)上通过三通阀(1002)并...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡亮，马振西，孔令玺，高候畅，王慧敏，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：