一种无隔膜微电解槽-光伏制氢系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种无隔膜微电解槽

【技术实现步骤摘要】
一种无隔膜微电解槽
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光伏制氢系统


[0001]本技术属于电解制氢领域，尤其涉及一种无隔膜微电解槽
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光伏制氢系统，将光伏产生的电能通过无隔膜微电解槽电解制氢。

技术介绍

[0002]目前，光伏发电已经成为全球最经济的清洁能源，同时它的度电成本还在继续下降，光伏发电的低度电成本给电解水制氢带来了降低成本的机会。那么利用充足且经济的光伏电力解水生产绿氢，就可以不断扩大绿氢的应用规模，加速实现全球各国减碳和脱碳的目标。现有的主流电解水制氢技术主要包括三种：碱性电解水制氢、质子交换膜(PEM)电解制氢以及高温固体氧化物电解(SOEC)制氢。电解制氢技术中关键的核心设备是电解槽，三种电解技术对应的分别为碱性电解槽、质子交换膜电解槽及高温固体氧化物电解槽。
[0003]就电解槽而言，前面提到的三种制氢技术均有其固有缺陷。例如，碱性水电解槽的缺点在于，(1)采用强碱KOH作为电解液，需要使用耐腐蚀金属制造电解槽，增加成本；(2)碱水槽隔膜多采用石棉或PPS等材料，电阻高，增加能耗，阻气性差，因而抗负荷波动性差，启停耗时长；(3)碱性水电解系统结构复杂，部件多，故障率高。对于PEM系统，目前主要的缺陷在于其核心部件
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质子交换膜通常采用贵金属制成，成本很高。而高温固体氧化物电解槽目前处于实验阶段，电极性能损耗快，技术成熟度低。因此，目前的三种制氢技术在小规模、分布式制氢中适用性较差。
[0004]因此，由于以上三种电解制氢技术的固有缺陷，并不能很好地与光伏发电系统联用。例如，碱性水电解槽抗波动性差，电功率波动较大时，氢气中混入氧气的含量易出现较大波动而引起爆炸风险，而太阳能正是一种具波动性较大的能源，因此碱性水电解技术应用于光伏制氢系统抗负荷波动性差。与此同时，碱性水电解槽小室之间为串联运行，并不能根据电负荷控制每个小室的产氢量，因此缺乏灵活性；质子交换膜电解槽由于含有贵金属电极催化剂，因而价格很高；SOEC现阶段还远未成熟，并未能与光伏系统联用。
[0005]另一方面，光伏板在阳光照射下，其下方将出现温度明显上升的区域，称为“热区”。该区域的出现，将显著降低光伏发电的效率。如何将热区热量导出，降低光伏板温度，是光伏发电行业的难题。
[0006]鉴于以上分析可知，电解制氢的核心部件是电解槽，其主要问题在于成本高、结构复杂、故障率高等。因此，需开发适用于分布式制氢的小型、结构简单、灵活性高的电解设备。电解槽本质上为通电产生电化学反应的装置，目前，反应器的微型化是化工设备的发展的重要方向之一，因此催生出各种微化工装置，例如微反应器、微分离器等。微化工装置通道的特征尺寸通常在几十到几百微米之间，装置的微型化带来的主要优势有：(1)微小尺度大大增加了反应比表面积，微反应器中传递过程(反应速率、传热等)将得到大大强化，反应速率将加快，反应产热可快速消散，降低反应过程的安全风险；(2)可控性高，不同于宏观尺度设备内惯性力占主导地位，在微尺度下，表面力(粘性力、界面张力等)占主导，因此微尺度流动具有不同于宏观尺度的特殊性质，可利用其特殊流动形态实现对反应、分离过程的
精确控制；(3)集成特性，通过微通道的结构设计，可将不同微反应器等集成，进一步缩小设备的体积，提高效率。
[0007]但是，一方面，由于单个微电解槽产量小，应用时需对其进行放大，提高产量。对于微流控/微电解槽系统，放大的方法主要为数量放大，即若干个微电解槽同时并行工作，这对微电解槽之间的流动、电解槽的排布提出了更高的要求，需要重新设计。另一方面，微电解槽放大后产量提升，但电解需控制在一定的温度进行，温度不达标，直接影响电解效率。再者，传统光伏发电，为了提高光伏发电效率，需控制光伏板温度，而降低光伏板温度也会造成一定的能耗。综上，设计研发一种可同时提高光伏发电的效率和电解效率的应用系统，十分必要。

技术实现思路

[0008]有鉴于此，本技术的目的在于提出一种无隔膜微电解槽
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光伏制氢系统，无隔膜微电解槽放大装置安装在光伏板背对阳光一侧表面，光伏板受阳光照射后产热，可传递给无隔膜微电解槽放大装置，使无隔膜微电解槽放大装置温度升高，一方面降低了光伏板的温度，提高光伏发电效率，另一方面提高了无隔膜微电解槽放大装置内温度，有助于提高电解效率；同时，由于设置了电流控制器、温度监测单元等，可实现光伏发电到电解的动态控制，根据电负荷、热量控制电解电流、电压及无隔膜微电解槽放大装置电解质流速。
[0009]为达到上述目的，本技术实施例提出了一种无隔膜微电解槽
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光伏制氢系统，包括光伏板、无隔膜微电解槽放大装置、微电解槽输送系统和储氢系统；
[0010]所述光伏板背对阳光一侧表面安装所述无隔膜微电解槽放大装置；所述光伏板正对阳光一侧安装有电流控制器和温度监测单元；所述电流控制器连接逆变器和无隔膜微电解放大装置；所述温度监测单元连接电流控制器和微电解槽输送系统；
[0011]所述微电解槽输送系统包括动力装置，所述动力装置与无隔膜微电解槽放大装置连通，且可驱动电解液在无隔膜微电解槽放大装置内循环流动；
[0012]所述储氢系统与无隔膜微电解槽放大装置连通，用于收集储存微电解放大装置产生的氢气。
[0013]本技术实施例的无隔膜微电解槽
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光伏制氢系统，无隔膜微电解槽放大装置安装在光伏板背对阳光一侧表面，光伏板受阳光照射后产热，可传递给无隔膜微电解槽放大装置，使无隔膜微电解槽放大装置温度升高，一方面降低了光伏板的温度，提高光伏发电效率，另一方面提高了无隔膜微电解槽放大装置内温度，有助于提高电解效率；同时，由于设置了电流控制器、温度监测单元等，可实现光伏发电到电解的动态控制，根据电负荷、热量控制电解电流、电压及无隔膜微电解槽放大装置电解质流速。
[0014]另外，根据本技术上述实施例提出的无隔膜微电解槽
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光伏制氢系统还可以具有如下附加的技术特征：
[0015]在本技术的一些实施例中，所述温度监测单元为温度传感器，所述动力装置为循环泵。
[0016]在本技术的一些实施例中，所述无隔膜微电解槽放大装置包括若干微电解槽阵列；所有微电解槽阵列均包含有一基板和若干微电解槽单元，且若干微电解槽单元阵列分布在基板上。
[0017]在本技术的一些实施例中，若干微电解槽阵列相互平行阵列于光伏板上。
[0018]在本技术的一些实施例中，若干微电解槽单元平行设置在基板上。
[0019]在本技术的一些实施例中，若干微电解槽单元成圆环状分布在基板上，且每个微电解槽单元均沿圆环的半径方向设置。
[0020]在本技术的一些实施例中，若干微电解槽单元均包括一个设在基板上的微通道结构和一个第一盖板，且第一盖板与微通道结构形成一个封闭空间；所有第一盖板正对光伏板一侧表面均与光伏板贴合连接，或者所有第一盖板正对光伏板一侧表面和基板正对光伏板一侧表面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无隔膜微电解槽
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光伏制氢系统，其特征在于，包括光伏板、无隔膜微电解槽放大装置、微电解槽输送系统和储氢系统；所述光伏板背对阳光一侧表面安装所述无隔膜微电解槽放大装置；所述光伏板正对阳光一侧安装有电流控制器和温度监测单元；所述电流控制器连接逆变器和无隔膜微电解放大装置；所述温度监测单元连接电流控制器和微电解槽输送系统；所述微电解槽输送系统包括动力装置，所述动力装置与无隔膜微电解槽放大装置连通，且可驱动电解液在无隔膜微电解槽放大装置内循环流动；所述储氢系统与无隔膜微电解槽放大装置连通，用于收集储存微电解放大装置产生的氢气。2.根据权利要求1所述的无隔膜微电解槽
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光伏制氢系统，其特征在于，所述温度监测单元为温度传感器，所述动力装置为循环泵。3.根据权利要求1所述的无隔膜微电解槽
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光伏制氢系统，其特征在于，所述无隔膜微电解槽放大装置包括若干微电解槽阵列；所有微电解槽阵列均包含有一基板和若干微电解槽单元，且若干微电解槽单元阵列分布在基板上。4.根据权利要求3所述的无隔膜微电解槽
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光伏制氢系统，其特征在于，若干微电解槽阵列相互平行阵列于光伏板上。5.根据权利要求3所述的无隔膜微电解槽
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光伏制氢系统，其特征在于，若干微电解槽单元平行设置在基板上；或者，若干微电解槽单元成圆环状分布在基板上，且每个微电解槽单元均沿圆环的半径方向设置。6.根据权利要求3所述的无隔膜微电解槽
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光伏制氢系统，其特征在于，若干微电解槽单元均包括一个设在基板上的微通道结构和一个第一盖板，且第一盖板与微通道结构形成一个封闭空间；所有第一盖板正对光伏板一侧表面均与光伏板贴合连接，或者所有第一盖板正对光伏板一侧表面和基板正对光伏板一侧表面除第一盖板以外的部分均与光伏板贴合连接，或者，若干微电解槽单元均包括一个设在基板上的微通道结构，所有微电解槽阵列均还包括一个第二盖板；每个微电解槽阵列所对应的第二盖板均可对其...

【专利技术属性】
技术研发人员：王韬，潘龙，刘丽萍，王凡，郭海礁，王金意，王鹏杰，
申请(专利权)人：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：