一种离网光伏发电制氢系统技术方案

本发明专利技术公开了一种离网光伏发电制氢系统，该系统耦合了光伏阵列动态重构技术和光伏发电制氢技术。在光伏阵列处于失配条件时，光伏阵列通过改变光伏组串和DC/DC变换器之间的电气连接，以及改变光伏组串和电流注入模块之间的连接，来实现光伏阵列动态重构，提高光伏系统运行效率。当光伏系统进行发电时，通过混合储能模块和制氢模块的功率协同，提高对光伏出力的消纳能力，实现无电网支撑的条件下离网光伏发电制氢系统的高效运行。伏发电制氢系统的高效运行。伏发电制氢系统的高效运行。

【技术实现步骤摘要】
一种离网光伏发电制氢系统


[0001]本专利技术涉及新能源
，尤其涉及一种离网光伏发电制氢系统。

技术介绍

[0002]能源是一个国家经济和社会发展的基础。在碳中和大背景下，全球能源结构正从化石燃料转向可再生能源，以减少二氧化碳减排目标，而如何选用更清洁的能源，已成为一大议题。
[0003]光伏发电的碳排放量低，不需要冷却水，也不会对所在地的自然生态环境造成影响。长期来看，光伏将成为“双碳”时代最大绿电来源。在光伏阵列的应用中，失配问题是造成输出功率下降的主要原因之一，特别是在环境复杂的地区的光伏电站，山体、建筑物、电线杆等都会造成光伏阵列受到局部阴影的影响。此外，与集中式光伏电站相比，分布式光伏电站点多面广，只依靠人工难以实现精细化的运维管理，因此一些由灰尘、鸟粪、落叶引起的局部阴影和模块老化甚至故障会持续很长时间。在失配条件下，整个光伏阵列的输出功率和所受辐照度不成正比，从而导致光伏阵列的功率损失，甚至产生热斑效应损坏光伏组件。光伏阵列重构技术可以很好地解决失配问题。
[0004]在双碳目标的大背景下，氢能是我国未来能源转型与产业发展的重要方向。它是一种来源广泛、清洁低碳、灵活高效、应用场景丰富的二次能源，是支撑可再生能源大规模发展的理想互联媒介，是实现交通运输、工业和建筑等领域大规模深度脱碳的最佳选择。电解水制氢生产灵活、污染少、产氢纯度高，但是目前制氢电能消耗较高。电解水制氢过程中，电力成本占到制氢成本的80％左右，因此利用风、光等可再生能源或谷电制氢可以降低电解水制氢成本。通过用风、光等可再生能源产生的绿电制取绿氢，电与氢耦合在一起，可以实现真正的零碳排放。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种离网光伏发电制氢系统，旨在结合光伏阵列重构技术和功率协同控制技术，提高光伏运行效率和对光伏出力的消纳能力，确保制氢单元高效运行。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种离网光伏发电制氢系统，包括光伏发电模块、数据采集模块、电流注入模块、开关矩阵模块、制氢模块、混合储能模块及供电控制模块；
[0007]所述光伏发电模块用于为制氢模块进行供电；
[0008]所述数据采集模块用于采集光伏组件输出电流值以及所述光伏发电模块总输出功率大小；
[0009]所述电流注入模块包括若干个电流注入装置，用于为光伏组串提供电流注入；
[0010]所述开关矩阵模块用于改变光伏组串和若干个DC/DC变换器之间的电气连接，以及改变光伏组串和若干个电流注入装置之间的连接；
[0011]所述制氢模块用于利用所述光伏发电模块产生的电能进行电解水制氢；
[0012]所述混合储能模块包括电池储能装置、超级电容装置和储氢罐装置；所述电池储能装置包括第一电池储能装置和第二电池储能装置；所述第一电池储能装置、第二电池储能装置和超级电容装置分别连接在不同的DC/DC变换器上，所述储氢罐装置连接在制氢模块上；
[0013]所述供电控制模块包括决策子模块和电气变换子模块；所述供电控制模块基于收集到的光伏组件电流输出、光伏发电模块总输出功率和第二电池储能装置的电荷状态，在决策子模块中进行优化决策和功率调控，所述电气变换子模块包括若干个DC/DC变换器，用于电气连接到直流母线上。
[0014]进一步地，所述光伏发电模块用于利用光伏电池的光生伏特效应，将太阳辐射能直接转换成电能，进行供电。
[0015]进一步地，所述开关矩阵模块包括第一开关矩阵装置和第二开关矩阵装置；
[0016]所述第一开关矩阵装置连接于所述光伏发电模块与若干DC/DC变换器之间，用于改变光伏组串和DC/DC变换器之间的电气连接，使得每一光伏组串能够连接到任意DC/DC变换器上；
[0017]所述第二开关矩阵装置连接于所述光伏发电模块与电流注入模块，用于改变光伏组串和电流注入模块之间的连接，使得每个电流注入装置能够连接到任意光伏组串上，为光伏组串提供电流注入，降低光伏组串电流差。
[0018]进一步地，电气变换子模块包括若干DC/DC变换器，位置关系如下：
[0019]第一DC/DC变换装置连接于所述第一电池储能装置和直流母线之间，用于将直流母线电压转换为所述第一电池储能装置的工作电压；
[0020]第二DC/DC变换装置连接于所述超级电容装置和直流母线之间，用于将直流母线电压转换为所述超级电容装置的工作电压；
[0021]第三DC/DC变换装置连接于所述第二电池储能装置和直流母线之间，用于将直流母线电压转换为所述第一电池储能装置的工作电压；
[0022]第四DC/DC变换装置连接于所述制氢模块和直流母线之间，用于将直流母线电压转换为所述制氢模块的工作电压；
[0023]第五DC/DC变换装置接于所述光伏发电模块和直流母线之间，用于将所述光伏发电模块的工作电压转换为直流母线电压。
[0024]进一步地，所述制氢模块用于利用光伏发电模块产生的电能和高压电解槽装置电解水的电转氢技术进行电解水制氢，产生氢气在电解槽内部加压，输出75
‑
350bar高压强氢气直接储存到所述储氢罐中。
[0025]进一步地，所述决策子模块包括阵列动态重构和功率调控；
[0026]所述阵列动态重构用于利用所述数据采集模块收集到的光伏组件电流输出值进行优化决策，采用“电流均衡”概念，以每个DC/DC变换器连接的光伏组串输出电流差最小为目标，计算出电气开关矩阵模块的最优动作方案，再将开关动作信号传输给电气开关矩阵模块，最终实现光伏阵列动态重构；
[0027]所述功率调控利用所述数据采集模块收集到的所述光伏发电模块总输出功率大小和第二电池储能装置的电荷状态，对制氢模块和混合储能模块进行实时功率调控。
[0028]进一步地，所述第一电池储能装置用于给电流注入模块提供电功率实现光伏阵列
动态重构，从而降低光伏阵列的失配损失；所述第二电池储能装置和超级电容装置用于配合制氢模块进行功率协同调控，进而消纳光伏系统出力；所述超级电容装置用于弥补所述制氢模块和电池储能装置在响应过程中的不平衡功率。
[0029]本专利技术的有益效果：区别于现有技术，本专利技术提供的离网光伏发电制氢系统，耦合了光伏阵列动态重构技术和光伏发电制氢技术。通过改变光伏组串和DC/DC变换器之间的电气连接，以及改变光伏组串和电流注入装置之间的连接，实现光伏阵列动态重构，降低光伏阵列失配损失，提高光伏系统运行效率。通过对电解槽、电池储能和超级电容的功率协同控制，实现光氢耦合，提高对光伏出力的消纳能力，确保制氢单元高效运行。
附图说明
[0030]图1为本专利技术提供的一种离网光伏发电制氢系统的整体示意图；
[0031]图2为本专利技术提供的一种离网光伏发电制氢系统的结构示意图；
[0032]图3为本专利技术提供的一种离网光伏发电制氢系统中第一开关矩阵装置的结构示意图；
[0033]图4为本专利技术提供的一种离网光伏发电制氢系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种离网光伏发电制氢系统，其特征在于，包括光伏发电模块、数据采集模块、电流注入模块、开关矩阵模块、制氢模块、混合储能模块及供电控制模块；所述光伏发电模块用于为制氢模块进行供电；所述数据采集模块用于采集光伏组件输出电流值以及所述光伏发电模块总输出功率大小；所述电流注入模块包括若干个电流注入装置，用于为光伏组串提供电流注入；所述开关矩阵模块用于改变光伏组串和若干个DC/DC变换器之间的电气连接，以及改变光伏组串和若干个电流注入装置之间的连接；所述制氢模块用于利用所述光伏发电模块产生的电能进行电解水制氢；所述混合储能模块包括电池储能装置、超级电容装置和储氢罐装置；所述电池储能装置包括第一电池储能装置和第二电池储能装置；所述第一电池储能装置、第二电池储能装置和超级电容装置分别连接在不同的DC/DC变换器上，所述储氢罐装置连接在制氢模块上；所述供电控制模块包括决策子模块和电气变换子模块；所述供电控制模块基于收集到的光伏组件电流输出、光伏发电模块总输出功率和第二电池储能装置的电荷状态，在决策子模块中进行优化决策和功率调控，所述电气变换子模块包括若干个DC/DC变换器，用于电气连接到直流母线上。2.根据权利要求1所述的离网光伏发电制氢系统，其特征在于，所述光伏发电模块用于利用光伏电池的光生伏特效应，将太阳辐射能直接转换成电能，进行供电。3.根据权利要求1所述的离网光伏发电制氢系统，其特征在于，所述开关矩阵模块包括第一开关矩阵装置和第二开关矩阵装置；所述第一开关矩阵装置连接于所述光伏发电模块与若干DC/DC变换器之间，用于改变光伏组串和DC/DC变换器之间的电气连接，使得每一光伏组串能够连接到任意DC/DC变换器上；所述第二开关矩阵装置连接于所述光伏发电模块与电流注入模块，用于改变光伏组串和电流注入模块之间的连接，使得每个电流注入装置能够连接到任意光伏组串上，为光伏组串提供电流注入，降低光伏组串电流差。4.根据权利要求1所述的离网光伏发电制氢系统，其特征在于，电气变换子模块包括若干DC/D...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨强，方晓伦，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：