[发明专利]利用组合功率进行电解降低可再生氢燃料生产成本的设备

说明书

技术领域

本发明的披露内容主要涉及的领域包括通过电解器产生氢，且更特别地，包括降低可再生氢燃料的生产成本。

背景技术

产生氢的装置通过在电解器中对水进行电解而利用电力来生产氢(和氧)。所产生的氢被贮存起来以便用作燃料，所述燃料可用于燃料电池和内燃机中。氧被排到大气中。可通过太阳能为电解器供电。通过光生伏打电解器(PV电解器)而利用太阳能产生的氢是一种可再生且对环境有利的能源。将美国的燃料供应物转换成可再生能源对于可持续运输、可持续经济增长、降低温室气体排放以及通过取代从不稳定的海外区域进口的污染性的矿物燃料而实现的国家能量安全而言是很关键的。

尽管在光生伏打阵列的最大功率点电压与电解器的运行电压相匹配的情况下，利用直接接通的方法将提供太阳能向氢的最高效的转换，但直接接通仅来自光生伏打阵列(PV阵列)的太阳能电力而为电解器供电并生产出独有的可再生的氢燃料是不经济的。造成缺乏经济性的原因在于：从固定角度的光生伏打系统有效地生产太阳能功率的时间平均每天仅有约六小时，这使得每天剩余了18小时，在这18小时的时间里，利用太阳能生产的电力不足以产生氢且无法利用电解器。因此，电解器在大多数时间内是闲置的，这使得增加了实现所需的日常燃料产率而需要的电解器的尺寸和成本。此外，电解器目前是氢产生器系统中最为昂贵的部分。因此，需要提供其它解决方案而使得由太阳能供电的以电解方式生产氢的过程在经济上是可行的。

发明内容

本发明的一个实施例包括光生伏打阵列和电解器，所述光生伏打阵列和电解器被操作性地连接在一起并且分别被操作性地连接至公用电力网(utility power grid)，从而使得由所述光生伏打阵列生产的电力被选择性地传输至所述公用电力网和所述电解器。

通过下文提供的对典型实施例进行的详细描述将易于理解本发明的其它典型实施例。应该理解：尽管该详细描述和特定实例示出了本发明的典型实施例，但它们仅旨在示例性的目的且并不旨在限制本发明的范围。

附图说明

通过详细描述和附图将更充分地理解本发明的典型实施例。

图1是根据本发明的一个实施例的将来自光生伏打阵列的电力选择性地传输至公用电力网和电解器的功率控制系统的框图；

图2示出了对于公用电力网、光生伏打阵列和电解器而言在24小时期间内每小时的能量(kWh)与时间之间的关系；

图3示出了通过绘制出氢的成本($/kg)与电解器运行电流(A)之间的关系而实现的电解器的最优化的运行电流(I_opt)；和

图4示出了对于仅通过太阳能功率进行的电解、通过利用净计量的太阳能功率和电力网功率进行的电解以及通过利用可变电价的太阳能功率和电力网功率进行的电解而言氢的成本($/kg)与电解器运行电流(A)之间的关系。

具体实施方式

下面对实施例进行的描述在本质上仅是示例性的且绝不旨在限制本发明及其应用或使用。

图1是包括功率控制系统12的产品10的框图。功率控制系统12将来自光生伏打阵列14的光生伏打功率(直流电流)或来自公用电力网16的交流功率中的至少一种结合在一起以便为电解器18供电。光生伏打阵列14可以是任何适当的光生伏打阵列，其包括，但不限于，基于晶体硅、非晶硅、碲化镉和铜铟二硒化物的光生伏打模块。这些光生伏打模块可包括，但不限于，由Sharp Electronics Corp.HuntingtonBeach，California制造的可从AAPS Alternative Power Systems，Carlsbad，California，USA获得的Sharp NT-S5E1U模块；由SanyoSolar(Sanyo Electric Co.，Ltd，Japan的一部分)制造的可从Alternative Energy Store，LLC，Hudson，Massachusetts得到的SanyoHIP-190BA3模块；以及其它适当的光生伏打模块。

电解器18通过对水进行电解而生产氢和氧。电解器18可以是任何适当的电解器。电解器18可以是包括阳极、阴极以及位于其间的膜的质子交换膜(PEM)电解器或者任何其它适当的电解器。电解器18可以是高压电解器。