[发明专利]一种基于可再生燃料电池的光伏供能系统及方法

说明书

本发明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‑直流转换器，直流‑直流转换器分别与光伏模块、储电模块、可再生燃料电池模块和直流‑交流转换器连接，直流‑交流转换器和用电负载连接；直流‑直流转换器可单独控制所连接设备的启停，使用电负载所需电能由光伏模块、储电模块、可再生燃料电池模块、或者光伏模块与储电模块联合提供。本发明可在太阳辐射充足时通过电解水制氢储存能量，在无太阳辐射时，使用氢燃料电池发电。本发明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，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。

技术领域

本发明涉及独立式光伏供能技术领域，尤其是一种基于可再生燃料电池的光伏供能系统及方法。

背景技术

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。

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。

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。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明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。

本发明采用的技术方案如下：

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-直流转换器，所述直流-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-交流转换器连接，所述直流-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-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。

其进一步技术方案为：

所述储电模块包括并联连接的蓄电池组件和电容器组件。

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；

所述空气管路与所述电池本体的空气管路接口连接；

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；

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；

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。