[发明专利]一种基于固态分频器件的多抛串级制氢反应系统

说明书

本发明公开了一种基于固态分频器件的多抛串级制氢反应系统，系统主要包括有高曲率线性抛面聚光器、二次反光抛面聚光器、光热反应器、右曲面分频器、左曲面分频器和平面分频器等构件，旨在为太阳能到氢能的洁净高效安全转化过程提供一种全光谱固态分频策略。系统工作时的主要过程包括太阳能光线的一次聚集、光谱分频分配、光热悬浮液制氢、光伏光电转化和电解制氢等，反应系统可以综合利用太阳能全光谱的能量，转化为终端氢/电互补利用的二次能源用能体系，且能够实现全天候到氢能的转化。本发明装置具有简单、高效、环保、易于操控等优点。

技术领域

本发明属于新能源制备领域，具体涉及一种基于固态分频器件的多抛串级制氢反应系统。

背景技术

发展可再生能源，推动能源供给体系与消费体系向以氢能、电能共为二次能源主体，氢电互补变换利用。将发散不稳定、非连续性的太阳能辐射资源通过光热催化或光电化学技术转化氢能进行储存利用，是一种清洁、高效、低碳、安全的方式，能够很好的解决现有太阳能利用及能源转型中的关键问题。

传统的光催化制氢技术在太阳能光谱利用上只利用了仅占5％的紫外光及少部分可见光资源，在使用commercial P25、C₃N₄等典型光催化制氢催化剂的情况下，终端输出氢能效率普遍低于1％以下，这距离光催化技术达到规模化应用 (光氢转化效率STH大于10％)的差距还有很大。此外，目前国内外对于此技术的重心都放在材料的研发上，缺乏从工程应用上的合理的反应器探索及尝试。特别是针对太阳能全光谱分频有序利用的反应器开发较为少见，另外，针对太阳能转化终端的多能丰富性研究开发几乎没有，然而，如若能够提升终端产物的多变性，就能使得氢能在大规模利用上大大减弱对于环境条件的依附。开发与研制具有此功能的反应器具有重大工程意义，对于推动实际太阳能制氢产业的发展起到实质性作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于固态分频器件的多抛串级制氢反应系统，主要基于太阳能全光谱的分频梯级利用模式，可选择性的涂覆光学材料层或者直接更换固态分频器件的方式来最佳匹配光伏吸光及光热悬浮液制氢性能，实现总体太阳能到氢能的高效转化过程。

本发明采用如下技术方案来实现：

一种基于固态分频器件的多抛串级制氢反应系统，包括有数字聚光光学分频部分、光热催化悬浮液制氢部分以及光伏蓄电电解制氢部分；

数字聚光光学分频部分包括有高曲率线性抛面聚光器，设置在高曲率线性抛面聚光器正上方的平面分频器，设置在平面分频器左右两侧，且对称放置的左曲面分频器和右曲面分频器，以及设置在平面分频器正上方的二次反光抛面聚光器；光热催化悬浮液制氢部分包括有储液罐，设置在储液罐下游端的循环泵，设置在平面分频器上方的光伏冷却板，以及设置在光伏冷却板上方的光热反应器；光伏蓄电电解制氢部分包括设置在光伏冷却板与平面分频器之间的线性光伏板，与线性光伏板连接的蓄电装置，以及与蓄电装置串接的电解制氢池；

太阳能辐射光线首先通过高曲率线性抛面聚光器进行一次汇聚并投射至平面分频器、左曲面分频器和右曲面分频器上，透过平面分频器的部分光线直接被线性光伏板吸收并转化为电能，透过左曲面分频器和右曲面分频器的光线汇至光热反应器下方进行吸收，未被充分吸收的光线再经过二次反光抛面聚光器聚集后反射至光热反应器的上表面；

储液罐装有含有光热催化颗粒悬浮液，具体的，浓度为0.2g/L的石墨烯复合二氧化钛颗粒溶于300L纯水中，在循环泵的作用下输送至光伏冷却板吸收线性光伏板表面的废热，起到降温的效果，提升光伏产电效率；初步预热后的悬浮液进入光热反应器吸收紫外可见波段及红外光波段能量进行光热催化制氢反应，最后通过循环泵泵送至储液罐完成气液分离工序；线性光伏板吸收由平面分频器透过的部分光线用于激发光伏板内部PN结产生电压，线性光伏板在白天时将部分电能储存在蓄电装置中，部分用于电解制氢池的电解过程，在夜晚时，直接利用蓄电装置中剩余的电能实现电解制氢。