[实用新型]一种无隔膜微电解槽-光伏制氢系统

说明书

本实用新型公开了一种无隔膜微电解槽‑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；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；光伏板正对阳光一侧安装有电流控制器和温度监测单元；电流控制器连接逆变器和无隔膜微电解放大装置；温度监测单元连接电流控制器和微电解槽输送系统；微电解槽输送系统包括动力装置，动力装置与无隔膜微电解槽放大装置连通；储氢系统与无隔膜微电解槽放大装置连通。本实用新型所述无隔膜微电解槽‑光伏制氢系统，可降低光伏板的温度，提高光伏发电效率，同时提高无隔膜微电解槽放大装置内温度，有助于提高电解效率。

技术领域

本实用新型属于电解制氢领域，尤其涉及一种无隔膜微电解槽-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。

背景技术

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。

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-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。

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。

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。

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。