曲閃亮 孟琳

摘要：本文提出了一種光伏熱管一體化電解制氫系統(tǒng)，系統(tǒng)可以同時(shí)的輸出氫能和熱能。通過(guò)分析可以知道光系統(tǒng)可以取得很好的氫能轉(zhuǎn)換效率和熱轉(zhuǎn)換效率。同時(shí)對(duì)參數(shù)的優(yōu)化可以獲得更好的系統(tǒng)表現(xiàn)，是一個(gè)很有推廣意義的太陽(yáng)能綜合利用形式。

關(guān)鍵詞：氫能；光伏光熱；太陽(yáng)能利用

太陽(yáng)能具有間歇性、波動(dòng)性、能量密度低等特點(diǎn)，科學(xué)、經(jīng)濟(jì)合理利用太陽(yáng)能成為目前研究的熱點(diǎn)。為了克服間歇性的問(wèn)題，氫能成為各種能量形式之間轉(zhuǎn)化的最優(yōu)良載體，是最有效、最清潔、最輕的一種能源。氫能利用方式豐富，形式靈活。將可替代的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成沒(méi)有污染的氫能的形式，是個(gè)非常有發(fā)展前途的方向。

太陽(yáng)能光伏發(fā)電和電解槽制氫技術(shù)是兩個(gè)相對(duì)比較成熟的技術(shù)，但是由于太陽(yáng)能的波動(dòng)性，將兩者有效的連接制氫，仍然存在著巨大的挑戰(zhàn)。第一個(gè)太陽(yáng)能光伏制氫系統(tǒng)是德國(guó)研究者在1986年報(bào)道的，1989年Ogden和Williams評(píng)價(jià)了光伏電解水制氫的方。PEM電解槽不需要電解液，只需要純水可以大大的降低整個(gè)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單。

1 光伏光熱一體化儲(chǔ)能系統(tǒng)

從文獻(xiàn)之中可以看出太陽(yáng)能電解制氫系統(tǒng)主要有光電系統(tǒng)和電解系統(tǒng)組成，國(guó)內(nèi)外實(shí)驗(yàn)研究光伏電解制氫系統(tǒng)[12]，從中也可以看出系統(tǒng)的整體效率不是很高。光伏電解制氫效率由于光電轉(zhuǎn)換效率只有6%18%之間，電解槽的效率在80%左右，所以限定了光伏制氫的效率。直連系統(tǒng)有效的減少成本，但是電解槽和電池板不合理的匹配會(huì)對(duì)氫能轉(zhuǎn)換效率有這很大的影響，許多研究者進(jìn)行了相關(guān)的匹配優(yōu)化的研究。電解槽和電池板的性能匹配對(duì)太陽(yáng)能直連制氫效率有這非常明顯的影響。

在光伏光熱一體化系統(tǒng)之中[34]，系統(tǒng)采用換熱可以有效的降低整個(gè)太陽(yáng)能電池板的溫度，從而提高電池板光電轉(zhuǎn)換效率。進(jìn)而光伏光熱一體化系統(tǒng)與電解槽直連制氫的話有效的提高了制氫效率。實(shí)現(xiàn)光熱效率和制氫效率的雙重提高，對(duì)太陽(yáng)能全光譜的充分有效利用?；诖颂岢隽斯夥鉄嵋惑w化制氫系統(tǒng)的儲(chǔ)能概念。

整個(gè)系統(tǒng)從圖1可以看出主要包括光伏光熱電池板，電解槽，水箱裝置等設(shè)備。整個(gè)系統(tǒng)的工作原理可以表述為通過(guò)光伏熱管面板的一部分太陽(yáng)能通過(guò)光電轉(zhuǎn)換成電能，輸出的電能作為電解槽的電解能量來(lái)源，其他太陽(yáng)能被光伏光熱面板吸收，除了散熱損失的熱量大部分被光伏面板吸收。通過(guò)熱管換熱過(guò)程傳遞給循環(huán)水，對(duì)循環(huán)水進(jìn)行加熱，加熱后的熱水送入水箱中?？梢詫?shí)現(xiàn)整個(gè)能源的高效利用。

2 分析討論

這種新型光伏熱管一體化制氫的儲(chǔ)能系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)的可以獲得額外的熱能效率以及穩(wěn)定的氫能轉(zhuǎn)換效率。通過(guò)文獻(xiàn)可以知道[5]的分析可以得出，當(dāng)增加電解池?cái)?shù)，電解槽運(yùn)行還在太陽(yáng)能電池板最大功率點(diǎn)左側(cè)的情況下，系統(tǒng)的電解效率得到明顯的提高，而工作在最大功率點(diǎn)附近雖然系統(tǒng)效率有提高，但是穩(wěn)定性不好；完全工作在最大功率點(diǎn)右側(cè)的情況下，系統(tǒng)效率低下，穩(wěn)定性也不好。而通過(guò)文獻(xiàn)[34]可以知道通過(guò)增加換熱器來(lái)水流速不僅可以提高單純的光伏光熱系統(tǒng)的熱效率，兩個(gè)合并來(lái)看而且對(duì)于工作在最大功率點(diǎn)左右波動(dòng)的電解池?cái)?shù)情況下，系統(tǒng)有這比較明顯的效率提升。同時(shí)提高入口的水流速對(duì)于在最大功率點(diǎn)左右波動(dòng)的情況，可以明顯的提高系統(tǒng)的運(yùn)行的穩(wěn)定性，使得系統(tǒng)在電解制氫的過(guò)程中更加長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行在電流工作區(qū)，系統(tǒng)運(yùn)行更加高效。合理的選擇系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，可以使得系統(tǒng)獲得好的熱效率和制氫效率。光伏光熱一體化的制氫系統(tǒng)不僅可以高效的儲(chǔ)能，同時(shí)在改變光伏光熱結(jié)構(gòu)的同時(shí)提高光伏光熱總體效率，實(shí)現(xiàn)光伏電能制氫的效率提高。是一個(gè)很好的實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能能量高品質(zhì)利用的途徑。

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