一种基于光伏发电制氢的社区综合加氢充电站的制作方法

1.本发明涉及光伏发电制氢、储氢和加氢技术领域，具体而言，涉及一种基于光伏发电制氢的社区综合加氢充电站。


背景技术：

2.氢能是21世纪最具发展潜力的能源之一，利用可再生能源(弃风、弃光)获得的氢能不仅可以解决可再生电力能源消纳和储存的问题，还可助力保障国家能源安全和推动碳中和目标的实现。由于氢特殊的物理性质，如密度小、能量密度大等，其安全高效的制取、储运及应用技术是氢能产业大规模发展的关键。
3.另外，在新能源汽车领域，为增加汽车续驶里程，加油站、高速服务区、社区分别增加了加气站、加氢站、充电设施。目前，加气站技术比较成熟，但是功能较为单一；传统电动车所需要的电能仍然是以火电厂来源为主，并不是真正意义上的清洁能源；加氢站同样存在用途单一和氢气制造与运输的成本问题，进而影响加氢站的普及。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种基于光伏发电制氢的社区综合加氢充电站，以搭建社区电解制氢与光伏发电站的灵活结合，在满足社区氢能汽车供氢的条件下，还能实现对社区电力供应。
5.本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种基于光伏发电制氢的社区综合加氢充电站，包括：
6.光伏发电子系统，包括光伏电池模块，用于利用光能输出电能；
7.电解池制氢子系统，包括质子交换膜电解模块，用于利用所述光伏发电子系统输出的电能制取氢气；
8.储氢子系统，用于储存所述电解池制氢子系统输出的氢气，并以可调流量输出氢气；
9.加氢子系统，与所述储氢子系统之间通过氢气输入管相接通，用于向外界燃料电池汽车供氢；
10.燃料电池发电子系统，包括pem燃料电池模块，所述燃料电池发电子系统与所述储氢子系统之间通过氢气输入管相接通；
11.能量管理子系统，包括控制器，通过接收电压传感器和电流传感器的实时数据，实现不同工作模式，以用于检测所述光伏发电子系统、所述电解池制氢子系统、所述储氢子系统、所述加氢子系统和所述燃料电池发电子系统的功能单元运行参数，并通过显示系统实时显示工作状态。
12.进一步地，所述光伏电池模块包括：
13.光伏板单元，其用于基于光生伏特效应产生光感电能；
14.储能单元，其与所述光伏板单元的输出端连接，以用于存储所述光感电能；
15.输入单元，其一端与所述储能单元连接，其另一端与所述光伏板单元的输出端连接；
16.输出单元，其一端与所述光伏板单元的输出端连接，其另一端与所述储能单元连接。
17.进一步地，所述光伏发电子系统还包括按照电流方向顺次设置的汇流箱、至少一个逆变器、变压器和整流器，所述汇流箱的入口与所述光伏电池模块连接，所述汇流箱的出口与所述逆变器的入口连接，所述逆变器的出口与所述变压器的入口连接，所述变压器的出口与所述整流器连接。
18.进一步地，所述电解池制氢子系统包括供水箱、电解槽、加压罐、输出管路以及冷却装置；
19.所述冷却装置包括和所述加压罐上外壁相贴合的冷却管、连接在所述冷却管一端的进水管，所述进水管与所述供水箱连接，所述冷却管的另外一端通过输出管路与所述电解槽连接。
20.进一步地，还包括冷却水余热回收子系统，所述冷却水余热回收子系统包括设置在光伏发电站内的水源和水换热系统，所述水源通过管道输送到所述水换热系统内，在所述水换热系统中设置有纯净水制备装置，所述纯净水制备装置与所述电解池制氢子系统连接。
21.进一步地，所述电解池制氢子系统还包括氢气收集装置和氧气收集装置，所述氢气收集装置连接于所述质子交换膜电解模块的第一出口，所述氧气收集装置连接于所述质子交换膜电解模块的第二出口。
22.进一步地，所述加氢子系统包含按照氢气的流向顺次设置的氢气缓冲罐、低压压缩机、低压氢气储罐、中压压缩机、中压氢气储罐、高压压缩机和高压氢气储罐、第一加氢机和第二加氢机，所述第一加氢机的入口连接所述中压压缩机与所述中压氢气储罐之间的管路，所述第二加氢机的入口连接所述高压压缩机和所述高压氢气储罐之间的管路。
23.进一步地，所述工作模式包括日间模式、夜间模式和连续阴雨天模式；
24.所述日间模式为采用所述光伏电池模块供电；
25.在光照强度足够强的白天，当所述能量管理子系统的输出功率大于负载的功率时，所述光伏电池模块的输出功率向所述电解池制氢子系统供电，剩余电能向所述加氢子系统充电，当充电电流足够或所述光伏电池模块充满，所述质子交换膜电解模块利用多余电流进行电解制氢，若所述储氢子系统中的压力达到上限，则停止电解制氢；
26.所述夜间模式为采用所述光伏电池模块和所述pem燃料电池模块协同供电；
27.在光照不足的白天和夜间，太阳能供应不足，由所述pem燃料电池模块协同所述光伏电池模块向负载提供电能；
28.所述连续阴雨天模式为采用所述pem燃料电池模块供电；
29.在连续阴雨的天气，太阳能和所述光伏电池模块均供应不足，无法为负载提供足够电能，此时釆用所述pem燃料电池模块完全供电的方式向负载提供电能。
30.进一步地，所述控制器为单片机、可编程程序控制器和控制芯片中的任意一种。
31.相对于现有技术，本发明所述的基于光伏发电制氢的社区综合加氢充电站具有以下有益效果：
32.1、本发明提供一种基于光伏发电制氢的社区综合加氢充电站，通过控制器实现了系统的自动化运行与实时监控，可以作为家庭的小型电站，为家用电器提供电力，另外通过光伏发电为电解池制氢系统供电，以制取氢气，作为新能源氢能汽车的动力燃料，并利用能源管理子系统合理控制工作模式，最大限度满足能源需求，可以最大化利用能源。
33.2、若将该系统的推广到更大功率及更大规模后，可以建成大型的离网式光伏/燃料电池/回收动力电池发电站，为电网难以覆盖的偏远地区提供全天候不间断的电力供应，也提高了动力电池利用价值，提高了能源的利用率并减少了能源损耗，并且该套系统对环境无污染，具有很高的利用价值和环保价值。
附图说明
34.图1为本发明实施例中基于光伏发电制氢的社区综合加氢充电站的示意图；
35.图2为本发明实施例中综合加氢充电站的布局结构示意图；
36.图3为本发明实施例中光伏发电子系统与电解池制氢子系统的结构示意图；
37.图4为本发明实施例中冷却装置的布局结构示意图；
38.图5为本发明实施例中光伏发电子系统的布局结构示意图；
39.图6为本发明实施例中冷却水余热回收子系统的布局结构示意图。
40.附图标记说明：
41.1-光伏发电子系统；11-光伏电池模块；111-光伏板单元；112-储能单元；113-输入单元；114-输出单元；
42.12-汇流箱；13-逆变器；14-变压器；15-整流器；
43.2-电解池制氢子系统；
44.21-质子交换膜电解模块；22-氢气收集装置；23-氧气收集装置；24-供水箱；25-电解槽；26-加压罐；27-输出管路；28-冷却装置；281-冷却管；282-进水管；
45.3-储氢子系统；
46.4-加氢子系统；
47.41-氢气缓冲罐；42-低压压缩机；43-低压氢气储罐；44-中压压缩机；45-中压氢气储罐；46-高压压缩机；47-高压氢气储罐；48-第一加氢机；49-第二加氢机；
48.5-燃料电池发电子系统；
49.51-pem燃料电池模块；
50.6-能量管理子系统；
51.61-控制器；
52.7-冷却水余热回收子系统；
53.71-水源；72-水换热系统；73-纯净水制备装置；
具体实施方式
54.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
55.请参考图1所示，本发明实施例中提供了一种基于光伏发电制氢的社区综合加氢
充电站，包括光伏发电子系统1、电解池制氢子系统2、储氢子系统3、加氢子系统4、燃料电池发电子系统5和能量管理子系统6，其中：
56.光伏发电子系统1包括光伏电池模块11，用于利用光能输出电能。
57.需要进一步说明的是，光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。主要由太阳电池板(组件)、控制器和逆变器三大部分组成，太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的光伏电池模块11，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。
58.电解池制氢子系统2包括质子交换膜电解模块21，用于利用光伏发电子系统1输出的电能制取氢气。
59.水电解制氢是指水分子在直流电作用下被解离生成氧气和氢气，分别从电解槽阳极和阴极析出。而在本实施例当中，通过光伏发电子系统1发电向电解池制氢子系统2中供电，质子交换膜电解模块21作为电解池制氢子系统2的重要构成部分，其由内到外依次是质子交换膜、阴阳极催化层、阴阳极气体扩散层、阴阳极端板等。其中扩散层、催化层与质子交换膜组成膜电极，是整个水电解槽物料传输以及电化学反应的主场所，膜电极特性与结构直接影响pem水电解槽的性能和寿命。
60.储氢子系统3用于储存电解池制氢子系统2输出的氢气，并以可调流量输出氢气。
61.加氢子系统4与储氢子系统3之间通过氢气输入管相接通，用于向外界燃料电池汽车供氢。在本实施例当中，加氢子系统4相当于社区的一个充电站和供氢站，它能够给社区的新能源燃料电池汽车进行充电和供应氢气燃料，充分利用可再生能源，以达到最佳利用能源利用状态，不仅环保，而且经济实用。
62.燃料电池发电子系统5包括pem燃料电池模块51，燃料电池发电子系统5与储氢子系统3之间通过氢气输入管相接通。燃料电池发电子系统5相当于社区的充电站，能够给社区的电动车进行充电，满足社区电力供应。
63.能量管理子系统6包括控制器61，通过接收电压传感器和电流传感器的实时数据，实现不同工作模式，以用于检测光伏发电子系统1、电解池制氢子系统2、储氢子系统3、加氢子系统4和燃料电池发电子系统5的功能单元运行参数，并通过显示系统实时显示工作状态。
64.具体地，在请参阅图2所示，在本发明的实施例当中，光伏电池模块11包括光伏板单元111、储能单元112、输入单元113和输出单元114，其中：
65.光伏板单元111用于基于光生伏特效应产生光感电能；
66.储能单元112与光伏板单元111的输出端连接，以用于存储所述光感电能；
67.输入单元113的一端与储能单元112连接，其另一端与光伏板单元111的输出端连接；
68.输出单元114的一端与光伏板单元111的输出端连接，其另一端与储能单元112连接。
69.具体地，在请参阅图3所示，在本发明的实施例当中，光伏发电子系统1还包括按照电流方向顺次设置的汇流箱12、至少一个逆变器13、变压器14和整流器15，汇流箱12的入口与光伏电池模块11连接，汇流箱12的出口与逆变器13的入口连接，逆变器13的出口与变压器14的入口连接，变压器14的出口与整流器15连接。
70.具体地，在请参阅图3所示，在本发明的实施例当中，电解池制氢子系统2包括供水箱24、电解槽25、加压罐26、输出管路27以及冷却装置28，其中冷却装置28包括和加压罐26上外壁相贴合的冷却管281、连接在冷却管281一端的进水管282，进水管282与供水箱24连接，冷却管281的另外一端通过输出管路27与电解槽25连接。
71.具体地，在请参阅图4所示，在本发明的实施例当中，还包括冷却水余热回收子系统7，冷却水余热回收子系统7包括设置在光伏发电站内的水源71和水换热系统72，水源71通过管道输送到水换热系统72内，在水换热系统72中设置有纯净水制备装置73，纯净水制备装置73与电解池制氢子系统2连接。
72.具体地，在请参阅图4所示，在本发明的实施例当中，电解池制氢子系统2还包括氢气收集装置22和氧气收集装置23，氢气收集装置22连接于质子交换膜电解模块21的第一出口，氧气收集装置23连接于质子交换膜电解模块21的第二出口。
73.具体地，在请参阅图4所示，在本发明的实施例当中，加氢子系统4包含按照氢气的流向顺次设置的氢气缓冲罐41、低压压缩机42、低压氢气储罐43、中压压缩机44、中压氢气储罐45、高压压缩机46和高压氢气储罐47、第一加氢机48和第二加氢机49，第一加氢机48的入口连接中压压缩机44与中压氢气储罐45之间的管路，第二加氢机49)的入口连接高压压缩机46和高压氢气储罐47之间的管路。
74.具体地，在请参阅图4所示，在本发明的实施例当中，所述工作模式包括日间模式、夜间模式和连续阴雨天模式；
75.所述日间模式为采用所述光伏电池模块11供电；
76.在光照强度足够强的白天，当能量管理子系统6的输出功率大于负载的功率时，光伏电池模块11的输出功率向电解池制氢子系统2供电，剩余电能向加氢子系统4充电，当充电电流足够或光伏电池模块11充满，质子交换膜电解模块21利用多余电流进行电解制氢，若储氢子系统3中的压力达到上限，则停止电解制氢；
77.夜间模式为采用光伏电池模块11和pem燃料电池模块51协同供电；
78.在光照不足的白天和夜间，太阳能供应不足，由pem燃料电池模块51协同光伏电池模块11向负载提供电能；
79.连续阴雨天模式为采用pem燃料电池模块51供电；
80.在连续阴雨的天气，太阳能和光伏电池模块11均供应不足，无法为负载提供足够电能，此时釆用pem燃料电池模块51完全供电的方式向负载提供电能。
81.具体地，在本发明的实施例当中，控制器61为单片机、可编程程序控制器和控制芯片中的任意一种。
82.虽然本发明公开披露如上，但本发明公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。