太阳能光电制氢系统研究

1144766066 · 发表于 2022-5-5 15:51:43

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随着能源危机和环境污染，新能源的发展引起了人们的重视，而氢能将成为各种能量形式之间转化的最优良载体，是最有效、最清洁、最轻的一种能源，和蓄电池储能相比，有更小能量损失。氢能可以通过燃料电池，燃气轮机进行电力生产；可以通过燃烧产生热量来加热锅炉；可以通过内燃机来产生动能，因此其利用方式丰富，形式灵活。太阳能光电制氢作为一种最有潜力的制氢技术，对推动氢能经济的发展有重大意义。本文在了解太阳能制氢系统及太阳能电池，电解槽的基础上，通过软件设计及硬件设计进行了太阳能光电制氢系统---多晶硅太阳能电池与质子交换膜型电解槽直接耦合的电解水制氢系统的设计。此外，还通过实验分别研究了影响太阳能电池，电解槽和系统性能的影响因素，提出了系统优化的建议，并利用热动力学分析对电解槽I-V曲线的走势做出了说明。研究结果表明：①太阳能电池的开路电压随着温度的升高会逐渐降低，而短路电流在光谱分布变化不大的情况下则随着光强的增大线性增大；②电解槽的效率主要受电解槽工作电压的影响，工作电压降低则电解槽的效率提高；③本实验中光伏制氢系统的效率达到4.1%，系统的效率除了受太阳能电池效率和电解槽效率影响因素影响外，还受系统工作点的影响，同一影响因素对电解槽的效率来说是提高，但对太阳能电池的效率则降低，因此需要综合考虑两者的耦合情况，当系统工作点位于太阳能电池最佳功率点左侧时，当电解槽水温升高时，所需要总的能量增加，但工作点左移会使的供给能量降低，因此产氢量会降低，从而使得系统的效率降低；而当系统工作点位于太阳能电池最佳功率点右侧时，电解槽水温的升高能显著提高产氢量从而提高系统的效率，总的来说要使系统的工作点在太阳能电池的最大功率点附近。

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