一种利用太阳能的氢燃料电池的分布式发电实验系统论文和设计-岳耀宾

全文摘要

本实用新型公开了一种利用太阳能的氢燃料电池的分布式发电实验系统，属于清洁能源发电领域，包括太阳能发电系统，太阳能发电系统电性连接有电能储能装置，电能储能装置电性连接有DC\/DC转化器，DC\/DC转化器连接有电解水，DC\/DC转化器利用电能将电解水水解成氢气和氧气，电解水电性连接有燃料电池系统，且电解水将氢气和氧气供给燃料电池系统，燃料电池系统电性连接有控制系统，可以不间断的、稳定的产生电能，太阳能可以直接转化为电能但其不具有持续性，且氢燃料电池具有较好的发展前景，具有无污染的特点，与国家提倡的环保政策相对应，使氢燃料电池发电技术摆脱传统发电方式供电，使其真正成为无污染的发电技术是十分必要且必须的。

主设计要求

1.一种利用太阳能的氢燃料电池的分布式发电实验系统，包括太阳能发电系统(1)，其特征在于：所述太阳能发电系统(1)电性连接有电能储能装置(2)，所述电能储能装置(2)电性连接有DC\/DC转化器(3)，所述DC\/DC转化器(3)连接有电解水(4)，所述DC\/DC转化器(3)利用电能将电解水(4)水解成氢气和氧气，所述电解水(4)电性连接有燃料电池系统(5)，且电解水(4)将氢气和氧气供给燃料电池系统(5)，所述燃料电池系统(5)设置有N个，所述燃料电池系统(5)电性连接有控制系统(6)，所述控制系统(6)电性连接有用电负荷模块(7)。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种利用太阳能的氢燃料电池的分布式发电实验系统，其特征在于：所述电能储能装置(2)包括超级电容组、双向DC\/DC变换器和相应的控制电路。

3.根据权利要求1所述的一种利用太阳能的氢燃料电池的分布式发电实验系统，其特征在于：所述燃料电池系统(5)采用分布式电源的方式。

4.根据权利要求1所述的一种利用太阳能的氢燃料电池的分布式发电实验系统，其特征在于：所述控制系统(6)包括分布式能源综合控制系统(61)、HMI控制分站(62)、逆变器(63)和配电系统(64)，所述HMI控制分站(62)社会组有N个，所述燃料电池系统(5)依次分为第一系统、第二系统直至第N系统，且每个HMI控制分站(62)控制一个燃料电池系统(5)，所述逆变器(63)设置有N个，每个所述逆变器(63)与一个燃料电池系统(5)电连接，所述配电系统(64)与逆变器(63)之间电连接，所述分布式能源综合控制系统(61)与配电系统(64)电连接。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及清洁能源发电领域，更具体地说，涉及一种利用太阳能的氢燃料电池的分布式发电实验系统。

背景技术

随着化石能源的日渐枯竭，对清洁能源的需求越来越大，目前清洁能源发电形式比较多样，常见的有太阳能发电，风能发电等，但这些发电形式大多不具有持续性和稳定性，如晚上没有阳光，白天和夜里的风力等级变化较大等，导致白天的发电量与晚上的发电量差距较大，而电能又具有不能大量储存的特点，因此太阳能发电不能够大规模的、持续稳定的向用电负荷供应电能，因此需要一种新的清洁能源发电形式能够稳定持续的发电、供电，保证使用清洁能源发电的用电负荷可以稳定运行。

在《氢燃料电池的应用研究进展》一文中，详细阐述了国内外氢燃料电池具体结构的研究与开发进展；概括了国内外氢燃料电池在分散型电站、电动车、军事以及可移动电源方面的应用，氢燃料电池能量转化效率很高，将化学能直接转换为电能，转化效率比内燃机高出20％-30％，且具有污染少，噪音小，装置相对简单，使用寿命长等特点，是优越性很高的发电方式，氢燃料电池是一种将氢气与氧气的化学能直接转化为电能的能量装置，工作原理是电解水的逆反应，具体工作原理为：阳极上的氢分解为电子和质子，质子和电子分别穿过隔膜到达阴极和外电路，阴极上的阳离子和质子、电子反应生成水。

我国现有的氢燃料电池技术与世界先进水平相比仍有差距，但我国的相关技术发展速度快，且在催化剂，质子交换膜，电极等方面均取得突破性进展，氢燃料电池目前主要应用在能源、汽车等行业，同时与化工、钢铁等行业有着紧密联系，因此氢燃料电池的发展前景极为广阔。

氢燃料电池的许多应用领域还有待开发，且可以改变其供电方式，比如利用太阳能发电来制氢，使得整个发电系统变得更清洁，节能。

实用新型内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种利用太阳能的氢燃料电池的分布式发电实验系统，它可以不间断的、稳定的产生电能，太阳能可以直接转化为电能但其不具有持续性，且氢燃料电池具有较好的发展前景，具有无污染的特点，与国家提倡的环保政策相对应，使氢燃料电池发电技术摆脱传统发电方式供电，使其真正成为无污染的发电技术是十分必要且必须的。

2.技术方案

为解决上述问题，本实用新型采用如下的技术方案：

一种利用太阳能的氢燃料电池的分布式发电实验系统，包括太阳能发电系统，所述太阳能发电系统电性连接有电能储能装置，所述电能储能装置电性连接有DC\/DC转化器，所述DC\/DC转化器连接有电解水，所述DC\/DC转化器利用电能将电解水水解成氢气和氧气，所述电解水电性连接有燃料电池系统，且电解水将氢气和氧气供给燃料电池系统，所述燃料电池系统设置有N个，所述燃料电池系统电性连接有控制系统，所述控制系统电性连接有用电负荷模块，可以不间断的、稳定的产生电能，太阳能可以直接转化为电能但其不具有持续性，且氢燃料电池具有较好的发展前景，具有无污染的特点，与国家提倡的环保政策相对应，使氢燃料电池发电技术摆脱传统发电方式供电，使其真正成为无污染的发电技术是十分必要且必须的。

作为本实用新型的一种优选方案，所述电能储能装置包括超级电容组、双向DC\/DC变换器和相应的控制电路。

作为本实用新型的一种优选方案，所述燃料电池系统采用分布式电源的方式。

作为本实用新型的一种优选方案，所述控制系统包括分布式能源综合控制系统、HMI控制分站、逆变器和配电系统，所述HMI控制分站社会组有N个，所述燃料电池系统依次分为第一系统、第二系统直至第N系统，且每个HMI控制分站控制一个燃料电池系统，所述逆变器设置有N个，每个所述逆变器与一个燃料电池系统电连接，所述配电系统与逆变器之间电连接，所述分布式能源综合控制系统与配电系统电连接。

3.有益效果

相比于现有技术，本实用新型的优点在于：

太阳能发电系统将太阳能转化为电能，节约了电能，电能储能装置的作用是存储太阳能发电得到的电能，保证在没有太阳的时候可以不间断电能供应，DC\/DC转化器的作用是升高从蓄电池引出电能的电压，加快电解水的速度，电解水的目的是得到氢气和氧气，供应燃料电池，燃料电池系统将氢气与氧气的化学能转化为电能，继而将氢燃料电池发出的直流电进行整流、升压等操作变换为可用的交流电。

附图说明

图1为本实用新型的主要功能模块图；

图2为本实用新型分布式能源综合控制系统处的功能框图。

图中标号说明：

1太阳能发电系统、2电能储能装置、3 DC\/DC转化器、4电解水、5燃料电池系统、6控制系统、61分布式能源综合控制系统、62 HMI控制分站、63逆变器、64配电系统、7用电负荷模块。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶\/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设\/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例：

请参阅图1-2，一种利用太阳能的氢燃料电池的分布式发电实验系统，包括太阳能发电系统1，太阳能发电系统1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，太阳能发电系统1电性连接有电能储能装置2，电能储能装置2包括超级电容组、双向DC\/DC变换器和相应的控制电路，其作用是存储太阳能发电的得到的电能，特别是夜晚、阴天等没有阳光，太阳能发电不能工作的时候仍然可以保证供电的稳定性；

电能储能装置2电性连接有DC\/DC转化器3，DC\/DC转化器3的主要作用是对从储能电容中引出的直流电进行升压，加快电解水的速度，DC\/DC转化器3连接有电解水4，DC\/DC转化器3利用电能将电解水4水解成氢气和氧气，电解水4电性连接有燃料电池系统5，且电解水4将氢气和氧气供给燃料电池系统5；

燃料电池系统5设置有N个，燃料电池系统5采用分布式电源的方式，燃料电池系统5的具体工作原理为：阳极上的氢分解为电子和质子，质子和电子分别穿过隔膜到达阴极和外电路，阴极上的阳离子和质子、电子反应生成水和电能。反应后得到的水可以返还水槽重复利用，反应得到的电能送到下一环节。氢燃料电池具有转换效率高、容量大、无污染且与其他发电形式相比较为简单等优点，更进一步的，燃料电池系统5采用氢氧燃料电池；

燃料电池系统5电性连接有控制系统6，控制系统6电性连接有用电负荷模块7，控制系统6包括分布式能源综合控制系统61、HMI控制分站62、逆变器63和配电系统64，HMI控制分站62社会组有N个，燃料电池系统5依次分为第一系统、第二系统直至第N系统，且每个HMI控制分站62控制一个燃料电池系统5，逆变器63设置有N个，每个逆变器63与一个燃料电池系统5电连接，配电系统64与逆变器63之间电连接，分布式能源综合控制系统61与配电系统64电连接，控制系统6的作用是控制分布式电源，同时将氢氧燃料电池放出的直流电经过变换，得到电压、频率、幅角等特性与室用电相同的交流电，可以供给用电负荷模块7直接使用，而用电负荷模块7利用本次设计的发电实验系统供应的电能保持正常工作。

具体的，本实用新型在使用时，在建筑的房顶铺设太阳能电池板，白天将太阳能转化为电能并储存在电能储能装置2内，从电能储能装置2的包括超级电容组内引出直流电接入DC\/DC转化器3，得到电压较高的直流电，以此来电解水槽中的电解水，将得到的氢气和氧气通过管道分别输送到氢燃料电池的阳极和阴极，氢燃料电池将化学能转化为电能，继而通过控制系统6将直流电转化为与居民用电的电压、频率、幅角等相匹配的交流电，供给负荷使用。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

设计图

一种利用太阳能的氢燃料电池的分布式发电实验系统论文和设计

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主设计要求

设计方案

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