5000瓦的太陽能制氫系統(tǒng)單元設(shè)計案例5000瓦的太陽能制氫系統(tǒng)單元設(shè)計案例 1 21.2系統(tǒng)連接 2 3 51.5氫氣測量 6 7由于條件限制，5000瓦的太陽能制氫系統(tǒng)按一定比例縮小。太陽能供電的制氫系統(tǒng)由太陽能發(fā)電系統(tǒng)、電解系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)和氣體測量系統(tǒng)組成錯誤：未找到引用源。在一般情況下，白天的光照強度合適，足以驅(qū)動太陽能板發(fā)電為制氫供能；當(dāng)電解槽故障或者停止工作，太陽能板產(chǎn)生的電能就會儲存在蓄電池里面去；到晚上沒有光照的時候，儲存在蓄電池里的電量發(fā)揮作用直接為電解槽充當(dāng)電源。而當(dāng)遇到很多天沒有太陽，蓄電池里的電量耗盡時，可由外接電源直接為電解槽供電，保證電解槽制氫不會受到天氣、時間等外界因素的干擾。系統(tǒng)的工作流程框圖見圖3-1。太陽能電池板電解槽用氫裝置蓄電池1.1電解系統(tǒng)家庭用的太陽能供電的制氫系統(tǒng)，適合選用技術(shù)相對成熟的堿性電解水，這項制氫技術(shù)的制氫成本較低，比較適合家庭應(yīng)用。電解槽需要組裝，先將石墨制成的陽極固定在底座上，封好空隙。再取出陰極板，取一張隔膜紙附在陰極板的一面，再將陰極板插回去使隔膜紙在陰陽極之間，然后將外殼蓋在底座上，最后將空隙封好。加入在水中的電解質(zhì)為溶度為4%的NAOH溶液，通直流電，可以看到制氫的過程平穩(wěn)進行。實物圖見圖3-2,其中石墨陽極一側(cè)為陽極室，陰極板一側(cè)為陰極室，上方的出氣孔是導(dǎo)氣管，用來排放氫氣，而上方的塑料漏斗為進水口，是加入電解液的地方，將外殼和底座連接處封住用的是橡皮泥和膠水。實物模型的大小為10×5×15cm,1.2系統(tǒng)連接對于5000瓦的太陽能發(fā)電系統(tǒng)來說，必然不止一塊太陽能電池板，所以我們得考慮將這些太陽能電池板并聯(lián)還是串聯(lián)。通過實踐證明，串并聯(lián)對于太陽能電池組的發(fā)電效率影響不大，但是當(dāng)太陽能電池組中有一塊電池?fù)p害或者受到陰影的遮擋無法正常工作時，串聯(lián)的電池組的發(fā)電受到這塊電池的影響，而并聯(lián)的電池組卻不受影響。所以我們并聯(lián)太陽能電池組。在太陽能發(fā)電系統(tǒng)與電解系統(tǒng)之間我們可以選擇直接連接和間接連接兩種方法。作為設(shè)計模型，我們選用直接連接法，因為間接連接法必須要將電能進行轉(zhuǎn)換才能供電給電解槽，流程過于復(fù)雜，并且他會產(chǎn)生不必要的能源損耗，使家庭用的制氫成本變高。該系統(tǒng)被設(shè)計為使用直接連接，該直接連接方法是一種可以有效地轉(zhuǎn)換能量的連接方法。將不必要的損耗降低，去掉了最大功率跟蹤、轉(zhuǎn)換器，使系統(tǒng)更為簡單錯誤!未找到引用源。o設(shè)計的電路連接如圖3-3所示。A蓄電池當(dāng)蓄電池能源耗盡時，外接電源再為制氫系統(tǒng)供電，一切都是為了維持制氫系統(tǒng)是穩(wěn)定供氫。1.3太陽能發(fā)電系統(tǒng)太陽能以光輻射的形式將能量輻射到地球，這是取之不盡的。太陽能清潔無污染，是人類可利用的最直接的能源之一。太陽能電池是基于怎樣一個原理呢?就是利用半導(dǎo)體材料的光生伏特效應(yīng)，所以我們pe可以近似的把太陽能電池看成一個P-N結(jié)，如圖3-4所示，一般的，在底層硅晶體中注入三價硼元素代替晶格中硅原子的位置，形成P型半導(dǎo)體，同時表面硅晶體中注入五價的磷元素代替硅原子的位置形成N型半導(dǎo)體，太陽光照射在太陽能電池上，光子被吸收進界面層，當(dāng)積累到一定能量之后，會可以產(chǎn)生電子-空穴對，產(chǎn)生電勢差，這樣表層N區(qū)與底層P區(qū)之間就形成P-N結(jié)。在內(nèi)建電場的作用下，P側(cè)空穴聚集帶正電，N側(cè)電子聚集帶負(fù)電，如果有外電路，電流就會從P側(cè)流向N側(cè)錯誤!未找到引用源。o其中本設(shè)計選用的太陽能板，其實物圖與參數(shù)表見表3-1和圖3-5。表3-1太陽能板參數(shù)表功率工作電壓電池轉(zhuǎn)換效率本設(shè)計模型中采用的儲能系統(tǒng)是一個蓄電池。假如天氣條件不允許太陽能板進行發(fā)電，可由蓄電池直接給電解槽的工作供電，而當(dāng)氣體收集器收集滿了無需電解槽工作時，可直接讓太陽能電池板給蓄電池充電。蓄電池的參數(shù)和實物圖見表3-2和圖3-6。另外作為一個真實的制氫系統(tǒng)，它的儲能系統(tǒng)還需要一個儲存氫氣的儲氫罐，用類似于儲存天然氣的方法進行儲存，由于技術(shù)限制，在模型中不予體現(xiàn)。工作電壓工作電流LZB-3WB玻璃轉(zhuǎn)子氣體流量計是本設(shè)計中調(diào)試需要用到的測量制氫系統(tǒng)制取到的氫氣流速的工具，在實際中可以是更加高級的氣體監(jiān)控系統(tǒng)，它的型號是4-40mL/min的氣體流速，流量計總高度：136mm,接□中心距：116mm,接口外徑：8mm,額定工作壓力：≤0.2MPa,介質(zhì)溫度：-20~120℃,玻璃轉(zhuǎn)子流量計流量范圍：0.25-2.5m3/h,垂直放置，閥門要緩慢開啟，防止損壞玻璃管，其實物圖見3-7。圖中左下方的旋鈕是閥門，右下方的凸起是一個氣孔，這個氣孔是氫氣測量時的進氣□,它的上方則是出去口。當(dāng)測量制氫系統(tǒng)制取的氫氣流量時，氫氣通過下方的氣孔進入，推動氣管里的轉(zhuǎn)子上浮，氫氣制取穩(wěn)點后，轉(zhuǎn)子會保持停留在一個刻度上，這個刻度所表示的示數(shù)就是當(dāng)前條件下的氣體流量。1.6整體設(shè)計整個太陽能供電的制氫系統(tǒng)是由以上幾個系統(tǒng)部分組成，各部分系統(tǒng)實物連接圖見圖當(dāng)進行調(diào)試工作時，左邊的單刀雙擲開關(guān)向左連接，右邊的單刀雙擲開關(guān)左右都不連接，此時，太陽能電池板和電解池直接相連，可以測試在白天陽光充足時，太陽能發(fā)電制取氫氣的能力。左邊的單刀雙擲開關(guān)向右連接，右邊的開關(guān)向左連接，此時兩個單刀雙擲開關(guān)連接在一起，系統(tǒng)工作情況為太陽能電池板為蓄電池充電，適用于當(dāng)氫氣制取系統(tǒng)不用工作的情左邊的單刀雙擲開關(guān)左右都不連接，右邊的開關(guān)向右連接。此時蓄