光伏電解制氫實驗平臺

光伏電解制氫實驗平臺是集光伏發(fā)電、電解水制氫、燃料電池發(fā)電及電子負(fù)載于一體的綜合性實驗系統(tǒng)，旨在通過模擬“太陽能-電能-氫能-電能"的能量閉環(huán)轉(zhuǎn)換過程，為可再生能源制氫技術(shù)的科研探索與教學(xué)實踐提供支撐。平臺具備模塊化設(shè)計與智能化控制特性，可實現(xiàn)多子系統(tǒng)獨立運行或協(xié)同工作，滿足不同場景下的實驗需求，助力綠氫技術(shù)研發(fā)與人才培養(yǎng)。

核心組成

1．光伏發(fā)電系統(tǒng)：含多晶硅光伏板、MPPT控制器、鉛酸電池組及太陽光照模擬器，將太陽能/模擬太陽光能轉(zhuǎn)換為電能。

2．電解水制氫系統(tǒng)：采用不銹鋼電解分離池，利用電能分解純水制取氫氣，經(jīng)干燥過濾后進(jìn)入燃料電池。

3．燃料電池系統(tǒng)：質(zhì)子交換膜燃料電池，將氫氣與氧氣反應(yīng)生成電能，風(fēng)冷散熱。

4．電子負(fù)載系統(tǒng)：模擬實際用電負(fù)載，消耗燃料電池電能。

5．并網(wǎng)系統(tǒng)：MPPT控制器、鉛酸電池、逆變器，并入電網(wǎng)。

核心目標(biāo)

1．研究光伏-電解-燃料電池全鏈條集成運行特性。

2．優(yōu)化各環(huán)節(jié)能量轉(zhuǎn)換效率，降低制氫成本。

一、主要指標(biāo)：

（一）系統(tǒng)構(gòu)成

1. 光伏發(fā)電系統(tǒng)

組件：

光伏板：2塊多晶硅光伏板，功率0.5~1kW，DC48V輸出。

MTTP控制器：MPPT太陽能控制器，60A。

蓄電池組：DC48V鉛酸電池，儲存多余電能。

太陽光照模擬器：四只氙燈，供電AC220V，功率4kW，光譜范圍280-1000nm，照度均勻值±5%，模擬太陽光強(qiáng)200-1500W/m2。

功能：將光能轉(zhuǎn)換為直流電，支持直接供電或儲能，適配電解水制氫系統(tǒng)電壓需求。

2. 電解水制氫系統(tǒng)

組件：

電解分離池：不銹鋼材質(zhì)，功率0.5kW，工作電壓AC220V/50Hz。

儲液罐：不銹鋼材質(zhì)，儲存純凈水（水源為純凈水）。

干燥凈化裝置：有機(jī)玻璃管、硅膠，去除氫氣中水蒸氣與雜質(zhì)。

性能：氫氣流量1L/min，工作溫度0℃~65℃，氫氣純度≥99.99%（干燥凈化后）。

3. 燃料電池系統(tǒng)

組件：

電堆：額定功率500W，峰值550W，輸出DC48V/25A，氟磺酸型質(zhì)子交換膜，金屬雙極板。

冷卻系統(tǒng)：風(fēng)冷，工作溫度-10℃~40℃。

功能：氫氣與氧氣電化學(xué)反應(yīng)生成電能，效率40%-60%，產(chǎn)物僅為水。

4. 電子負(fù)載系統(tǒng)

參數(shù)：額定功率0-500W，電壓0-120V，電流0-120A，分辨率10mw，支持恒流、恒壓、恒阻、恒功率模式。

作用：模擬不同負(fù)載工況，測試燃料電池輸出特性

5、并網(wǎng)系統(tǒng)

MPPT控制器：60A

鉛酸電池組

逆變器：功率1~2kW，效率≥98%

作用：把燃料電池發(fā)出的電，整合后儲存入鉛酸電池組，通過逆變器來并入室內(nèi)電網(wǎng)

（二）技術(shù)參數(shù)

（三）設(shè)計原理

1．能量轉(zhuǎn)換流程

①　光伏發(fā)電：太陽光照模擬器/自然光照射光伏板，通過光電效應(yīng)生成直流電，MPPT控制器優(yōu)化輸出并儲存于蓄電池。

②　電解制氫：直流電輸入電解分離池，水分子分解為H?和O?，氫氣經(jīng)干燥凈化后進(jìn)入燃料電池。

③　燃料電池發(fā)電：氫氣與空氣中氧氣在電堆中反應(yīng)，質(zhì)子交換膜傳導(dǎo)質(zhì)子，生成電能供給電子負(fù)載，副產(chǎn)物為水。

2．系統(tǒng)匹配設(shè)計

①　光伏功率（0.5~1kW）略大于電解制氫功率（0.5kW），確保充足電力供應(yīng)；燃料電池功率（500W）與電子負(fù)載（600W）匹配，實現(xiàn)氫能高效利用。

②　DC48V低壓系統(tǒng)設(shè)計，保障安全并兼容各設(shè)備接口。

3．安全設(shè)計

①　氫氣泄漏檢測：關(guān)鍵節(jié)點（電解池、緩沖罐）安裝傳感器，聯(lián)動報警與斷電保護(hù)。

②　防爆措施：氫氣區(qū)域采用防爆電器，緩沖罐設(shè)安全閥，實驗環(huán)境強(qiáng)制通風(fēng)。

③　電氣保護(hù)：逆控一體機(jī)過壓/過流保護(hù)，電子負(fù)載多重保護(hù)（OVP/OCP/OPP/OTP）。