[发明专利]配置水电解系统的方法

说明书

本发明涉及一种直接耦合的水电解系统并且涉及一种配置直接耦合的水电解系统的方法，所述直接耦合的水电解系统包括至少四个组件，其中第一组件是PV阵列，所述PV阵列直接连接到第二组件，所述第二组件是一个或多个电解槽堆叠，第三组件是电解槽系统平衡设备，并且第四组件是辅助电源，所述方法包括以下步骤：a)提供所述PV阵列的预定初始性能曲线；b)提供所述PV阵列的平均降级速率；c)通过基于所述平均降级速率修改所述预定初始性能曲线来计算对于具体时间线的所述PV阵列的预期性能曲线；d)提供所述一个或多个电解槽堆叠的预定初始性能曲线；e)提供所述一个或多个电解槽堆叠的平均降级速率；f)通过基于每个单独的堆叠的所述平均降级速率修改所述预定初始性能曲线来计算对于具体时间线的所述一个或多个电解槽堆叠的预期性能曲线；g)通过使所预期的一个或多个电解槽堆叠的性能曲线与所预期的PV阵列的性能曲线匹配来配置所述一个或多个电解槽堆叠。本发明提供了在最低可能的电力电子器件内含物和转换的情况下在高达多GW装机容量的大规模下操作完全操作的太阳能光伏耦合的电解槽系统，以实现系统的最低可能的资本成本和优化的效率。

技术领域

本发明涉及一种配置水电解系统的方法并且涉及这种系统。电解系统通常具有光伏阵列和电解槽布置，所述光伏阵列用于提供电流和电压输出，所述电解槽布置具有至少一个直接连接到所述光伏阵列的电解槽堆叠。

背景技术

氢作为汽车燃料电池单元应用的商业燃料或者作为用于使可再生能源在长距离内移动的载体，是未来能源转型的关键关注分子。从可再生电力源制造的氢的可行性将取决于其是否可以在成本基础上与来自化石燃料的通过蒸汽甲烷重整的氢竞争。电解是用于从可再生电力源生产氢的有前景的选择方案。电解是使用电将水分解为氢和氧的过程。此反应通常在被称为电解槽堆叠的单元中发生，所述单元是含有在电解槽系统中的电化学反应器。

耦合到电解槽系统(120)的太阳能光伏阵列(100)的常规阵容(图1)将包含具有交流(AC)接口的单个电力连接(110)。光伏阵列产生直流(DC)电力，所述DC电力将通过逆变器(105)转换为AC，升高到更高的电压，以传送到设备的另一部分，电压下降并且AC电力用于供应到电解槽系统(120)。AC电力连接提供所需的电解槽系统电力的100％。电解槽堆叠(125)利用直流(DC)电力来驱动水的电化学分解以制得氢，并且占总电力需求的相当大的量。电解槽系统包含电力电子器件(130)并且还包含用于将AC电力转换为DC电力的整流器(135)。电解槽还含有支持电解槽堆叠(125)操作所需的另外的硬件，所述另外的硬件通常被称为平衡设备BoP(140)。

由于太阳能光伏和水电解槽堆叠两者均是DC电气系统，因此用于降低系统成本的可能途径是将这些装置耦合，使得避免AC转换(DC-DC转换)。在更极端的情况下，可以完全或几乎完全去除电力转换，这里太阳能光伏阵列和电解槽堆叠是直接耦合的。一些现有技术文献描述了此类方法。

专利申请WO07142693A2描述了一个或多个光伏(PV)模块的阵列，所述一个或多个PV模块串联和/或并联布置以将直流电力递送到电解槽以产生氢。所述系统包含电力电子器件和开关，以修改光伏阵列的配置或选择，以便以其最大功率点(V_mpp和I_mpp)进行递送并且在电解槽处在I_oper下提供V_oper。

专利申请CN101565832A涉及一种太阳能耦合的电解系统，所述太阳能耦合的电解系统含有细分成电解单元的模块的电解堆叠。根据可从光伏阵列获得的电力量，采用电力电子器件和开关将电力引导到电解单元的不同模块。

专利申请US02033332描述了一种水电解系统，所述水电解系统包括光伏、水电解槽和用于DC/DC转换以从光伏电池单元提取最大电力的电力电子器件。

关于太阳能光伏耦合的水电解槽的上述参考文献使用用于监测系统性能或环境条件并优化系统的控制系统。由于与另外的电力转换和控制硬件相关的资本成本，这可能增加氢气生产的大量成本。