[发明专利]一种光伏电解制氢系统和方法

说明书

本发明实施例提出了一种光伏电解制氢系统和方法，解决了光伏板直接耦合电解制氢设备进行电解水制氢过程中控制困难，且光伏板及电解制氢设备工作点偏离最佳工况的问题，实现光伏板在接近最大功率点工作的同时电解制氢设备在最佳工况范围内制氢，不仅安全性好而且延长设备寿命。本发明实施例提出的光伏电解制氢系统结构简单，直接将光伏板耦合电解制氢设备中间环节少，能量损耗小；且光伏电解制氢系统中光伏板工作时接近最大功率点，对太阳能的利用率高。此外，本实施例中的电解制氢系统对光伏板的跟随性好，实现光伏发电的实时消纳。

技术领域

本发明涉及电解制氢技术领域，特别涉及到一种光伏电解制氢系统和方法。

背景技术

在双碳目标预期下，风电、光伏等可再生能源迎来了快速发展，由于其波动性和间歇性的发电特点，必须配备一定容量的储能。利用可再生能源制氢的电氢转换进行氢储能，具有储能密度大、存储周期长、氢能转化利用途径多样的优点，是未来重要的可再生能源储能手段之一。

然而，可再生能源向氢能的转换效率较低，其中一个重要的原因是中间转换环节较多。以光伏发电为例，光伏板发出的直流电通过逆变器转换为交流电，再通过整流变压器转换为电解制氢的直流电，其间大约会发生较高的能量损耗。近年来，光伏直接耦合制氢的模式获得了一定的关注，但主要途径是通过MPPT控制器和DC-DC转换器，使光伏板能够工作在最大功率点，中间环节仍然较多，仍会造成一定的能耗。

理论上，光伏板和电解制氢设备可以直接匹配，可省去中间环节的损耗，但工作点的控制较为困难，可能导致光伏板的工作点偏离最大功率点，造成能量的浪费。同时，直连的模式给电解制氢设备的工作稳定性造成了挑战，可能造成电解制氢设备长期偏离最佳工况，造成材料和设备的寿命下降和安全隐患。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一，提出一种光伏电解制氢系统和方法，解决了光伏板直接耦合电解制氢设备进行电解水制氢过程中控制困难且光伏板及电解制氢设备工作点偏离最佳工况的问题，实现光伏板在接近最大功率点工作；同时电解制氢设备在最佳工况范围内制氢，安全性好，延长设备寿命；本发明实施例提出的光伏电解制氢系统结构简单，直接将光伏板耦合电解制氢设备中间环节少，能量损耗小；此外，光伏板出力接近最大功率点，对太阳能的利用率高；电解制氢系统对光伏板的跟随性好，实现光伏发电的实时消纳。

有鉴于此，根据本发明实施例的一个方面提出了一种光伏电解制氢系统，包括：

光伏阵列，其包括n₁个并联的光伏板组；所述光伏板组由n₂个光伏板串联形成；其中n₁、n₂均为不小于1的正整数；

电解阵列，其包括n₃个并联的电解设备组；所述电解设备组包括n₄台串联的电解制氢设备；所述光伏阵列的电能输出端连接所述电解阵列的电能输入端；其中n₃、n₄均为不小于1的正整数；和

控制模块，其分别与所述光伏阵列和所述电解阵列信号连接并接收所述光伏阵列的电能输出功率信号和所述电解阵列的工作信号；所述控制模块向所述电解阵列发出指令实现所述电解制氢设备的连接、解列和电解控制参数的调节。

在一些实施例中，根据所述光伏阵列的额定总功率P_V和所述电解阵列的总功率P_E，确定所述n₁、所述n₂、所述n₃和所述n₄；其中所述电解阵列的总功率P_E等于所述光伏阵列在年平均辐照强度下对应的最大功率点工作时的总功率P_M。