一种耦合的光伏电解水原时制氢系统及其使用方法技术方案

本发明专利技术公开了一种耦合的光伏电解水原时制氢系统及其使用方法，包括从上向下依次设置的空气集水子系统、制氢子系统及光伏发电子系统；其中，所述制氢子系统位于空气集水子系统下方，空气集水子系统与制氢子系统相连通，制氢子系统与发电子系统，利用空气集水子系统集得的水流入制氢子系统内，在光伏发电子系统提供的电能作用下，在制氢子系统中进行电解水制氢反应。本发明专利技术实现将大气集水技术与能量收集/转换技术相耦合以集水储能的双重目标。该系统提高了制氢效率、能源转化和利用效率，具有环保、节能、可持续性等优点，是一种理想的氢能源获取方式，并且应用十分广泛。并且应用十分广泛。并且应用十分广泛。

【技术实现步骤摘要】
一种耦合的光伏电解水原时制氢系统及其使用方法


[0001]本专利技术属于集水制氢
，具体涉及一种耦合的光伏电解水原时制氢系统及其使用方法。

技术介绍

[0002]氢作为能量载体具有能量密度高、洁净无污染的特点，在如今能源匮乏、污染严重的情况下，可有效解决全球环境和能源问题。氢能燃烧性能好，能量高，可应用于生活的方方面面，比如应用在燃料电池中，氢的化学能可以高效率地转换为有用的电功，用生态环保无污染的方式实现了能源的转化。因此氢的制备问题自然备受关注，但我国生产氢能的技术正处于瓶颈期，同时制氢效率较低，难以实现产业化。
[0003]目前有关此类的研究较少，尤其是将空气的水分转化为化学能的研究比较少。从大气水中产生能量的工作原理是基于吸湿材料和发电设备之间的协同作用。因此空气水分解框架由吸湿材料和消化水两部分组成，保证了湿能转换的实现。吸附材料从空气中捕获水分，并将水送入消化器。水分解作为一种辅助技术来消耗或利用水来发电/燃料生产。在电化学分解水体系中，吸收剂(特别是凝胶形式的吸收剂通常作为电解液)被两个电极夹在中间。吸湿电解质的离子导电性在吸湿后得到增强。通过扩散和直接接触，捕获的水分子与活性电极材料相互作用，使化学反应达到分解目的。这种新型HDF将光电催化与新兴的吸湿水凝胶结合在一起。其中金属基水凝胶具有超高的吸水率，保证了水
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氢的持续转化如前所述，水凝胶被两个电极夹在中间，充当有效的电解质。将催化剂同空气集水材料耦合，实现了将原时资源产能的愿景，即人工光催化系统的质量和能量输入只有大气中的水和太阳能，而这两种能源都是天然的，而且无处不在。但是这类体系的能量转化效率都较低(～1％)。

技术实现思路

[0004]为克服现有技术中的问题，本专利技术的目的是提供一种耦合的光伏电解水原时制氢系统及其使用方法，该系统提高了制氢效率、能源转化和利用效率，具有环保、节能、可持续性等优点，实现在特定环境中集水产能、从集水到产能的一体化、改善我国氢能生产技术处于瓶颈期这一现状等技术问题；该使用方法能够实现原时自驱动制氢，实现将大气集水技术与能量收集/转换技术相耦合以集水储能的双重目标。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种耦合的光伏电解水原时制氢系统，包括从上向下依次设置的空气集水子系统、制氢子系统及光伏发电子系统；
[0007]其中，所述制氢子系统位于空气集水子系统下方，空气集水子系统与制氢子系统相连通，制氢子系统与发电子系统，利用空气集水子系统集得的水流入制氢子系统内，在光伏发电子系统提供的电能作用下，在制氢子系统中进行电解水制氢反应。
[0008]进一步的，空气集水子系统包括集水箱，集水箱顶部设置有冷凝板，冷凝板通过冷
凝板支架与集水箱外壁相连，集水箱内底部设置有吸水材料，吸水材料上开设有通孔，吸水材料上设置有集水槽隔板和集水槽中央隔板，集水槽隔板与集水槽内壁平行设置，并且集水槽中央隔板设置在集水槽隔板与集水槽内壁之间，集水槽隔板和集水槽中央隔板垂直设置，集水槽中央隔板将集水槽隔板与集水槽内壁之间的空间分割为两个空腔，每个空腔底部设置有集水槽出水管，集水槽出水管与制氢子系统相连。
[0009]进一步的，制氢子系统包括电解槽，电解槽包括底板以及设置在底板上的电解槽外壁，电解槽外壁顶部设置有电解槽上盖板，电解槽上盖板上开设有电解槽进水口，电解槽进水口与集水槽出水管相连；
[0010]电解槽外壁顶部设置有电解槽上盖板支撑板，电解槽上盖板设置在电解槽上盖板支撑板上。
[0011]进一步的，电解槽的底板上设置有用于放置电极片的正负电极接口，电解槽的两端的电解槽外壁上均开设有电解槽出气口和电解槽打针孔；光伏发电子系统包括太阳能板，太阳能板与电极片相连。
[0012]进一步的，集水槽出水管下方设置有开关。
[0013]进一步的，集水箱底部设置有支架，支架包括左右支架、前支架以及后支架，前支架以及后支架平行设置，左右支架与前支架相连，并且左右支架与前支架垂直设置；前支架下方开设有用于调节开关的长方形口。
[0014]进一步的，左右支架上均开设有一个方形槽，方形槽大小与电解槽外壁的左右两端面大小相等。
[0015]进一步的，集水槽内设置有压力传感器，并且压力传感器与数控开关相连，数控开关与开关相连。
[0016]进一步的，集水箱顶部设置有冷凝板支架，冷凝板设置在冷凝板支架上；冷凝板倾斜设置；集水箱内底部设置有吸水材料支架，吸水材料设置在吸水材料支架上；集水槽隔板位于吸水材料的通孔的一侧。
[0017]一种基于如上所述的耦合的光伏电解水原时制氢系统的使用方法，包括以下步骤：
[0018]1)将吸水材料设置于吸水材料支架上，吸水材料所吸的水在阳光热能作用下蒸发并碰触到冷凝板上，冷凝成水珠沿集水箱外壁均匀流入集水槽并被集水槽隔板均匀隔开；
[0019]2)通入氩气吹扫电解槽，排出空气；
[0020]3)打开开关，使集水箱集得的水进入到电解槽内，并落到正负电极接口处与光伏发电子系统相连的电极片上，发生电解水制氢反应，实现光伏电解水原时制氢。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0022]本专利技术通过将空气集水子系统、制氢子系统与光伏发电子系统有效耦合起来，实现将大气集水技术与能量收集/转换技术相耦合以集水储能的双重目标。该系统提高了制氢效率、能源转化和利用效率，具有环保、节能、可持续性等优点，是一种理想的氢能源获取方式。系统应用十分广泛，可运用在沙漠等极端干燥环境，也可运用于海边等潮湿环境，实现了能源的高效利用。
附图说明
[0023]图1为本专利技术的基于空气集水
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制氢板块耦合的光伏电解水原时制氢系统的结构示意图；
[0024]图2为空气集水子系统的侧视图及剖视图；其中，(a)为空气集水子系统的侧视图；(b)为沿图(a)中D
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D线的剖视图；
[0025]图3为空气集水子系统的正视图；
[0026]图4为空气集水子系统的侧视图。
[0027]图5为电解槽的俯视图和剖视图；其中，(a)为俯视图，(b)为沿图(a)中A
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A方向的剖面图；
[0028]图6为电解槽盖板示意图。其中，(a)为俯视图，(b)为侧视图；
[0029]图7为本专利技术的系统的整体布局平面示意图。
[0030]图8为本专利技术的光伏电解水原时制氢系统的立体图。
[0031]图中，1
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空气集水子系统；2
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给制氢子系统；3
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光伏发电子系统；101
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冷凝板支架；102
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冷凝板；103
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后支架；104
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吸水材料支架；105
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集水箱外壁；106
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集水槽隔板；107
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...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耦合的光伏电解水原时制氢系统，其特征在于，包括从上向下依次设置的空气集水子系统(1)、制氢子系统(2)及光伏发电子系统(3)；其中，所述制氢子系统(2)位于空气集水子系统(1)下方，空气集水子系统(1)与制氢子系统(2)相连通，制氢子系统(2)与发电子系统(3)，利用空气集水子系统(1)集得的水流入制氢子系统(2)内，在光伏发电子系统(3)提供的电能作用下，在制氢子系统(2)中进行电解水制氢反应。2.根据权利要求1所述的一种耦合的光伏电解水原时制氢系统，其特征在于，空气集水子系统(1)包括集水箱，集水箱顶部设置有冷凝板(102)，冷凝板(102)通过冷凝板支架(101)与集水箱外壁(105)相连，集水箱内底部设置有吸水材料，吸水材料上开设有通孔，吸水材料上设置有集水槽隔板(106)和集水槽中央隔板(107)，集水槽隔板(106)与集水槽内壁平行设置，并且集水槽中央隔板(107)设置在集水槽隔板(106)与集水槽内壁之间，集水槽隔板(106)和集水槽中央隔板(107)垂直设置，集水槽中央隔板(107)将集水槽隔板(106)与集水槽内壁之间的空间分割为两个空腔，每个空腔底部设置有集水槽出水管(108)，集水槽出水管(108)与制氢子系统(2)相连。3.根据权利要求2所述的一种耦合的光伏电解水原时制氢系统，其特征在于，制氢子系统(2)包括电解槽，电解槽包括底板以及设置在底板上的电解槽外壁(207)，电解槽外壁(207)顶部设置有电解槽上盖板(202)，电解槽上盖板(202)上开设有电解槽进水口(201)，电解槽进水口(201)与集水槽出水管(108)相连；电解槽外壁(207)顶部设置有电解槽上盖板支撑板(206)，电解槽上盖板(202)设置在电解槽上盖板支撑板(206)上。4.根据权利要求3所述的一种耦合的光伏电解水原时制氢系统，其特征在于，电解槽的底板上设置有用于放置电极片的正负电极接口(205)，电解槽的两端的电解槽外壁(207)上均开设有电解槽出气口(20...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘茂昌，翟宇佳，李鋆泽，吴子涵，吴诗帆，董梦芸，杨书睿，剡雪丽，师进文，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：