自给式太阳供能的能量供应和储存系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于能量供应和储存的系统。该系统是自给式的。它包括一种产生太阳能电力的装置。电力可以转换成可逆液体燃料电池内的液体燃料，如甲醇。液体燃料被储存。当电力需求超过太阳能的供应时，使用储存的液体燃料在液体燃料电池中产生电力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术公开了一种用于能量供应和储存的系统。该系统是自给式的。它包括一种产生太阳能电力的装置。电力可以转换成可逆液体燃料电池内的液体燃料，如甲醇。液体燃料被储存。当电力需求超过太阳能的供应时，使用储存的液体燃料在液体燃料电池中产生电力。【专利说明】自给式太阳供能的能量供应和储存系统
本专利技术总体涉及一种自给式(self-contained)太阳供能的能量供应和储存系统，更具体地，涉及用于能量储存的使用甲醇的这种系统。
技术介绍
为了解决对可再生资源的能量和减少对化石燃料依赖性的需求，越来越多地使用太阳能用于产生电力。可使用光伏电池或热太阳能电池(thermal solar cells)将太阳能转换成电能。在光伏电池中，利用阳光在半导体晶片(通常是硅晶片)阵列中产生电力。虽然在阴雨天气期间可以产生一些电力，但是最佳的光伏电池效率需要充足、明亮的阳光。热太阳能电池以间接方式产生电力。水通过放置在朝向太阳倾斜的浅托盘内的管网络泵送。太阳的热量将管内的水转换成蒸汽，从而用来推动常规的涡轮机。热太阳能电池的其他形式包括太阳能上升气流塔(solar updraft tower)和熔盐安装。上升气流塔结合了烟囱效应、温室效应和风力涡轮机。空气经阳光加热并收容在高烟囱底部周围的非常大的类似温室的结构中，并且所产生的对流导致空气在气流塔内上升。此气流驱动涡轮机，从而产生电力。熔盐塔高度集中热的阳光到所谓的收集器上，随后收集器最终将热量传递给熔盐，在此储存以供以后使用。当天气是阴天时，特别是在没有阳光的夜间，熔盐中储存的热能用于帮助将水煮沸。简而言之:这是一种热量储存，如果以后没有足够的太阳能足够大力地煮沸水，这种热量储存在那时将水煮沸。热太阳能电池提供有限的机会以蒸汽的形式储存太阳能。然而，蒸汽形式的能量储存是资本密集型的，因为它需要高压容器和广泛的绝缘。因为资本要求，热太阳能电池本身并不适合分布式发电。配备有光伏电池的建筑物(如办公楼和家庭住所)一般与电网相连。当建筑物的电力需求低时，在明媚的晴天产生的多余电力被销售给电网。当建筑物的电力需求超过由其光伏电池产生的电力时，该建筑物的所有者接收信贷，以应用于从电网购买电力。然而，该建筑物有销售电力的能力是在供应充足且需求低时，而其有购买电力的需求是在供应有限且需求高时。出于这个原因，必须为购买的电力支付比销售电力所得更高的价格。可以例如使用电解将电力转换成氢气，以及使用燃料电池将氢气转换回电力。原则上，有可能创造一种自给式太阳供能的能量供应和储存系统，其使用多余的太阳能产生氢气；储存氢气；以及在需求超过太阳能电池所产生的电力时使用氢气产生电力。然而，氢气的储存和处理需要先进的设备和高资本投资。基于氢气的系统本身不适合分布式发电。因此，需要一种使用如甲醇或二甲醚(DME)的液体燃料作为能量储存介质的自给式太阳供能的能量供应和储存系统。
技术实现思路
本专利技术通过提供一种自给式太阳供能的能量供应和储存系统解决了这些问题，该系统包括:将太阳能转换成电能的太阳能电池阵列；至少一个将电能转换成液体燃料和将液体燃料转换成电能的可逆直接液体燃料电池(DLFC)；液体燃料储罐。优选的液体燃料包括甲醇和二甲醚(DME )。本专利技术的另一方面包括供应按需电力(on-demand electric power)到电力消耗系统的方法，该方法包括以下步骤:使用太阳能电池阵列将太阳能转换成电力；如果电力的产生超过电力消耗系统对电力的需求，使用可逆的DLFC将多余的电力转换成液体燃料；将所产生的液体燃料储存在液体燃料储罐内；如果电力消耗系统对电力的需求超过光伏电池阵列的电力产出，使用可逆的DLFC将来自储罐的液体燃料转换成电力。【专利附图】【附图说明】本专利技术的特征和优点将参考下列附图加以理解，其中:图1是本专利技术的自给式太阳供能的能量供应和储存系统的实施方式的图示。图2是本专利技术的自给式太阳供能的能量供应和储存系统的替代实施方式的图示。图3是可逆直接液体燃料电池在常规工作下的图示。图4是可逆直接液体燃料电池在反向工作下的图示。图5示出了具有外围供应管线的图1的系统。【具体实施方式】本专利技术的自给式太阳供能的能量供应和储存系统(以下简称为能量系统)依赖于使用太阳能电池产生电力。本文所用的术语“太阳能电池”是指能够将太阳辐射利用到电力上的任何类型的电池。术语“太阳辐射”是指在地球表面接收的来自阳光的电磁辐射，并包括红外线、可见光和紫外线。术语“太阳能电池”包括光伏电池和热太阳能电池。将参考作为将太阳能转换成电力的装置的光伏电池更详细地描述本专利技术。将会理解的是，除了光伏电池或代替光伏电池，可以使用其他类型的太阳能电池，如热太阳能电池。太阳能电池阵列用于向一个建筑物或一组建筑物供应电力。太阳能电池产生的电力的量取决于太阳高度角；太阳相对于太阳能电池的角度；大气条件，特别是存在或不存在云层覆盖；大气受尘粒的污染等。建筑物的电力需求随季节和当日时间发生变化。例如，如果建筑物是办公楼，电力需求可能在工作期间高，但在晚上及周末期间低。相反，住宅楼的电力需求往往在周末期间和晚上高。对于本专利技术的系统,有利的是以年为基础标注(dimension)光伏电池阵列供应建筑物的预测年度电力需求的规格。光伏阵列略微超过标注规格(over-dimensioning)(例如10%或20%)可能是可取的，以允许该系统应对低于平均日照时数的年份。将会理解的是，光伏电池阵列的电力供应仅仅极少地会与同期需求完全匹配。在大多数情况下，要么是供应过剩，要么是需求过量。该系统可以设置有一堆电池来应付短期的供需不平衡。然而，对于较长期的不平衡，该系统依赖于以液体燃料的形式(如甲醇或DME，或者甲醇和DME的混合物)储存能量。DME在室温下是气体，在中等压力下容易液化。DME对在柴油燃料中使用是特别有吸引力的，因为它的十六烷值高。将参考甲醇作为液体燃料更详细地描述该系统。该系统包括甲醇燃料电池和甲醇储罐。甲醇燃料电池可以是与甲醇重整器结合的氢燃料电池。甲醇重整器将甲醇转换成氢气，其用作燃料电池的实际燃料。在替代实施方式中，燃料电池是直接甲醇燃料电池，其直接将甲醇转换成电力，而不需要首先将甲醇转换成氢气。燃料电池的容量是这样的，它可以应对高峰的电力需求，即使在没有任何太阳能电力的情况下。有利的是提供一组具有组合容量足以应对预测的高峰电力需求的太阳能电池。该系统可以设置有接通数个燃料电池的控制器，这些燃料电池足以满足即时的电力需求至这种需求超过太阳能电力供应的程度。当直接甲醇燃料电池从甲醇产生电力时，在阳极上形成二氧化碳。CH30H+H20 — 6H++6e>C02 (I)在阴极上形成水:总反应式为: OIlgiJfl 十'一"^ ^ IlgW 十 kj%J2, Q、 JCo)有利的是储存在阳极处产生的二氧化碳供以后使用。在压力下，二氧化碳可以储存在合适的储罐内。令人合意的是除去水蒸气，这很容易通过选择性冷凝实现。在替代方案中，二氧化碳可以可逆地吸收在二氧化碳吸收剂内，如氧化铝/氧化镁、水滑石等。水可以储存在储水罐中。在太阳能电力供应超过电力需求的期间形成用作燃料电池燃料以补充太阳能电力产出的甲醇。通过供应电力到电池并将电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·奥康纳，G·范皮滕，J·C·拉瑟尔，S·马里尼克，
申请(专利权)人：安特西有限公司，
类型：
国别省市：