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)
子系統(tǒng) | 關(guān)鍵參數(shù) |
太陽光照模擬器 | 1) 供電 AC220V 2) 功率4kW 3) 光譜范圍 280-1000nm， 4) 模擬太陽光強 200-1500W/m2 |
光伏發(fā)電系統(tǒng) | 1）光伏板功率：0.5～1kw 2）工作電壓：發(fā)電電壓DC48V 3）控制單元工作溫度：-40℃～125℃ 4）設(shè)備工作溫度：-25℃～85℃ 5）材質(zhì)：多晶硅光伏發(fā)電板*2塊，鐵質(zhì)金屬外殼，鉛酸電池組儲存 |
電解水制氫系統(tǒng) | 1）制氫功率：0.5kw 2）氫氣流量：1L/min 3）工作電壓：AC220V/50Hz 4）水源：怡寶純凈水 5）設(shè)備工作溫度：0℃～65℃ 6）材質(zhì)：不銹鋼電解分離池，不銹鋼儲液罐 7）干燥凈化裝置：有機玻璃管、硅膠，不銹鋼材質(zhì)外殼 |
燃料電池系統(tǒng) | 1）電堆額定功率：500w 2）電堆峰值功率：550w 3）輔助系統(tǒng)功率：50w 4）輸出電壓：DC48V 5）輸出電流：25A 6）冷卻方式：風(fēng)冷 7）雙極板材料：金屬板 8）設(shè)備工作溫度：-10℃～40℃ 9）材質(zhì)：質(zhì)子交換膜：氟磺酸型質(zhì)子交換膜、雙極板：金屬、外殼：不銹鋼材質(zhì) |
電子負(fù)載系統(tǒng) | 1）額定電壓：0-120V 2）額定電流：0-60A 3）額定功率：0-600w 4）最小操作電壓：1.5Vat240A 5）分辨率：10mw 6）輸入阻抗：150MΩ 7）設(shè)備工作溫度：-25℃～60℃ 8）材質(zhì)：VFD顯示屏 |
并網(wǎng)系統(tǒng) | 1）MPPT控制器：60A 2）逆變器：功率1~2kW，效率≥98% 3）鉛酸電池組 |
（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。
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)境強制通風(fēng)。
③ 電氣保護：逆控一體機過壓/過流保護，電子負(fù)載多重保護（OVP/OCP/OPP/OTP）。
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