直流-直流變換器與spe電解槽的耦合裝置及其耦合方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種能源裝置，具體為直流-直流變換器與SPE電解槽的耦合裝置及其親合方法。
【背景技術】
[0002]隨著氫能研究日益深入及各國對氫能產業(yè)的逐漸重視，電解水制氫技術得到了迅速發(fā)展，現(xiàn)在發(fā)展到主要有三種電解法:堿性水溶液電解法、固體聚合物水電解法(SPE)和固體氧化物水電解法。其中固體聚合物水電解法被認為是最有發(fā)展前途的電解方法，但無論哪種方法，當前的制氫效率都較低，經(jīng)統(tǒng)計，約5KW電可制取lm3氫氣，同時要消耗約0.8m3超純水，而用燃料電池將氫能轉化為電能的效率約為45 %左右，太陽能發(fā)電成本約為0.9元/KW，這就決定了用太陽能發(fā)電直接進行電解水制氫經(jīng)濟型非常差。
[0003]將光伏發(fā)電設備與電解水制氫設備同時設計并建設，在電能可以輸送上網(wǎng)情況下，電解槽不工作，當電能不能上網(wǎng)，產生“棄光”時，將“棄電”通入電解槽制氫，將產生的氫氣儲存或運送出去，即可變廢為寶。
[0004]太陽能電解水制氫系統(tǒng)中，光伏組件與電解槽的耦合方法主要有兩種:間接耦合和直接耦合，目前絕大多數(shù)系統(tǒng)采用間接耦合連接方式，間接耦合連接方式將光伏組件與電解槽通過控制器、蓄電池及DC/DC變換器連接，直接耦合連接方式將光伏組件直接與電解槽相連，省去了蓄電池裝置，該方法結構簡單，經(jīng)濟性較好，增強了系統(tǒng)的可靠性，但對電解槽與光伏組件電壓、電流的耦合跟蹤性能要求較高，用于耦合光伏組件和電解槽的DC/DC變換器必須找到最佳占空比(P)，使光伏組件工作于最大功率工作點，并保證電解槽工作于安全工作點上，電解槽的電流大小必須處于最大限制電流和最小輸入電流之間，電流過大會損壞電解槽，而電流過小時，產生氫氣和氧氣的速度回小于這兩種氣體在電解質內相互滲透化合的速度，在電解槽內產生氫氧混合氣體從而造成事故。
[0005]公開號CN101154740A，專利名稱電能制氫及氫能發(fā)電的聯(lián)合裝置，為實現(xiàn)電一氫一電能源轉換，把直流電源、電解水制氫氣裝置及氫燃料電池進行組合使用，該專利沒有對直流電源的形式進行具體設計，也沒有對直流電源與電解槽的具體連接方式進行說明。如果用市電進行制氫，效率極低，制造的氫氣產生的能量遠小于用來電解水的電能產生的能量，經(jīng)濟效益非常差。
[0006]公開號CN1086586A，實用新型專利名稱風能換成氫能的方法與設備，將風力發(fā)電設備、整流設備、電解水制氫氣設備、氫氣貯存設備組成了將風能轉化成氫的設備。用昂貴的風力發(fā)電設備專門用來生產氫氣，電解水制氫效率較低，經(jīng)濟性較差。應考慮在棄風時再進行電解水制氫，將棄電轉換為氫氣，變廢為寶。

【發(fā)明內容】

[0007]針對上述技術問題，本發(fā)明提供一種直流-直流變換器與SPE電解槽的耦合裝置及其耦合方法，解決現(xiàn)在光伏電站普遍存在的棄光問題，同時解決現(xiàn)在普遍采用的光伏組件與電解槽間接耦合連接方式的蓄電池壽命短、轉換效率低等問題。
[0008]直流-直流變換器與SPE電解槽的耦合裝置，包括DC/DC變換器即直流-直流變換器，將光伏組件的輸出直流電壓連接到DC/DC變換器的輸入端，經(jīng)過DC/DC變換器進行斬波調制，將電壓調制為SPE電解槽的工作電壓，使電解槽工作于安全工作點，從而提高電解槽的制氫效率。
[0009 ] 直流-直流變換器與SPE電解槽的耦合方法，包括以下過程:
[0010]運算初始，根據(jù)測得的DC/DC變換器的輸入電壓V1、輸入電流I1、輸出電壓V。、輸出電流I。，計算^、(^、(^。、虹。；引入迭代次數(shù)k來計算外界條件變化后產生的系統(tǒng)誤差；
[0011]若滿足dVi = 0并且dli = 0，則參考電壓Vref =輸入電壓Vi，迭代次數(shù)k=l，程序結束；
[0012]若不滿足dVi = 0并且dli = 0，且迭代次數(shù)k=l，則將Vref降至0.6Vi，從而假設一個新的最佳工作點從使電解池工作在安全區(qū)間，程序結束；
[0013]若k在1，則需要調整參考電壓值，若滿足條件dli/dViz-1i/Vi，則參考電壓Vref =輸入電壓Vi，若dl i/dVi >-1 i/Vi，說明參考電壓偏小，則Vref = Vi+Inc，若dl i/dVi < -1 i/Vi，說明參考電壓偏大，則Vrrf = V1-1nc，對參考電壓初次調整完畢后，若迭代次數(shù)k = 5，且滿足d2Vo/d1 < 0，說明參考電壓選擇恰當，程序結束；
[OOM]若不滿足d2Vo/dI。< 0，則Vref = Vi;若參考電壓初次調整完畢后，不滿足迭代次數(shù)k=5，則參考電壓不再調整，但迭代次數(shù)k+Ι，程序結束。
[0015]本發(fā)明提供的直流-直流變換器與SPE電解槽的耦合裝置及其耦合方法，利用太陽能電站的棄電進行電解水制氫，將本來要浪費的電能轉化為氫氣儲存起來進行二次利用，減少了能源的浪費，太陽能電站一旦建成，發(fā)電成本極低，用來進行電解水制氫，氫氣的制造成本接近零。
[0016]本發(fā)明提供的直流-直流變換器與SPE電解槽的耦合裝置及其耦合方法，用智能DC/DC變換器連接光伏組件和電解槽，省去了間接耦合連接方法中的蓄電池和控制器，降低了設備成本;簡化了系統(tǒng)結構，降低了故障率;DC/DC變換器可以找到最佳占空比(P)，使光伏組件工作于最大功率工作點，并保證電解槽工作于安全工作點上；省去了效率較低的蓄電池裝置，大幅提高了制氫系統(tǒng)的能源轉換效率。將本來要浪費的能源進行二次利用，并轉化為易于大規(guī)模儲存的氫能，可以就地儲存或進行遠距離輸送，成本低，適合于大規(guī)模推廣應用。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的結構示意圖；
[0018]圖2是本發(fā)明的流程圖。
【具體實施方式】
[0019 ]結合【附圖說明】本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0020]如圖1所示，將光伏組件1的輸出直流電壓連接到DC/DC變換器2的輸入端，經(jīng)過DC/DC變換器2進行斬波調制，將電壓調制為SPE電解槽3的工作電壓，使電解槽工作于安全工作點，從而提尚電解槽的制氣效率。
[0021]如圖2所示，直流-直流變換器與SPE電解槽的耦合方法，包括以下過程:
[0022 ]運算初始，根據(jù)測得的DC/DC變換器的輸入電壓V1、輸入電流I 1、輸出電壓V。、輸出電流I。，計算^、(^、(^。、虹。；引入迭代次數(shù)k來計算外界條件變化后產生的系統(tǒng)誤差；
[0023]若滿足dVi = 0并且dli = 0，則參考電壓Vref =輸入電壓Vi，迭代次數(shù)k=l，程序結束；
[0024]若不滿足dVi = 0并且dli = 0，且迭代次數(shù)k=l，則將Vref降至0.6Vi，從而假設一個新的最佳工作點從使電解池工作在安全區(qū)間，程序結束；
[0025]若k在1，則需要調整參考電壓值，若滿足條件dli/dVF-1i/Vi，則參考電壓Vref =輸入電壓Vi，若dl i/dVi >-1 i/Vi，說明參考電壓偏小，則Vref = Vi+Inc，若dl i/dVi < -1 i/Vi，說明參考電壓偏大，則Vrrf = V1-1nc，對參考電壓初次調整完畢后，若迭代次數(shù)k = 5，且滿足d2Vo/d1 < 0，說明參考電壓選擇恰當，程序結束；
[0026]若不滿足d2Vo/dI。<0，則Vrrf = Vi;若參考電壓初次調整完畢后，不滿足迭代次數(shù)k=5，則參考電壓不再調整，但迭代次數(shù)k+Ι，程序結束。
【主權項】
1.直流-直流變換器與SPE電解槽的耦合裝置，其特征在于:包括DC/DC變換器，將光伏組件的輸出直流電壓連接到DC/DC變換器的輸入端，經(jīng)過DC/DC變換器進行斬波調制，將電壓調制為SPE電解槽的工作電壓。2.根據(jù)權利要求1所述的直流-直流變換器與SPE電解槽的耦合裝置的耦合方法，其特征在于，包括以下過程: 運算初始，根據(jù)測得的DC/DC變換器的輸入電壓V1、輸入電流I 1、輸出電壓V。、輸出電流I。，計算^、(^、(^。、虹。；引入迭代次數(shù)k來計算外界條件變化后產生的系統(tǒng)誤差； 若滿足dVi = 0并且dli = 0，則參考電壓Vref =輸入電壓Vi，迭代次數(shù)k=l，程序結束； 若不滿足肌=0并且dlFO，且迭代次數(shù)k=l，則將Vref降至0.6V,，從而假設一個新的最佳工作點從使電解池工作在安全區(qū)間，程序結束； 若k在1，則需要調整參考電壓值，若滿足條件dli/dVp-1i/Vi，則參考電壓Vref =輸入電壓Vi，若dl i/dVi >-1 i/Vi，說明參考電壓偏小，則Vref = Vi+Inc，若dl i/dVi < -1 i/Vi，說明參考電壓偏大，則Vrrf = V1-1nC，對參考電壓初次調整完畢后，若迭代次數(shù)k = 5，且滿足d^/dl。< 0，說明參考電壓選擇恰當，程序結束； 若不滿足d2Vo/dI。< 0，則Vref = Vi;若參考電壓初次調整完畢后，不滿足迭代次數(shù)k = 5，則參考電壓不再調整，但迭代次數(shù)k+1，程序結束。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種能源裝置，具體為直流-直流變換器與SPE電解槽的耦合裝置及其耦合方法，包括DC/DC變換器，將光伏組件的輸出直流電壓連接到DC/DC變換器的輸入端，經(jīng)過DC/DC變換器進行斬波調制，將電壓調制為SPE電解槽的工作電壓，使電解槽工作于安全工作點，從而提高電解槽的制氫效率。該方法和裝置降低了設備成本；簡化了系統(tǒng)結構，降低了故障率；DC/DC變換器可以找到最佳占空比(ρ)，使光伏組件工作于最大功率工作點，并保證電解槽工作于安全工作點上。
【IPC分類】C25B1/04, H02S40/30, H02M3/00, C25B9/04
【公開號】CN105463498
【申請?zhí)枴緾N201610049009
【發(fā)明人】徐立軍, 徐蕾, 代元軍, 段友蓮, 董曉紅, 楊峰, 汪繼偉, 侯曉靜
【申請人】新疆工程學院
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2016年1月25日