太阳能光伏发电制氢
一、光伏发电
图1 太阳能光伏制氢储能-燃料电池发电系统
太阳能光伏发电是通过太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。

光伏发电分为独立光伏发电系统和并网发电光伏系统。

光伏发电系统主要由太阳电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件。

系统工作原理：光照充足时，光伏发电系统独立为负载供电，同时产生的多余电能供给电解槽电解水制氢，并通过压缩机将氢气储存到储氢装置中；当光伏发电系统供电不足时，燃料电池利用储存的氢能补充发电。

二、电解水制氢的原理
电解水制氢技术有碱性电解水电解制氢、固体聚合物电解水制氢（又称离子交换膜技术）、高温固体氧化物电解水制氢。

可用于光伏发电系统的电解水制氢技术主要有：碱性电解水制氢技术和固体聚合物电解水制氢技术。

由于光伏发电的装机规模远小于风力发电系统，其制氢规模相对较小，而且光伏发电的电源也存在一定的波动性，而且每天夜间需要停机，要求与其相匹配的电解制氢装置具有良好的变工况运行及频繁起停运行特性。

因此，太阳能光伏发电系统的电解水制氢技术宜采用固体聚合物电解水制氢技术（离子交换膜技术）。

水电解制氢装置的基本工作原理是利用电能使电解质溶液中的水分解，从而得到所需的氢气，其反应式如下:
阴极：2H2O+2e-→H2+2OH-
阳极：2OH-→1/2O2+ H2O+2e-
总反应: 2H2O→2H2↑+ O2↑。

水电解制氢装置所采用的电解液为KOH 溶液。

电解槽是电解制氢的核心装置，它由若干电解小室组成。

由电解槽所产生的氢气还含有少量的水分等杂质，必须将氢气进行干燥、过滤等处理才能得到满足用户要求的氢气。

制氢装置由框架一( 电解槽、氢分离器、氧分离器、氢洗涤器、循环泵、干燥器、冷却器、汽水分离器、氢过滤器等) 、整流柜、控制柜、配电装置、计算机管理系统、框架二( 氢气分配装置、储氢罐及供氢管) 、框架三( 纯水箱、碱液箱) 组成。

制氢系统流程如图2 所示。

电解制出的氢气经由电解槽—氢分离器—氢洗涤器—气水分离器—氢气干燥器A—氢冷却器—氢气干燥器B—氢过滤器—汇流排—储氢罐—汇流排—发电机，或不经过储氢罐直接由汇流排补充入发电机内，电解所得氧气经由电解槽—氧分离器—大气排空。

图2 制氢系统流程
图3 氢气干燥装置
三、储氢技术
目前常用的氢气存储方式有高压气态、低温液态和固态储氢3 种。

虽然3 种方式各有优缺点，但利用储氢材料与氢气发生物理或化学作用将氢气存储于固体材料中的固态储氢方式比较好，不仅能有效克服气、液两种存储方式的不足，而且储氢体积密度大、安全度高、运输方便、操作容易。

因此，高效的固体储氢材料的制备及吸放氢性能，就成为储氢技术未来的主要发展方向。

计算机控制太阳能光伏水制氢及储能发电系统中，氢气的储存就采用固
体储氢，其组成与工作流程如图3。

图4 氢气储存及工作流程图。