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申请/专利权人：北京理工大学

摘要：本发明提供一种适用孤岛的太阳能辅助多联产可再生能源系统及方法，该系统由日间工作单元、夜间工作单元和控制器及有关部件组成。系统分为日间和夜间两个工作模式，由控制器通过天气监视器反映的电信号，做出对分流器和各个阀门的自动控制完成切换，实现日间和夜间不间断的淡水、电生产。日间光伏电池发电量由受控于控制器的电能分配器决定电能转化为氢气的比例，储存量监视器则监测氢气的储量由控制器自动反馈改变电能分配比例。海水作为冷却剂为光伏电池和燃料电池散热，达到自身预热完成淡水生产的同时实现余热回收，提高系统效率。其中，光伏电池、海水淡化装置和电解槽固定在燃料电池电堆上形成一体化装置，也可分散化安置，灵活可靠。

主权项：1.一种适用孤岛的太阳能辅助多联产可再生能源系统，其特征在于，包括日间工作单元1、聚光镜2、聚光器支架3、光伏电池4、电池底部管道5、电能分配器6、蓄电池7、逆变器8、电解槽9、电解阳极10、电解阴极11、电解水入口12、电解槽氢气输出口13、电解槽氧气输出口14、连通管道15、连通电路16、氢气纯化器17、氢气储罐18、进气阀19、排气阀20、储存量监视器21、海水储罐22、海水连通阀23、分流器24、夜间工作单元25、燃料电池电堆26、燃料单电池27、双极板28、双极板内部流道29、销钉30、质子交换膜31、燃料电池阳极32、燃料电池阴极33、燃料电池氢气入口34、燃料电池空气入口35、海水淡化装置36、汇流器37、进料侧入口38、进料侧出口39、渗透侧入口40、渗透侧出口41、淡水储罐42、淡水连通阀43、天气监视器44、控制器45，其中：所述日间工作单元1包括聚光镜2、聚光器支架3、光伏电池4、电池底部管道5、电能分配器6、蓄电池7、逆变器8、电解槽9、电解阳极10、电解阴极11、电解水入口12、电解槽氢气输出口13和电解槽氧气输出口14，聚光镜2固定在聚光器支架3上，汇集日间外界的太阳能到光伏电池4上，在光伏电池4上发生光电效应，将收集到的太阳能转化为电能，并由电能分配器6按照比例储存部分电能在蓄电池7中，剩余电能供给到电解槽9，通过电解制氢的方法将剩余电能转化为氢气中的化学能进行储存，光伏电池4发电时未能转化的太阳能以热能的形式存在，由电池底部管道5中流动的常温海水带走，冷却了电池温度，对作为冷却剂的常温海水进行预热；其中，电解槽9发生电解反应时，有常温淡水或升温淡水可供系统选择，温度范围为25℃到60℃，升温淡水由燃料电池反应产水、刚淡化后的吸热淡水中的一种或多种组成；所述连通管道15作为系统内各装置之间海水、淡水和氢气物质传输的管道；所述连通电路16作为系统内各装置之间电能和电信号传递的通道；所述氢气纯化器17用于对电解槽9产物进行纯化处理，过滤制备纯净的氢气，末端通过连通管道15与氢气储罐18相连；所述氢气储罐18包括有进气阀19、排气阀20和储存量监视器21，用来储存电解槽9消耗日间发电生产的氢气，输入氢气时由进气阀19控制，通过连通管道15与电解槽氢气输出口13相连，输出氢气用于夜间发电时开启排气阀20，经由连通管道15将氢气输送到燃料电池氢气入口34；其中，储存量监视器21位于氢气储罐18中，通过连通电路16与控制器45相连，时时向控制器45反馈表示氢气容量的电信号；进气阀19和排气阀20受制于控制器45，根据控制器45反馈的电信号决定阀门开度，即氢气流速；所述海水储罐22包括有海水连通阀23和分流器24，用来储存取之于孤岛四周的常温海水，分流器24受制于控制器45，根据控制器45反馈的电信号决定阀门开度，即分别流向电池底部管道5和双极板内部流道29的常温海水流速；所述夜间工作单元25包括燃料电池电堆26、燃料单电池27、双极板28、双极板内部流道29、销钉30、质子交换膜31、燃料电池阳极32、燃料电池阴极33、燃料电池氢气入口34和燃料电池空气入口35，燃料电池电堆26至少由一个燃料单电池27组成，通过燃料电池氢气入口34接收连通管道15中来自于氢气储罐18供给的氢气，通过燃料电池空气入口35接收来自外界环境的空气；燃料单电池27由双极板28、双极板内部流道29、销钉30、质子交换膜31、燃料电池阳极32和燃料电池阴极33组成，使用日间储存的氢气于夜间发电，不同燃料单电池27之间由销钉30贯穿双极板28进行连接，进而构成整个燃料电池电堆26；其中，双极板内部流道29位于每个燃料单电池27的双极板28中，内部流动的常温海水作为燃料电池冷却剂为夜间工作的燃料电池电堆26散热，并在出口处实现自身的预热，位于入口和出口的两端分别通过连通管道15与海水储罐22和海水淡化装置36的进料侧入口38相连；所述海水淡化装置36包括汇流器37、进料侧入口38、进料侧出口39、渗透侧入口40和渗透侧出口41，海水淡化装置36在日间和夜间持续工作，利用温差产生的热驱动力，将吸收完光伏电池4和燃料电池电堆26余热的升温海水转化为淡水，跨膜渗透到渗透侧；汇流器37位于进料侧入口38前侧，通过连通管道15与电池底部管道5和双极板内部流道29相连，将来自光伏电池4和燃料电池电堆26的热海水汇流入海水淡化装置36；其中，海水淡化装置36与光伏电池4、电解槽9和燃料电池电堆26紧凑安放，形成集成化装置；所述淡水储罐42包括有淡水连通阀43，用来储存和释放生产的淡水；淡水连通阀43受制于控制器45，根据控制器45反馈的电信号决定阀门开度，即渗透侧淡水流速；其中，来自淡水储罐42的淡水在系统内部经过电解槽9电解制氢，氢气在燃料电池的电化学反应再次转化为淡水，实现淡水的内循环；来自海水储罐22的常温海水吸收了光伏电池4的发电余热能和燃料电池电堆26的发电余热能成为升温海水，在海水淡化装置36中利用温差产生的热驱动力，实现淡水的外部产出，与淡水的内循环共同构成系统淡水运作回路；所述天气监视器44用来观测岛屿上的日常天气情况，包括环境温度、环境湿度、光照强度和日落时刻，并将岛屿的天气情况以电信号的形式发送到控制器45中；所述控制器45通过连通电路16接受储存量监视器21和天气监视器44发出的电信号，并自动反馈到分流器24、淡水连通阀43、进气阀19和排气阀20，通过控制阀门开度改变物质流速，实现系统在日间和夜间两种模式下的运作和自动切换，以及光照波动性影响下的反馈操作；除此之外，控制器45通过储存量监视器21显示的氢气储量和天气监视器44探测的天气状况，结合岛屿用户的主观设定，实现日间电能的分配决策，电能分配器6中的分配比例取值范围为0％到100％。

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