一种利用太阳能的电解雨水制氢系统的制作方法

本申请属于电解水制氢，具体涉及一种利用太阳能的电解雨水制氢系统。

背景技术：

1、随着氢能无人机长续航优势逐步凸显，离网场景下的自主补能成为产业落地的核心刚需，现有方案多采用“光伏供电+电解制氢+储氢加氢”的基础架构：如龙净环保cn223176223u公开的碱性电解制氢系统，通过设置碱液换热器提升电解效率；另有光伏飞艇搭载雨水收集与制氢装置的方案，可实现空中平台的氢能补给。但上述现有方案均未针对南方亚热带气候特征优化，存在三方面显著缺陷：

2、第一，光伏发热导致的发电量损失未被重视，也未得到资源化利用。晶硅光伏组件的光电转换效率仅22%左右，78%以上的入射光能会转化为热能，导致组件工作温度较环境温度高出20-40℃。在标准测试条件（25℃，1000w/m²，am1.5）下，晶硅组件功率温度系数为-0.3%～-0.45%/℃，即温度每升高1℃，输出功率下降0.3%～0.45%。南方夏季正午太阳辐射强，组件背板温度可达70℃以上，较25℃基准发电量下降18%以上；若遇鸟粪、落叶等局部遮挡，还会引发热斑效应，导致局部温度突破100℃，功率衰减可达50%以上。上述现有方案均仅将光伏作为供电单元，未设置热管理结构，既浪费了光伏发电潜力，又加速了组件老化，缩短了使用寿命。

3、第二，碱性电解槽的制氢效率受水温影响显著，现有方案的预热能耗过高。离网小标方制氢多采用碱性电解槽（alk），其电解效率与水温强相关：当碱液温度为20℃时，槽电压可达1.95v，单位氢气电耗约4.8kwh/nm³；当温度提升至80℃的高效工作区时，槽电压降至1.7v，单位电耗降至4.1kwh/nm³，能效提升14.6%。同时alk冷启动阶段需要将碱液从环境温度加热至65℃以上，单次预热需消耗1～1.5kwh电能，相当于2kwp小型光伏系统半日的发电量。龙净环保的方案虽设置了碱液换热器，但热源为泛指的外部热源，未揭示光伏废热的回收利用路径，系统整体能效偏低。

4、第三，现有方案未适配南方气候特征，雨水资源未被有效利用，场景适配性差。南方亚热带地区年降雨量达800～2000mm，雨水本底硬度仅为20～60mg/l（以caco3计），远低于北方地区的水源硬度，是优质的制氢原料水，但现有方案多采用市政供水或ro制备纯水作为水源，既增加了运输与制备成本，又未利用丰富的雨水资源。台风季短时强降雨携带大量气溶胶、屋面沉积物，需要针对性设置首场雨弃流结构。

5、综上，现有氢能无人机补能方案未协同解决光伏发热降效、alk冷启动能耗高、南方雨水资源未利用三大核心问题，亟需一种适配南方亚热带气候、低碳高效的离网补能装置。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种利用太阳能的电解雨水制氢系统，利用所搜集的雨水为光伏板降温，提高光伏板的发电效率，升温后的雨水作为电解制氢的原料，缩短电解池升温时间，降低能耗，如此，解决背景技术中提及的问题。为实现这一目的，具体的技术方案如下：

2、一种利用太阳能的电解雨水制氢系统，包括：

3、设置在高位且斜立的光伏板，用于产生电能，与储能组件电性连接，其用于储存光伏板所产生的电能，

4、设置在光伏板斜面低位处下方的集雨槽，用于收集经光伏板导流落下的雨水，

5、集雨槽底部连通排水口，用于排出下雨初期光伏板流下的污染水，集雨槽底部还连通有过滤器，用于对干净雨水进行过滤净化，集雨槽通过开关阀切换与排水口、过滤器之间的通断，

6、过滤净化后的雨水经管道进入储水箱，储水箱通过管道与设置在光伏板上的换热组件连通，储水箱内的干净雨水经液泵泵送进入换热组件，带走光伏板热量，提高水温，而后回流至储水箱，形成循环，所述液泵由储能组件供电，

7、储水箱还与电解制氢组件连通，雨水经液泵泵送进入电解制氢组件，电解制氢组件所产生的氢气经气体加压组件泵送至高压储气罐储存，所述电解制氢组件、气体加压组件由储能组件供电。

8、进一步地，所述储水箱由配置有泄压阀的主储水箱和副储水箱组成，二者之间连通，且主储水箱容积大于副储水箱容积，主储水箱内的干净雨水经液泵泵送进入换热组件，带走光伏板热量，提高水温，而后进入副储水箱，再经副储水箱回流至主储水箱，形成循环，所述副储水箱还与电解制氢组件连通，雨水经液泵泵送进入电解制氢组件。

9、进一步地，所述主储水箱配置有散热组件，用于降低主储水箱内雨水温度，副储水箱配置有保温组件，用于减缓副储水箱内雨水温度的下降。

10、进一步地，其特征在于，所述电解制氢组件与气体加压组件之间的管道加装缓冲罐。

11、进一步地，所述电解制氢组件与缓冲罐之间、缓冲罐与气体加压组件之间、气体加压组件与高压储气罐之间的管道加装单向阀。

12、进一步地，系统还包括控制组件，相应的，开关阀是电磁开关阀，液泵是定量泵，光伏板、电解制氢组件配置温度传感器，集雨槽、主储水箱、副储水箱配置液位传感器，缓冲罐、高压储气罐配置压力传感器。

13、相较于现有技术，本发明的有益效果是：

14、（1）本申请的储水箱通过管道与设置在光伏板上的换热组件连通，储水箱内的干净雨水经液泵泵送进入换热组件，带走光伏板热量，提高水温，而后回流至储水箱，形成循环。如此，一方面利用低温的雨水带走光伏板的热量，降低光伏板的工作温度，提高其发电效率；另一方面，升温后的雨水作为电解制氢原料时，系统升温时间更短，能耗更低，一定程度上解决了电解制氢冷启动能耗高的问题。

15、（2）本申请的集雨槽底部连通排水口，用于排出下雨初期光伏板流下的污染水，集雨槽底部还连通有过滤器，用于对干净雨水进行过滤净化。如此，提高了进入电解池的雨水质量。

1.一种利用太阳能的电解雨水制氢系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的利用太阳能的电解雨水制氢系统，其特征在于，所述储水箱（7）由配置有泄压阀的主储水箱（701）和副储水箱（702）组成，二者之间连通，且主储水箱（701）容积大于副储水箱（702）容积，主储水箱（701）内的干净雨水经液泵（9）泵送进入换热组件（8），带走光伏板（1）热量，提高水温，而后进入副储水箱（702），再经副储水箱（702）回流至主储水箱（701），形成循环，所述副储水箱（702）还与电解制氢组件（10）连通，雨水经液泵（9）泵送进入电解制氢组件（10）。

3.根据权利要求2所述的利用太阳能的电解雨水制氢系统，其特征在于，所述主储水箱（701）配置有散热组件，用于降低主储水箱（701）内雨水温度，副储水箱（702）配置有保温组件，用于减缓副储水箱（702）内雨水温度的下降。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的利用太阳能的电解雨水制氢系统，其特征在于，所述电解制氢组件（10）与气体加压组件（11）之间的管道加装缓冲罐（13）。

5.根据权利要求4所述的利用太阳能的电解雨水制氢系统，其特征在于，所述电解制氢组件（10）与缓冲罐（13）之间、缓冲罐（13）与气体加压组件（11）之间、气体加压组件（11）与高压储气罐（12）之间的管道加装单向阀。

6.根据权利要求4所述的利用太阳能的电解雨水制氢系统，其特征在于，系统还包括控制组件（14），相应的，开关阀（6）是电磁开关阀，液泵（9）是定量泵，光伏板（1）、电解制氢组件（10）配置温度传感器，集雨槽（3）、主储水箱（701）、副储水箱（702）配置液位传感器，缓冲罐（12）、高压储气罐（12）配置压力传感器。