一种基于MPPT恒功率控制的小型光能电解制氢系统

本发明属于可再生能源制氢，特别是涉及一种基于mppt恒功率控制的小型光能电解制氢系统。

背景技术：

1、近年来，全球能源结构转型进程加快，氢能作为零碳排放的二次能源受到广泛关注。利用光伏发电驱动电解水制氢，是实现绿氢制备的重要途径之一。在小型光能电解制氢系统中，光伏输出功率受光照强度、环境温度等自然条件影响，具有显著的间歇性和波动性。质子交换膜（pem）电解槽对输入功率的稳定性要求较高，频繁的功率波动会导致电极腐蚀加剧、产氢纯度下降以及膜电极寿命缩短。

2、现有技术中，光伏与电解槽的耦合方式主要分为直接耦合和间接耦合两类。直接耦合结构简单，但光伏输出特性与电解槽负载特性难以动态匹配，系统效率受光照变化影响较大；间接耦合通过储能或电网调节实现功率平抑，但增加了系统复杂度和成本。此外，现有小型制氢系统在功率控制策略方面较为粗放，缺乏对电解槽恒功率运行的精细化控制手段，导致系统整体能效偏低、运行稳定性不足。

3、综上所述，提出一种基于mppt恒功率控制的小型光能电解制氢系统。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在提出一种基于mppt恒功率控制的小型光能电解制氢系统，以解决现有小型光能电解制氢系统中，光伏输出功率波动导致电解槽运行不稳定、电极寿命缩短、系统整体效率偏低的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，提供一种基于mppt恒功率控制的小型光能电解制氢系统，包括：

3、mppt变换器，调节光伏阵列始终工作在最大功率点附近，并将输出电压提升至直流母线所需电压等级；

4、储能电池，通过双向dc-dc变换器接入直流母线，进行功率缓冲；

5、恒功率控制模块，设置于直流母线与pem电解槽之间，保持pem电解槽输入功率恒定。

6、更进一步的，所述mppt变换器采用电导增量法，实时跟踪光伏阵列最大功率点，通过boost电路调节占空比，进而调节光伏阵列始终工作在最大功率点附近。

7、更进一步的，所述储能电池，当光伏输出功率大于电解槽额定功率时，多余电能经双向变换器向储能电池充电；当光伏输出功率不足或光照中断时，储能电池放电补充功率缺额，维持电解槽恒功率运行。

8、更进一步的，所述恒功率控制模块采用buck降压电路，以恒功率外环和电流内环构成双闭环控制结构。

9、更进一步的，所述外环根据电解槽额定功率设定值与实际功率反馈进行比较，经pi调节器输出电流参考值。

10、更进一步的，所述内环以电流参考值与实际电流反馈进行比较，调节buck电路占空比，使电解槽输入功率保持恒定。

11、更进一步的，所述pem电解槽接收恒功率控制模块输出的稳定直流电，在膜电极两侧分别发生阳极析氧反应和阴极析氢反应。

12、更进一步的，还包括氢气检测单元，对产氢端氢气浓度进行实时监测。

13、更进一步的，所述氢气检测单元包括mq8氢气传感器、stm32单片机和oled显示屏。

14、有益效果：

15、1.本发明采用mppt电导增量法与恒功率双闭环控制相结合的策略，在光伏侧实现最大能量捕获，在负载侧实现恒功率稳定输出，兼顾了能量利用效率与电解槽运行稳定性。

16、2.本发明引入储能电池及双向dc-dc变换器作为功率缓冲环节，通过充放电自适应调节，有效平抑光照波动对电解槽的影响，扩展了系统的稳定运行范围。

17、3.本发明采用模块化设计，光伏阵列、变换器、储能单元、电解槽及检测单元相对独立，便于根据实际应用场景进行参数调整和功能扩展，适合教学实验及分布式小型制氢应用。

1.一种基于mppt恒功率控制的小型光能电解制氢系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于mppt恒功率控制的小型光能电解制氢系统，其特征在于：所述mppt变换器采用电导增量法，实时跟踪光伏阵列最大功率点，通过boost电路调节占空比，进而调节光伏阵列始终工作在最大功率点附近。

3.根据权利要求1所述的一种基于mppt恒功率控制的小型光能电解制氢系统，其特征在于：所述储能电池，当光伏输出功率大于电解槽额定功率时，多余电能经双向变换器向储能电池充电；当光伏输出功率不足或光照中断时，储能电池放电补充功率缺额，维持电解槽恒功率运行。

4.根据权利要求1所述的一种基于mppt恒功率控制的小型光能电解制氢系统，其特征在于：所述恒功率控制模块采用buck降压电路，以恒功率外环和电流内环构成双闭环控制结构。

5.根据权利要求4所述的一种基于mppt恒功率控制的小型光能电解制氢系统，其特征在于：所述外环根据电解槽额定功率设定值与实际功率反馈进行比较，经pi调节器输出电流参考值。

6.根据权利要求5所述的一种基于mppt恒功率控制的小型光能电解制氢系统，其特征在于：所述内环以电流参考值与实际电流反馈进行比较，调节buck电路占空比，使电解槽输入功率保持恒定。

7.根据权利要求1所述的一种基于mppt恒功率控制的小型光能电解制氢系统，其特征在于：所述pem电解槽接收恒功率控制模块输出的稳定直流电，在膜电极两侧分别发生阳极析氧反应和阴极析氢反应。

8.根据权利要求1所述的一种基于mppt恒功率控制的小型光能电解制氢系统，其特征在于：还包括氢气检测单元，对产氢端氢气浓度进行实时监测。

9.根据权利要求8所述的一种基于mppt恒功率控制的小型光能电解制氢系统，其特征在于：所述氢气检测单元包括mq8氢气传感器、stm32单片机和oled显示屏。