一种聚光光解水制氢耦合光伏光热发电的光能利用装置

本发明涉及新能源，具体涉及为一种聚光光解水制氢耦合光伏光热发电的光能利用装置。

背景技术：

1、随着世界经济的发展、人口的激增、社会的进步，人们对能源的需求量也大幅地提高，对可再生清洁能源的探索从未停止，太阳能作为可再生能源一直受到能源产业的青睐，而氢能源由于燃烧不产生有害气体同样是未来清洁能源的支柱，如何低成本地实现太阳能收集和氢能源制备已经是当下迫在眉睫的问题；氢能作为一种高能量密度、清洁高效能源，在解决能源危机、全球变暖及环境污染等方面发挥重要作用；目前国际制氢工业九成以上使用煤炭和天然气制氢，此类制氢技术相较成熟在我国也广泛使用，但设备工况必须在1000℃和14个标准大气压以上，生产1千克氢气伴随18-20千克的二氧化碳，对环境污染极大；相比之下，甲烷热解产生的蓝氢在排放上能减少90％二氧化碳，但工况温度要求高、成本高昂、烟尘易导致催化剂失活的难题还待探索；而利用风电、水电、太阳能等可再生清洁能源制备出的绿氢有完全无污染零排放的特性，发展氢能本身就是为了能源“去碳化”，几乎能实现零碳排放的绿氢是发展氢能的初衷，也是未来发展的必然趋势；在太阳能光伏领域，菲涅尔透镜主要作为聚光光伏系统中的聚光部件，将光线从相对较大的区域面积转换成相对小的面积上；廉价的菲涅尔透镜一般由透明塑料压铸或模塑而成，其尺寸可以在做得比玻璃大的同时更轻、更经济，因此，大型的菲涅尔透镜也被广泛用在太阳灶聚集阳光或是太阳能热水器上；

2、在中国专利申请文件cn106542498a中公开了“一种光解水装置及其制备方法”，该系统仅使用氧化铁纳米棒阵列来作为催化剂促进光解水反应，但是对光线的利用率不高，设备的总体制氢效率不高，并且产出的氢气和氧气混合，需要额外的氢气分离纯化流程；

3、中国专利申请文件cn116239078a公开了“一种光解水制氢装置及方法”，使用多个聚光器来达到聚光的目的，但是聚集的光线方向不统一，需要更完善的设计使得太阳能的利用效率提高；

4、中国专利申请文件cn114956004a公开了“一种利用光合作用生产出氧气的制氧机”，使用氧化钴纳米颗粒来催化电解液发生反应，但是反应过后的电解液无法重复利用，会变为废水污染环境，加大处理成本；上述几个装置虽然都能达到光能利用的效果，但是在使用过程中不能全面利用到太阳光中的热能和光能，且氢气和氧气在产生过程中存在着爆炸的情况，导致设备的使用过程中存在着一定的安全隐患。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种聚光光解水制氢耦合光伏光热发电的光能利用装置，解决现有技术中光能利用装置，无法全面利用太阳光中的热能和光能，且在使用过程中不会出现氢气和氧气混合引发爆炸的危险，提高光能利用设备使用过程中安全性能的技术问题。

2、为达到上述技术目的，本发明采取了以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种聚光光解水制氢耦合光伏光热发电的光能利用装置，包括：

4、聚光发电系统，所述聚光发电系统包括聚光器和分光装置；所述聚光器内部安装有所述分光装置，所述分光装置用于将波长大于预设波长的光线与波长小于预设波长的光线分散；

5、太阳能电池板，所述太阳能电池板安装于所述聚光器末端并用于接收波长大于预设波长的光线，所述太阳能电池板的一端连接有热电组件，所述热电组件与电能储存装置电连接；以及，

6、光解水制氢系统，所述光解水制氢系统安装于所述聚光器外部并用于接收波长小于预设波长的光线，所述光解水制氢系统的一端连接有氢气储存装置。

7、在一些实施例中，所述聚光器为四棱台框体，所述四棱台框体上端嵌入有螺纹透镜，所述螺纹透镜朝向太阳光直射光线，所述四棱台框体底部设置有凹透镜，所述凹透镜朝所述分光装置方向布置；所述四棱台框体外壳上还连接有用于对所述螺纹透镜喷淋的喷淋器。

8、在一些实施例中，所述预设波长的波长为600nm；所述分光装置包括第一三棱镜、第二三棱镜和平面镜；所述第一三棱镜、所述第二三棱镜和所述平面镜从上至下布置于所述聚光器内部，且位于所述凹透镜下方，所述第一三棱镜和所述第二三棱镜用于对光线折射，所述平面镜用于将波长小于600nm的光照射至所述光解水制氢系统中，所述平面镜用于将波长大于600nm的光照射至所述太阳能电池板上。

9、在一些实施例中，所述聚光发电系统还包括追光器，所述追光器安装于所述聚光器上，且所述追光器包括若干光敏模块。

10、在一些实施例中，所述聚光发电系统还包括盘体，所述盘体上设置有可旋转的转动盘，所述转动盘上固定有两个支架，两个所述支架之间转动连接有转动杆，所述转动杆上固定有所述聚光器。

11、在一些实施例中，所述热电组件为多级二极管串联并夹于两片金属片中部，两片所述金属片形成一热端金属板和冷端金属板，所述热端金属板与所述太阳能电池板接触，所述冷端金属板与冷却水管接触，所述冷却水管的一端与给水装置连接。

12、在一些实施例中，所述光解水制氢系统包括光解池、电极组件和连接管道；所述光解池为带有质子交换膜的二腔隔膜槽，所述二腔隔膜槽为透明玻璃壳，内部填充有酸性溶液，所述电极组件和连接管道；所述电极组件包括阴极电极、阳极电极和聚三苯胺电极，所述电极组件包括阴极电极、所述阳极电极和所述聚三苯胺电极均布置于充满酸性溶液的光解池内，所述连接管道包括氢气管道、氧气管道和给水管道；所述氢气管道、所述氧气管道和所述给水管道均延伸至所述光解池内，所述光解池内还设置有检测端，所述检测端包括电导率传感器和温度传感器，所述电导率传感器用于检测所述酸性溶液浓度，所述温度传感器用于检测所述酸性溶液温度。

13、在一些实施例中，所述给水装置包括水箱和水泵，所述水泵的抽水端与所述水箱连通，所述水泵的排水端与所述冷却水管和所述光解水制氢系统连通。

14、在一些实施例中，所述氢气储存装置包括储存罐、压缩机和干燥器；所述光解池与所述干燥器连接，所述干燥器与所述压缩机连接，所述压缩机与所述储存罐连接。

15、在一些实施例中，所述电能储存装置包括磷酸铁锂电池和逆变器；所述太阳能电池板和所述热电组件与所述磷酸铁锂电池电连接，所述磷酸铁锂电池与所述逆变器电连接。

16、与现有技术相比，本发明提供的一种聚光光解水制氢耦合光伏光热发电的光能利用装置，本装置利用追光器，能够追踪光线，并调整聚光器的朝向，通过聚光器中的分光装置对波长大于预设波长的光线进行分光，其中波长大于预设波长的光线被太阳能电池板吸收，并通过太阳能电池板与热电组件的配合，将太阳能转化为电能，波长小于预设波长的光线被光解水制氢系统吸收，并制造成氢气后被氢气储存装置进行储存。

技术特征：

1.一种聚光光解水制氢耦合光伏光热发电的光能利用装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种聚光光解水制氢耦合光伏光热发电的光能利用装置，其特征在于：所述聚光器为四棱台框体，所述四棱台框体上端嵌入有螺纹透镜，所述螺纹透镜朝向太阳光直射光线，所述四棱台框体底部设置有凹透镜，所述凹透镜朝所述分光装置方向布置；所述四棱台框体外壳上还连接有用于对所述螺纹透镜喷淋的喷淋器。

3.根据权利要求2所述的一种聚光光解水制氢耦合光伏光热发电的光能利用装置，其特征在于：所述预设波长的波长为600nm；所述分光装置包括第一三棱镜、第二三棱镜和平面镜；所述第一三棱镜、所述第二三棱镜和所述平面镜从上至下布置于所述聚光器内部，且位于所述凹透镜下方，所述第一三棱镜和所述第二三棱镜用于对光线折射，所述平面镜用于将波长小于600nm的光照射至所述光解水制氢系统中，所述平面镜用于将波长大于600nm的光照射至所述太阳能电池板上。

4.根据权利要求1所述的一种聚光光解水制氢耦合光伏光热发电的光能利用装置，其特征在于：所述聚光发电系统还包括追光器，所述追光器安装于所述聚光器上，且所述追光器包括若干光敏模块。

5.根据权利要求1所述的一种聚光光解水制氢耦合光伏光热发电的光能利用装置，其特征在于：所述聚光发电系统还包括盘体，所述盘体上设置有可旋转的转动盘，所述转动盘上固定有两个支架，两个所述支架之间转动连接有转动杆，所述转动杆上固定有所述聚光器。

6.根据权利要求1所述的一种聚光光解水制氢耦合光伏光热发电的光能利用装置，其特征在于：所述热电组件为多级二极管串联并夹于两片金属片中部，两片所述金属片形成一热端金属板和冷端金属板，所述热端金属板与所述太阳能电池板接触，所述冷端金属板与冷却水管接触，所述冷却水管的一端与给水装置连接。

7.根据权利要求1所述的一种聚光光解水制氢耦合光伏光热发电的光能利用装置，其特征在于：所述光解水制氢系统包括光解池、电极组件和连接管道；所述光解池为带有质子交换膜的二腔隔膜槽，所述二腔隔膜槽为透明玻璃壳，内部填充有酸性溶液，所述电极组件和连接管道；所述电极组件包括阴极电极、阳极电极和聚三苯胺电极，所述电极组件包括阴极电极、所述阳极电极和所述聚三苯胺电极均布置于充满酸性溶液的光解池内，所述连接管道包括氢气管道、氧气管道和给水管道；所述氢气管道、所述氧气管道和所述给水管道均延伸至所述光解池内，所述光解池内还设置有检测端，所述检测端包括电导率传感器和温度传感器，所述电导率传感器用于检测所述酸性溶液浓度，所述温度传感器用于检测所述酸性溶液温度。

8.根据权利要求6所述的一种聚光光解水制氢耦合光伏光热发电的光能利用装置，其特征在于：所述给水装置包括水箱和水泵，所述水泵的抽水端与所述水箱连通，所述水泵的排水端与所述冷却水管和所述光解水制氢系统连通。

9.根据权利要求7所述的一种聚光光解水制氢耦合光伏光热发电的光能利用装置，其特征在于：所述氢气储存装置包括储存罐、压缩机和干燥器；所述光解池与所述干燥器连接，所述干燥器与所述压缩机连接，所述压缩机与所述储存罐连接。

10.根据权利要求6所述的一种聚光光解水制氢耦合光伏光热发电的光能利用装置，其特征在于：所述电能储存装置包括磷酸铁锂电池和逆变器；所述太阳能电池板和所述热电组件与所述磷酸铁锂电池电连接，所述磷酸铁锂电池与所述逆变器电连接。

技术总结本发明公开一种聚光光解水制氢耦合光伏光热发电的光能利用装置，包括聚光发电系统、太阳能电池板和光解水制氢系统，所述聚光发电系统包括聚光器和分光装置；所述聚光器内部安装有所述分光装置，所述分光装置用于将波长大于预设波长的光线与波长小于预设波长的光线分散；所述太阳能电池板安装于所述聚光器末端并用于接收波长大于预设波长的光线，所述太阳能电池板的一端连接有热电组件，所述热电组件与电能储存装置电连接。本发明达到的有益效果是：解决现有技术中光能利用装置，无法全面利用太阳光中的热能和光能，且在使用过程中不会出现氢气和氧气混合引发爆炸的危险，提高光能利用设备使用过程中安全性能的技术问题。技术研发人员：吕松,郭永涵,黄泽楷,黄悦翔,欧阳宏博,徐俊扬,林建欣,杨一帆受保护的技术使用者：武汉理工大学技术研发日：技术公布日：2024/8/5