光伏電解制氫實驗平臺

光伏電解制氫實驗平臺是集光伏發電、電解水制氫、燃料電池發電及電子負載于一體的綜合性實驗系統，旨在通過模擬“太陽能-電能-氫能-電能"的能量閉環轉換過程，為可再生能源制氫技術的科研探索與教學實踐提供支撐。平臺具備模塊化設計與智能化控制特性，可實現多子系統獨立運行或協同工作，滿足不同場景下的實驗需求，助力綠氫技術研發與人才培養。

核心組成

1．光伏發電系統：含多晶硅光伏板、MPPT控制器、鉛酸電池組及太陽光照模擬器，將太陽能/模擬太陽光能轉換為電能。

2．電解水制氫系統：采用不銹鋼電解分離池，利用電能分解純水制取氫氣，經干燥過濾后進入燃料電池。

3．燃料電池系統：質子交換膜燃料電池，將氫氣與氧氣反應生成電能，風冷散熱。

4．電子負載系統：模擬實際用電負載，消耗燃料電池電能。

5．并網系統：MPPT控制器、鉛酸電池、逆變器，并入電網。

核心目標

1．研究光伏-電解-燃料電池全鏈條集成運行特性。

2．優化各環節能量轉換效率，降低制氫成本。

一、主要指標：

（一）系統構成

1. 光伏發電系統

組件：

光伏板：2塊多晶硅光伏板，功率0.5~1kW，DC48V輸出。

MTTP控制器：MPPT太陽能控制器，60A。

蓄電池組：DC48V鉛酸電池，儲存多余電能。

太陽光照模擬器：四只氙燈，供電AC220V，功率4kW，光譜范圍280-1000nm，照度均勻值±5%，模擬太陽光強200-1500W/m2。

功能：將光能轉換為直流電，支持直接供電或儲能，適配電解水制氫系統電壓需求。

2. 電解水制氫系統

組件：

電解分離池：不銹鋼材質，功率0.5kW，工作電壓AC220V/50Hz。

儲液罐：不銹鋼材質，儲存純凈水（水源為純凈水）。

干燥凈化裝置：有機玻璃管、硅膠，去除氫氣中水蒸氣與雜質。

性能：氫氣流量1L/min，工作溫度0℃~65℃，氫氣純度≥99.99%（干燥凈化后）。

3. 燃料電池系統

組件：

電堆：額定功率500W，峰值550W，輸出DC48V/25A，氟磺酸型質子交換膜，金屬雙極板。

冷卻系統：風冷，工作溫度-10℃~40℃。

功能：氫氣與氧氣電化學反應生成電能，效率40%-60%，產物僅為水。

4. 電子負載系統

參數：額定功率0-500W，電壓0-120V，電流0-120A，分辨率10mw，支持恒流、恒壓、恒阻、恒功率模式。

作用：模擬不同負載工況，測試燃料電池輸出特性

5、并網系統

MPPT控制器：60A

鉛酸電池組

逆變器：功率1~2kW，效率≥98%

作用：把燃料電池發出的電，整合后儲存入鉛酸電池組，通過逆變器來并入室內電網

（二）技術參數

（三）設計原理

1．能量轉換流程

①　光伏發電：太陽光照模擬器/自然光照射光伏板，通過光電效應生成直流電，MPPT控制器優化輸出并儲存于蓄電池。

②　電解制氫：直流電輸入電解分離池，水分子分解為H?和O?，氫氣經干燥凈化后進入燃料電池。

③　燃料電池發電：氫氣與空氣中氧氣在電堆中反應，質子交換膜傳導質子，生成電能供給電子負載，副產物為水。

2．系統匹配設計

①　光伏功率（0.5~1kW）略大于電解制氫功率（0.5kW），確保充足電力供應；燃料電池功率（500W）與電子負載（600W）匹配，實現氫能高效利用。

②　DC48V低壓系統設計，保障安全并兼容各設備接口。

3．安全設計

①　氫氣泄漏檢測：關鍵節點（電解池、緩沖罐）安裝傳感器，聯動報警與斷電保護。

②　防爆措施：氫氣區域采用防爆電器，緩沖罐設安全閥，實驗環境強制通風。

③　電氣保護：逆控一體機過壓/過流保護，電子負載多重保護（OVP/OCP/OPP/OTP）。