光伏电解制氢实验平台

光伏电解制氢实验平台是集光伏发电、电解水制氢、燃料电池发电及电子负载于一体的综合性实验系统，旨在通过模拟“太阳能-电能-氢能-电能"的能量闭环转换过程，为可再生能源制氢技术的科研探索与教学实践提供支撑。平台具备模块化设计与智能化控制特性，可实现多子系统独立运行或协同工作，满足不同场景下的实验需求，助力绿氢技术研发与人才培养。

核心组成

1．光伏发电系统：含多晶硅光伏板、MPPT控制器、铅酸电池组及太阳光照模拟器，将太阳能/模拟太阳光能转换为电能。

2．电解水制氢系统：采用不锈钢电解分离池，利用电能分解纯水制取氢气，经干燥过滤后进入燃料电池。

3．燃料电池系统：质子交换膜燃料电池，将氢气与氧气反应生成电能，风冷散热。

4．电子负载系统：模拟实际用电负载，消耗燃料电池电能。

5．并网系统：MPPT控制器、铅酸电池、逆变器，并入电网。

核心目标

1．研究光伏-电解-燃料电池全链条集成运行特性。

2．优化各环节能量转换效率，降低制氢成本。

一、主要指标：

（一）系统构成

1. 光伏发电系统

组件：

光伏板：2块多晶硅光伏板，功率0.5~1kW，DC48V输出。

MTTP控制器：MPPT太阳能控制器，60A。

蓄电池组：DC48V铅酸电池，储存多余电能。

太阳光照模拟器：四只氙灯，供电AC220V，功率4kW，光谱范围280-1000nm，照度均匀值±5%，模拟太阳光强200-1500W/m²。

功能：将光能转换为直流电，支持直接供电或储能，适配电解水制氢系统电压需求。

2. 电解水制氢系统

组件：

电解分离池：不锈钢材质，功率0.5kW，工作电压AC220V/50Hz。

储液罐：不锈钢材质，储存纯净水（水源为纯净水）。

干燥净化装置：有机玻璃管、硅胶，去除氢气中水蒸气与杂质。

性能：氢气流量1L/min，工作温度0℃~65℃，氢气纯度≥99.99%（干燥净化后）。

3. 燃料电池系统

组件：

电堆：额定功率500W，峰值550W，输出DC48V/25A，氟磺酸型质子交换膜，金属双极板。

冷却系统：风冷，工作温度-10℃~40℃。

功能：氢气与氧气电化学反应生成电能，效率40%-60%，产物仅为水。

4. 电子负载系统

参数：额定功率0-500W，电压0-120V，电流0-120A，分辨率10mw，支持恒流、恒压、恒阻、恒功率模式。

作用：模拟不同负载工况，测试燃料电池输出特性

5、并网系统

MPPT控制器：60A

铅酸电池组

逆变器：功率1~2kW，效率≥98%

作用：把燃料电池发出的电，整合后储存入铅酸电池组，通过逆变器来并入室内电网

（二）技术参数

（三）设计原理

1．能量转换流程

①　光伏发电：太阳光照模拟器/自然光照射光伏板，通过光电效应生成直流电，MPPT控制器优化输出并储存于蓄电池。

②　电解制氢：直流电输入电解分离池，水分子分解为H₂和O₂，氢气经干燥净化后进入燃料电池。

③　燃料电池发电：氢气与空气中氧气在电堆中反应，质子交换膜传导质子，生成电能供给电子负载，副产物为水。

2．系统匹配设计

①　光伏功率（0.5~1kW）略大于电解制氢功率（0.5kW），确保充足电力供应；燃料电池功率（500W）与电子负载（600W）匹配，实现氢能高效利用。

②　DC48V低压系统设计，保障安全并兼容各设备接口。

3．安全设计

①　氢气泄漏检测：关键节点（电解池、缓冲罐）安装传感器，联动报警与断电保护。

②　防爆措施：氢气区域采用防爆电器，缓冲罐设安全阀，实验环境强制通风。

③　电气保护：逆控一体机过压/过流保护，电子负载多重保护（OVP/OCP/OPP/OTP）。