CN218633749U - 光伏发电与光催化制氢集成装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开光伏发电与光催化制氢集成装置，包括工作机构和支撑旋转机构，工作机构整体呈板状，并包括依次层叠设置的光伏板、底衬和光催化制氢组件，底衬的光源槽腔内布设有发光件，光伏板同时连接外部电网和所述发光件；光催化制氢组件包括制氢容器和催化材料盛具，制氢容器设置有制氢腔，并设置有连通制氢腔的集气口和注排液口，催化材料盛具被可拆卸地设置在制氢腔内，催化材料盛具设置有微气孔；支撑旋转机构包括支撑架、旋转轴和旋转元件，旋转轴以能够被所述旋转元件驱动而旋转的方式设置在所述支撑架上，工作机构固定连接旋转轴。该集成装置同时集成了光伏发电和光伏制氢，能够最大化的利用场地光照资源，大大降低了制氢成本。

Description

光伏发电与光催化制氢集成装置

技术领域

本实用新型涉及光能利用技术领域，尤其涉及一种光伏发电与光催化制氢集成装置。

背景技术

目前，在光能利用技术领域，以光伏发电为主，是一项较为成熟的技术，光伏制氢是一种较为新兴的光能利用技术，主要是通过光伏电解水来实现，其通过电网或电源接入专用的电解槽，基础设施投入成本较大，成网建设周期较长，而同时集成光伏发电和光伏催化制氢的技术手段较为缺乏，主要原因之一在于，基于地域环境因素、季节光照因素等的考量，光伏发电稳定性差，生产和消纳的时空匹配性较差，尤其在非高效工况下，经济优势不明显。

如何通过一套设备在光伏发电和光伏制氢之间寻找到最佳的平衡点，使光伏设备资源的利用达到最大效率，是目前亟待解决的技术之一。

实用新型内容

本实用新型的一个优势在于提供一种光伏发电与光催化制氢集成装置，同时集成了光伏板、带发光件的底衬以及可盛放光伏催化材料的制氢容器，其中可以在高效发电情况下或者有发电需求时，通过光伏板进行高效发电，也可以在贫光情况下或者有制氢需求时，通过发光件和自然光协同进行制氢，两种工况通过旋转元件和旋转轴的带动实现灵活切换，能够基于现有光伏设备最大化的利用场地光照资源，大大降低了制氢成本，加快了氢能普及和绿氢替代。

本实用新型的一个优势在于提供一种光伏发电与光催化制氢集成装置，其中工作机构仅在初始倾斜角度和预定倾斜角度两种工况之间进行切换，一旦基于实际工作环境，比如地区维度，确定了初始倾斜角度，即最佳光照角，便可以确定该集成装置的发电倾角和制氢倾角，使得该集成装置的设计更加简单，易于快速布置，同时易于后期的维护和改良，整体成本相对更低。

本实用新型的一个优势在于提供一种光伏发电与光催化制氢集成装置，其中工作机构的一端设置有配重结构，结合限位件的限位作用，当旋转元件通过旋转轴带动工作机构旋转越过平衡点后，能够在配重结构和限位件的协同工作作用下使工作机构保持在最佳倾斜角度位置，不再是仅仅依赖旋转元件的控制作用，能够确保该集成装置长期持续工作的稳定性，同时延长旋转元件的使用寿命。

为达到本实用新型以上至少一个优势，本实用新型提供一种光伏发电与光催化制氢集成装置，所述集成装置包括工作机构，其中所述工作机构整体呈板状，并包括依次层叠设置的光伏板、底衬和光催化制氢组件；

其中，所述底衬在远离所述光伏板的一侧设置有光源槽腔，所述底衬于所述光源槽腔内布设有发光件，所述光伏板同时连接外部电网、所述发光件和一光伏电池转换开关；

其中，所述光催化制氢组件包括制氢容器和催化材料盛具，其中所述制氢容器设置有适于容纳所述催化材料盛具的制氢腔，并在远离所述底衬的一侧设置有连通所述制氢腔的集气口和注排液口，其中所述催化材料盛具被可拆卸地设置在所述制氢腔内，所述催化材料盛具相对的顶面和底面均匀设置有微气孔；

所述集成装置还包括支撑旋转机构，其中所述支撑旋转机构包括支撑架、旋转轴和旋转元件，其中所述旋转轴以能够被所述旋转元件驱动而旋转的方式设置在所述支撑架上，所述工作机构于靠近中部的位置固定连接所述旋转轴，以能够被所述旋转轴带动而同步旋转。

根据本实用新型一实施例，所述制氢容器和所述底衬之间，以及所述底衬和所述光伏板之间均通过毛勾尼龙粘带连接，所述旋转轴连接所述工作机构的部分呈扁平状，所述旋转轴的两端呈圆柱状。

根据本实用新型一实施例，所述工作机构通过所述旋转轴在所述支撑架上保持有一初始倾斜角度，所述初始倾斜角度是指相对于水平面的倾斜角度，所述工作机构以能够在所述初始倾斜角度和一预定倾斜角度两种工况之间旋转切换的方式设置在所述支撑架上，其中所述预定倾斜角度与所述初始倾斜角度之间的夹角为180°。

根据本实用新型一实施例，所述旋转元件被实施为远程驱动伺服电机，所述远程驱动伺服电机内设置有远程遥控转换开关。

根据本实用新型一实施例，所述工作机构于旋转方向的一端设置有配重结构，使得所述工作机构具有附带所述配重结构的第一端和不附带所述配重结构的第二端；

所述支撑架于一预定高度位置设置有限位件，所述限位件被配置为在所述工作机构保持在所述初始倾斜角度时，能够支撑所述工作机构的所述第一端，此时，所述光伏板的一面朝上，或在所述工作机构保持在所述预定倾斜角度时，能够在所述工作机构的所述第二端的上方限位所述第二端，此时，所述制氢容器的一面朝上。

根据本实用新型一实施例，所述限位件被实施为横隔托衬。

根据本实用新型一实施例，所述制氢腔在所述旋转方向的一端的高度空间尺寸大于另一端的高度空间尺寸，高度空间尺寸较大的端部形成所述配重结构，其中所述集气口靠近高度空间尺寸较小的一端，所述注排液口靠近高度空间尺寸较大的一端。

根据本实用新型一实施例，所述发光件被实施为LED灯带或LED灯阵，所述发光件以预定的分布方式布设在所述光源槽腔内。

根据本实用新型一实施例，所述发光件在所述光源槽腔内呈S型延伸，或呈W型延伸，或呈一字型并排分布。

根据本实用新型一实施例，所述光伏板由多块光伏板件拼接而成。

本实用新型的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，得以充分体现。

附图说明

图1示出了本申请一较佳实施例光伏发电与光催化制氢集成装置的结构示意简图。

图2示出了本申请集成装置在光伏板朝上时的结构示意简图。

图3示出了本申请中工作机构的主视剖视示意图。

图4示出了本申请中制氢容器的结构示意图。

图5示出了本申请中催化材料盛具的结构示意图。

图6示出了本申请中底衬的结构示意图

具体实施方式

以下描述用于揭露本实用新型以使本领域技术人员能够实现本实用新型。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本实用新型的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本实用新型的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在说明书的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此，上述术语不能理解为对本实用新型的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

参考图1至图6，依本实用新型一较佳实施例的一种光伏发电与光催化制氢集成装置将在以下被详细地阐述，其中所述光伏发电与光催化制氢集成装置主要包括工作机构，其中所述工作机构整体呈板状，并包括依次层叠设置的光伏板10、底衬20和光催化制氢组件30；

其中，所述底衬20在远离所述光伏板10的一侧设置有光源槽腔201，同时，所述底衬20于所述光源槽腔201内布设有发光件21，比如LED灯带或者灯阵，而所述光伏板10同时连接外部电网、所述发光件21和一光伏电池转换开关，其通过连接外部电网，用于在发电时段向外部输送电能，其通过连接所述发光件21，能够在制氢时段给所述发光件21提供电能，进而配合外部的人工光或自然光进行制氢，其通过所述光伏转换开关进行控制或者远程控制该集成装置是发电还是制氢，此外，作为优选，所述衬底20的光源槽腔201内还设置有储能元件，比如电池，用于给所述发光件21存储一定量的电能，以方便夜间连续制氢使用，或者光照条件欠缺情况下的连续制氢使用；

其中，所述光催化制氢组件30包括制氢容器31和催化材料盛具32，其中所述制氢容器31设置有适于容纳所述催化材料盛具32的制氢腔，并在远离所述底衬20的一侧设置有连通所述制氢腔的集气口301和注排液口302，其中所述集气口301主要是用于收集所述制氢腔内生产的氢气，通过管道输送到外部，而所述注排液口302主要是用于控制所述制氢腔内的液位，一般是加注纯水或者助剂混合液，确保所述制氢腔内的液位保持在95％以上的空间高度，达到制氢效率最大化，同时又不影响通过所述集气口301向外输送氢气，同时也可以为后续依靠液体自身配重杠杆提供必要技术支撑,其中所述催化材料盛具32被可拆卸地设置在所述制氢腔内，同时，所述催化材料盛具32相对的顶面和底面均匀设置有微气孔303，其中所述微气孔303的孔径可以是0.35mm～0.65mm，比如0.5mm，确保在高透光的情况下还不会出现漏料的问题，其中漏料指的是所述催化材料盛具32内的光催化颗粒泄漏出去；

所述底衬20也可以与所述制氢容器31一体成型，即直接在生产环节，将所述发光件21或者整个底衬20浇注在所述制氢容器31的底面，使所述制氢容器31、所述催化材料盛具32和所述底衬20或者所述发光件21三件合一，这样一来，该部分的安装、拆卸以及运输和携带等等将会更加方便。

所述集成装置还包括支撑旋转机构，其中所述支撑旋转机构包括支撑架41、旋转轴42和旋转元件，其中所述旋转轴42以能够被所述旋转元件驱动而旋转的方式设置在所述支撑架41上，其中所述工作机构于靠近中部的位置固定连接所述旋转轴42，以能够被所述旋转轴42带动而同步旋转，从而被所述旋转轴42和所述旋转元件带动在制氢和发电两种工况之间来回切换。

在不同催化剂型的场景下，比如：在强紫外高效型的情况下，如Pd0.75/TiO2光催化剂，所述底衬20内的所述发光件21为紫外线LED灯带或灯阵，而在全光型的情况下，所述底衬20内的所述发光件21为白光LED灯带或灯阵，而在紫外线高效型的基础上，在户外资源优良地区，或针对自然光高效剂型，则可以旋转所述工作机构，使所述光伏板10朝上或者朝下，进而切换该集成装置进行发电或者制氢。

需要特别指出的是，在本申请技术方案中，确定是进行制氢或者进行发电，主要依靠预设置有转换时间段的转换开关来实现，比如仅在特定的时间段发电，而在其他时间段制氢，或者通过人工控制，或者由人工远程控制转换开关来实现，在常态场景下，所述光伏板的一面朝上，而仅在自然光或者紫外线资源超强，制氢效率超过人工光效率的少数区位场景(参照光照、紫外线强度分布图)下，才会翻转工作机构，使所述制氢容器31的一面朝上。因此，是否制氢或者是否发电，可以按需进行控制，能够大幅度提升效益，而是否翻转则主要是以光照或者紫外线强度来确定，是两个相互独立的操作策略。

本申请提供的光伏发电与光催化制氢集成装置，在光催化制氢需要的紫外光不足时，所述底衬20内的发光件21提供额外的辅助光，配合外部不足的自然光或人工光进行制氢，而当外部的自然光或者人工光能够满足光催化制氢的要求时，直接进行光催化制氢。此外，基于实际工作环境，包括工作维度地区和特定的自然光时段这一基础，可以预先设置好该集成装置的发电时段和制氢时段，控制所述旋转元件自动驱动所述旋转轴42，进而带动所述工作机构旋转，或者人工远程控制所述旋转元件驱动所述旋转轴42，带动所述工作机构旋转，进而在所述光伏板10朝上时进行高效发电，或者所述光伏板10朝下时进行高效制氢，能够基于现有光伏设备最大化的利用场地光照资源，大大降低制氢成本，加快氢能普及和绿氢替代。因此，在一个实施例中，所述旋转元件被实施为远程驱动伺服电机，同时，所述远程驱动伺服电机内设置有远程遥控转换开关。

基于本申请提出的光伏发电与光催化制氢集成装置，使得光伏设施在不增加占用空间资源的情况下能够增加对余光、贫光资源的高效利用，提升较单纯光伏项目更高的经济效益和环境效益，提高在电、氢两种产品不同市场价值的情况下，光伏投资运营在商业上的优选灵活性；

此外，还使得光伏制绿氢具体易行，制程优化，成本经济，特别是用氢市场地区以分布式光伏、不依赖网电和偏远电源制备绿氢，具有以氢代储(能)，优化光伏商业模式的意义；

另外，本光氢一体产品如跟储加氢设施一体化建设，将极大减少氢非生产环节基础设施的综合成本，加快氢能普及和绿氢替代；

最后，按目前已有的光催材料参数，每MW光伏布置催化剂密度1t，全年制氢小时数300h，可用余光制绿氢6t/年，设备寿命20年条件下，制氢成本低于12元/kg，投资回收期约6年，远低于目前最先进的大规模电解水项目，比电化储能节约投资30％，与电化学储能相比，可以节约储能投资50％以上，且储能寿命得到非常显著的提升，同时，不需要为回收残物产生额外成本。

在一个实施例中，所述制氢容器31和所述底衬20之间，以及所述底衬20和所述光伏板10之间均通过毛勾尼龙粘带连接，以方便该集成装置的快速安装和拆卸，一般情况下，所述制氢容器31、所述底衬20以及所述光伏板10之间是在周边设置毛勾尼龙粘带。此外，所述旋转轴42连接所述工作机构的部分呈扁平状，确保所述旋转轴42和所述工作机构之间具有较佳的结构连接关系和结构稳定性，而所述旋转轴42的两端呈圆柱状，以方便一端被所述旋转元件驱动旋转，而另一端嵌设安装在所述支撑架41上的轴承内。

作为一较佳实施例，所述工作机构通过所述旋转轴42在所述支撑架41上保持有一初始倾斜角度，该初始倾斜角度主要基于地区维度的最佳光照角进行设定，确保光伏利用处于最佳效率状态，其中所述初始倾斜角度是指相对于水平面的倾斜角度，同时，所述工作机构以能够在所述初始倾斜角度和一预定倾斜角度两种工况之间旋转切换的方式设置在所述支撑架41上，其中所述预定倾斜角度与所述初始倾斜角度之间的夹角为180°，从而能够基于预先设置的最佳光照角在高效发电和高效制氢之间进行直接转换。

进一步优选地，所述工作机构于旋转方向的一端设置有配重结构，使得所述工作机构具有附带所述配重结构的第一端和不附带所述配重结构的第二端；

所述支撑架41于一预定高度位置设置有限位件43，其中所述限位件43被配置为在所述工作机构保持在所述初始倾斜角度时，能够支撑所述工作机构的所述第一端，此时，所述光伏板10的一面朝上，或在所述工作机构保持在所述预定倾斜角度时，能够在所述工作机构的所述第二端的上方限位所述第二端，此时，所述制氢容器31的一面朝上。

具体的，在所述工作机构在两端的重量不匹配的情况下，基于杠杆原理，当所述旋转元件通过所述旋转轴42带动所述工作机构旋转到平衡点位时，只要稍微用力继续旋转，在重力作用下，所述工作机构的所述第一端就会自动向下旋转，直至所述第一端抵接在所述限位件43的上表面，或者所述第二端抵接在所述限位件43的下表面，基于所述工作机构的重力作用、所述旋转轴42的杠杆支撑原理、以及所述限位件43的限位作用，能够使该集成装置持续、稳定的保持在所述初始倾斜角度或者所述预定倾斜角度，相对于仅仅依靠所述旋转元件和所述旋转轴42的驱动作用，在稳定性方面得到了显著的进步和实质性改善，同时，在保持稳定后，所述旋转元件可以暂停工作，从而能够有效延长自身的使用寿命。由此，所述限位件43被优选实施为横隔托衬，为硬质材质，如高强度工程塑料，或者其他质地稳定且坚硬的材质，轻且耐腐蚀，铆定在所述支撑架41上。

进一步优选地，所述制氢腔在所述旋转方向的一端的高度空间尺寸大于另一端的高度空间尺寸，同时，高度空间尺寸较大的一端形成所述配重结构，从而能够基于所述制氢腔内的纯水或者助剂混合液的重量实现自我配重，不仅能够容纳较多的光催化液，延长光催化制氢时间，还避免了额外设置配重的问题，其中所述集气口301靠近高度空间尺寸较小的一端，基于氢气质轻上浮的原理，其更容易被收集，而不管是所述工作机构的第一端支撑在所述限位件43的顶部，还是所述工作机构的第二端抵接在所述限位件43的底部，所述集气口301都位于相对的上方，此外，所述注排液口302靠近高度空间尺寸较大的一端。

作为一较佳实施例，所述发光件21被实施为LED灯带或LED灯阵，同时，所述发光件21以预定的分布方式布设在所述光源槽腔内，以能够给所述制氢容器31提供均匀的、全面的辅助光。

进一步优选地，所述发光件21在所述光源槽腔201内呈S型延伸，或呈W型延伸，或呈一字型并排分布。

作为一较佳实施例，所述光伏板10由多块光伏板件拼接而成，或者说，所述制氢容器31具有较大的单体尺寸，可以同时连接多块光伏板件，相对制氢容器31和光伏板10一对一的单器件形式，能够在不影响制氢和发电的情况下，有效精简该集成装置的加工制造程序，缩减制造周期，降低设备成本。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本实用新型的实施例只作为举例而并不限制本实用新型。本实用新型的优势已经完整并有效地实现。本实用新型的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本实用新型的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (10)

1.光伏发电与光催化制氢集成装置，其特征在于，所述集成装置包括工作机构，其中所述工作机构整体呈板状，并包括依次层叠设置的光伏板、底衬和光催化制氢组件；

其中，所述底衬在远离所述光伏板的一侧设置有光源槽腔，所述底衬于所述光源槽腔内布设有发光件，所述光伏板同时连接外部电网、所述发光件和一光伏电池转换开关；

其中，所述光催化制氢组件包括制氢容器和催化材料盛具，其中所述制氢容器设置有适于容纳所述催化材料盛具的制氢腔，并在远离所述底衬的一侧设置有连通所述制氢腔的集气口和注排液口，其中所述催化材料盛具被可拆卸地设置在所述制氢腔内，所述催化材料盛具相对的顶面和底面均匀设置有微气孔；

所述集成装置还包括支撑旋转机构，其中所述支撑旋转机构包括支撑架、旋转轴和旋转元件，其中所述旋转轴以能够被所述旋转元件驱动而旋转的方式设置在所述支撑架上，所述工作机构于靠近中部的位置固定连接所述旋转轴，以能够被所述旋转轴带动而同步旋转。

2.如权利要求1所述光伏发电与光催化制氢集成装置，其特征在于，所述制氢容器和所述底衬之间，以及所述底衬和所述光伏板之间均通过毛勾尼龙粘带连接，所述旋转轴连接所述工作机构的部分呈扁平状，所述旋转轴的两端呈圆柱状。

3.如权利要求1所述光伏发电与光催化制氢集成装置，其特征在于，所述工作机构通过所述旋转轴在所述支撑架上保持有一初始倾斜角度，所述初始倾斜角度是指相对于水平面的倾斜角度，所述工作机构以能够在所述初始倾斜角度和一预定倾斜角度两种工况之间旋转切换的方式设置在所述支撑架上，其中所述预定倾斜角度与所述初始倾斜角度之间的夹角为180°。

4.如权利要求3所述光伏发电与光催化制氢集成装置，其特征在于，所述旋转元件被实施为远程驱动伺服电机，所述远程驱动伺服电机内设置有远程遥控转换开关。

5.如权利要求4所述光伏发电与光催化制氢集成装置，其特征在于，所述工作机构于旋转方向的一端设置有配重结构，使得所述工作机构具有附带所述配重结构的第一端和不附带所述配重结构的第二端；

所述支撑架于一预定高度位置设置有限位件，所述限位件被配置为在所述工作机构保持在所述初始倾斜角度时，能够支撑所述工作机构的所述第一端，此时，所述光伏板的一面朝上，或在所述工作机构保持在所述预定倾斜角度时，能够在所述工作机构的所述第二端的上方限位所述第二端，此时，所述制氢容器的一面朝上。

6.如权利要求5所述光伏发电与光催化制氢集成装置，其特征在于，所述限位件被实施为横隔托衬。

7.如权利要求5所述光伏发电与光催化制氢集成装置，其特征在于，所述制氢腔在所述旋转方向的一端的高度空间尺寸大于另一端的高度空间尺寸，高度空间尺寸较大的端部形成所述配重结构，其中所述集气口靠近高度空间尺寸较小的一端，所述注排液口靠近高度空间尺寸较大的一端。

8.如权利要求1所述光伏发电与光催化制氢集成装置，其特征在于，所述发光件被实施为LED灯带或LED灯阵，所述发光件以预定的分布方式布设在所述光源槽腔内。

9.如权利要求4所述光伏发电与光催化制氢集成装置，其特征在于，所述发光件在所述光源槽腔内呈S型延伸，或呈W型延伸，或呈一字型并排分布。

10.如权利要求1所述光伏发电与光催化制氢集成装置，其特征在于，所述光伏板由多块光伏板件拼接而成。

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