在上一期發(fā)布的“科普光伏電解水裝置制氫效率的計(jì)算方法”這篇文章中，我們已經(jīng)了解了影響光伏電解水制氫效率三個(gè)因素中的一個(gè)——光伏電池效率ηm,。本篇文章我們將繼續(xù)討論剩下的兩個(gè)關(guān)鍵因素，光伏電池與電解槽之間的傳遞效率ηt和質(zhì)子交換膜效率ηe,。它們直接影響光伏電解槽制氫的可行性和效率,。
電能傳遞效率ηt計(jì)算較為簡(jiǎn)單，只需要得到光伏電池的最大輸出電能和輸入電解槽的最大電能便能計(jì)算出來(lái),。電能傳遞效率ηt的計(jì)算方法如下：
pe為電解槽輸入的電能,，單位為J；
pm為光伏電池輸出的最大電能,，單位為J,。
另一個(gè)重要的因素——質(zhì)子交換膜效率ηe的計(jì)算過(guò)程較為復(fù)雜，涉及多個(gè)參數(shù)需要單獨(dú)展開(kāi)討論,。
質(zhì)子交換膜效率ηe計(jì)算方法如下[1]：
為氫氣的出口流量,，單位為L(zhǎng)/min；
（Lower Heating Value）即H?的低位熱值，是用來(lái)描述單位質(zhì)量的燃料在完全燃燒的情況下所釋放的熱量,，即每克H?完全燃燒所釋放的熱量,，通常約為120～142 MJ/kg，具體數(shù)值可能會(huì)因氫氣的純度或者別的因素有所不同,；
Pe為電解槽的功率,，單位為W（注：電解槽功率Pe計(jì)算涉及參數(shù)較多，會(huì)在后期文章中單獨(dú)講解,，本篇文章暫不展開(kāi)）,；
Qe為電解槽分解水所需要的熱量，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì),，電解槽分解水的反應(yīng)需要吸收一定數(shù)量的熱量,，以克服分子間的相互作用力和將水分子分解為其組成部分，這個(gè)反應(yīng)需要吸收的熱量稱(chēng)為反應(yīng)的熱動(dòng)力學(xué)熱量,，通常單位為J,；
為電解槽補(bǔ)充水預(yù)熱所需熱量，由于電解槽的工作溫度往往高于室溫,，而電解過(guò)程需要不斷的補(bǔ)充水,，因此在補(bǔ)充前需要對(duì)水進(jìn)行預(yù)熱，以達(dá)到電解槽的工作溫度,，單位為J,。
以下是各個(gè)參數(shù)的具體計(jì)算方法：
1、氫氣的出口流量
：
Ie為電解槽的電流,，單位為A，是電流密度和電極面積的乘積：
ie為電流密度,，Ae為電解槽的有效電極面積,。
F為法拉第常數(shù)，大小為96485 C/mol,。
2,、電解槽熱量需求Qe：
Ie為電解槽的電流，單位為A,，是電流密度和電極面積的乘積：
ie為電流密度,，單位為A/cm²，Ae為電解槽的有效電極面積,，單位為cm²,；
F為法拉第常數(shù)，大小為96485 C/mol,；
T為溫度,，答案為K；
ΔS是水分解反應(yīng)的摩爾熵變，大約為326.61 J/(mol?K),；
Vcon,、Vact、Vohm分別為濃度過(guò)電位,、活化過(guò)電位,、歐姆過(guò)電位。具體的計(jì)算方法過(guò)程因?yàn)檩^為復(fù)雜,，且涉及多個(gè)變量,，會(huì)在后續(xù)的文章中再展開(kāi)講解，記得關(guān)注,！
3,、電解槽補(bǔ)充水預(yù)熱所需熱量
：
由于電解槽的工作溫度往往高于室溫，而電解過(guò)程需要不斷的補(bǔ)充水,，因此在補(bǔ)充前需要對(duì)水進(jìn)行預(yù)熱,，以達(dá)到電解槽的工作溫度。
其計(jì)算方法如下：
是進(jìn)水速率,，單位一般使用L/min,；
φ是蓄熱器的效率，指熱能釋放和儲(chǔ)存的能力,，不同類(lèi)型的蓄熱器以及不同的制造商制造的蓄熱器效率不同,，具體數(shù)值需查閱相關(guān)產(chǎn)品文檔或者咨詢(xún)相關(guān)技術(shù)人員；
Ie為電解槽的電流,，單位為A,，是電流密度和電極面積的乘積：
ie為電流密度，為電解槽的有效電極面積,；
F為法拉第常數(shù),，大小為96485 C/mol；
為反應(yīng)物/生成物的摩爾熱容,，是表達(dá)物質(zhì)再單位摩爾量下吸收或釋放熱量的性質(zhì),，單位一般為J/(mol?K)。
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參考文獻(xiàn)
[1] Zhang H, Su S, Lin G, et al. Efficiency calculation and configuration design of a PEM electrolyzer system for hydrogen production[J]. International journal of electrochemical science, 2012, 7(4): 4143-4157.
