太陽能光伏光電(電)催化反應(yīng)系統(tǒng)是由光伏發(fā)電系統(tǒng)、反應(yīng)系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等組成的將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的反應(yīng)裝置。
華北電力大學(xué)定制PLR-PVERS太陽能光伏電催化反應(yīng)系統(tǒng)和太陽能光伏光電催化反應(yīng)系統(tǒng)。和光伏電催化反應(yīng)系統(tǒng)相比，光伏光電催化反應(yīng)系統(tǒng)是在光伏發(fā)電分解水的基礎(chǔ)上，耦合光催化分解水的透視反應(yīng)器，從而達(dá)到光電協(xié)同分解水的目的。
光伏光電催化反應(yīng)系統(tǒng)使用的薄層結(jié)構(gòu)不僅可降低溶液厚度，提高陽光透過率，還能改善因擴散速率低導(dǎo)致的反應(yīng)物分布不均的問題。
反應(yīng)器內(nèi)光電極的放置模式采用創(chuàng)新式3×3陣列結(jié)構(gòu)，將9塊80 mm×80 mm的光電極固定在250 mm×250 mm大小的反應(yīng)器內(nèi)，避免因光電極板面積過大帶來的光電催化材料表面不均勻等問題出現(xiàn)，更大程度地增加光電極板的穩(wěn)定性和光電催化材料的比表面，實現(xiàn)更高的分解催化效率。
| 電催化反應(yīng)系統(tǒng) | 光電催化反應(yīng)系統(tǒng) | ||
| 電極尺寸 | 250 mm× 250 mm鎳網(wǎng) 250 mm× 250 mm× 0.5 mm泡沫鎳 250 mm× 250 mm× 0.4 mm鈦纖維氈鍍釕銥電極 |
80 mm× 80 mm× 2.3 mm光電極9塊； 250 mm× 250 mm× 0.4 mm鈦纖維氈電極 |
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| 電源輸出 | 電壓 | 0~12 V | |
| 電流 | 0~80 A | 0~12.5 A | |
| 電流密度 | 50 mA/cm² | 20 mA/cm² | |
| 質(zhì)子交換膜 | 280 mm× 280 mm× 0.5 mm 復(fù)合隔膜 |
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| 反應(yīng)器尺寸 | 380 mm× 350 mm× 50 mm | ||
| 系統(tǒng)尺寸 | 長寬高 | 900 mm× 700 mm× 970 mm（排氣管可拆，不包含排氣管） | |
| 占地面積 | 約1 m² | ||
| 重量 | 50 kg | 38 kg | |
| 角度調(diào)節(jié)范圍 | 0~90° | 0~60°，反應(yīng)器與光伏板同頻調(diào)節(jié) | |
| 液體流量 | 0.1～1 L/min | ||
| 產(chǎn)氫速率 | 10 L/h | ||
太陽能光伏光電(電)催化反應(yīng)系統(tǒng)中的光伏發(fā)電系統(tǒng)將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，存儲在蓄電池中，通過穩(wěn)壓控制電源模塊調(diào)節(jié)蓄電池的輸出電流，以滿足反應(yīng)條件;反應(yīng)模塊可通過光電催化反應(yīng)或者電催化反應(yīng)將水分解成氫氣和氧氣，實現(xiàn)最終的能量轉(zhuǎn)化;控制系統(tǒng)可控制反應(yīng)條件和監(jiān)測反應(yīng)狀態(tài)。這種綠色、可持續(xù)的制氫方法不僅有助于降低溫室氣體的排放，也為未來能源儲備提供了無盡的可能性。
太陽能光伏光電(電)催化反應(yīng)系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)如圖所示：
太陽能光伏光電(電)催化反應(yīng)系統(tǒng)作為一種可以提供環(huán)保、高效制氫能力的儀器，具有廣泛的應(yīng)用前景，不僅可以為綠色能源提供氫氣，還可以應(yīng)用于燃料電池、儲能系統(tǒng)和工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域。
1. 追蹤陽光
太陽能光伏光電(電)催化反應(yīng)系統(tǒng)的光伏板配備輻照檢測器，可實時測定光伏板所在環(huán)境的光輻照強度，根據(jù)輻照強度調(diào)整光伏板傾斜角度，使得光伏板的光能利用率最大化。
2. 高效利用
太陽能光伏光電(電)催化反應(yīng)系統(tǒng)的反應(yīng)器為板式結(jié)構(gòu)，可有效提高電極催化材料的表面積，使得催化劑能更有效的與反應(yīng)物接觸。反應(yīng)器的薄層結(jié)構(gòu)可減少因擴散速率低導(dǎo)致反應(yīng)物分布不均的問題，降低副反應(yīng)的發(fā)生，提高產(chǎn)物選擇性。反應(yīng)器的流動體系在催化過程中可以提高電子和質(zhì)子的傳遞速率，進(jìn)而提高反應(yīng)速率。
3. 節(jié)能環(huán)保
太陽能光伏光電(電)催化反應(yīng)系統(tǒng)所需電能來自太陽，反應(yīng)過程不產(chǎn)生溫室氣體，相較于如火力發(fā)電等其他方式所生產(chǎn)的電力，光伏發(fā)電對環(huán)境影響較低，因而稱之為“綠電”，所生產(chǎn)的電力通過光電(電)催化生成清潔能源氫氣，符合綠色發(fā)展的理念。
4. 實時監(jiān)測
太陽能光伏光電(電)催化反應(yīng)系統(tǒng)可實時在線監(jiān)測如輻照強度、電壓、電流、氫氣產(chǎn)量、pH值和溫度等參數(shù)，以調(diào)節(jié)反應(yīng)條件和優(yōu)化反應(yīng)效果。
5. 分級循環(huán)
太陽能光伏光電(電)催化反應(yīng)系統(tǒng)采用微型水泵推動液體流動，使反應(yīng)溶液與電極充分接觸。同時，產(chǎn)物端配置氣泵，及時將反應(yīng)過程中產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物從液體中分離收集，有效提高循環(huán)效率與反應(yīng)速率。
6. 靈活設(shè)計
太陽能光伏光電(電)催化反應(yīng)系統(tǒng)可以根據(jù)需求定制反應(yīng)器大小、循環(huán)動力系統(tǒng)以及監(jiān)測系統(tǒng)，滿足不同應(yīng)用場景的需求。
