太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)能光伏電催化反應(yīng)系統(tǒng)和太陽(yáng)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(yáng)光透過(guò)率，還能改善因擴(kuò)散速率低導(dǎo)致的反應(yīng)物分布不均的問(wèn)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(guò)大帶來(lái)的光電催化材料表面不均勻等問(wèn)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(shí)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 |
|
| 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 |
||
| 反應(yīng)器尺寸 | 380 mm× 350 mm× 50 mm | ||
| 系統(tǒng)尺寸 | 長(zhǎng)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(yáng)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(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能,，存儲(chǔ)在蓄電池中,，通過(guò)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(guò)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(shí)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(cè)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(lái)能源儲(chǔ)備提供了無(wú)盡的可能性,。
太陽(yáng)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(yáng)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(chǔ)能系統(tǒng)和工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域,。
1. 追蹤陽(yáng)光
太陽(yáng)能光伏光電(電)催化反應(yīng)系統(tǒng)的光伏板配備輻照檢測(cè)器,，可實(shí)時(shí)測(cè)定光伏板所在環(huán)境的光輻照強(qiáng)度，根據(jù)輻照強(qiáng)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(yáng)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(kuò)散速率低導(dǎo)致反應(yīng)物分布不均的問(wèn)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(dòng)體系在催化過(guò)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(yáng)能光伏光電(電)催化反應(yīng)系統(tǒng)所需電能來(lái)自太陽(yáng),，反應(yīng)過(guò)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(duì)環(huán)境影響較低,，因而稱之為“綠電”，所生產(chǎn)的電力通過(guò)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)
太陽(yáng)能光伏光電(電)催化反應(yīng)系統(tǒng)可實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)如輻照強(qiáng)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(jí)循環(huán)
太陽(yáng)能光伏光電(電)催化反應(yīng)系統(tǒng)采用微型水泵推動(dòng)液體流動(dòng),，使反應(yīng)溶液與電極充分接觸,。同時(shí)，產(chǎn)物端配置氣泵,，及時(shí)將反應(yīng)過(guò)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(jì)
太陽(yáng)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(dòng)力系統(tǒng)以及監(jiān)測(cè)系統(tǒng),，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求,。
