隨著全球能源危機(jī)和環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)重,，尋找可再生的清潔能源成為全人類共同面臨的挑戰(zhàn),。太陽能取之不盡,，用之不竭,，是一種理想的可再生能源，但由于天氣,、地理和晝夜交替等客觀因素，它存在不連續(xù)性和波動性的缺點(diǎn),。
光伏電催化分解水技術(shù)不僅克服太陽能間歇性和波動性的缺陷,，還能將太陽能轉(zhuǎn)換成可儲存,、運(yùn)輸,、燃燒熱值高的清潔能源——氫能，也給未來太陽能轉(zhuǎn)換技術(shù)指引了一個可研究的方向[1],。
光伏電催化分解水是通過光伏器件將太陽能轉(zhuǎn)化為電能,，然后利用催化劑將水電催化分解為氫氣和氧氣,。
1. 可再生能源：光伏電催化分解水技術(shù)利用太陽能作為能源，具有可再生,、無污染等特點(diǎn)。
2. 清潔能源：分解水中的氫氣燃燒產(chǎn)物僅為水,，不產(chǎn)生溫室氣體排放，是一種清潔能源,。
3. 氫氣作為燃料：氫氣可作為燃料,，與其他可再生能源結(jié)合，為能源多元化提供新的解決方案,。
4. 應(yīng)用廣泛：光伏電催化分解水技術(shù)可應(yīng)用于交通,、工業(yè)、家庭等領(lǐng)域,，為實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型提供可能,。
光伏電催化分解水是一項(xiàng)潛力巨大的技術(shù),，但在實(shí)際應(yīng)用中仍然面臨一些困難和挑戰(zhàn),，主要集中在以下幾個方面：
1.效率問題：光伏電催化分解水是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能,，再將電能用于催化劑催化水分解,，在這個過程中存在能量損失,，如何提高整體效率是關(guān)鍵重點(diǎn),。
2.催化劑選擇和設(shè)計(jì)：尋找高效穩(wěn)定且低成本的催化劑是光伏電催化分解水技術(shù)的關(guān)鍵,。它們需要具備高效催化水分解的能力,，并且需要長時間穩(wěn)定運(yùn)行,，且不會受到催化劑中毒或腐蝕等問題的影響,。
3.系統(tǒng)集成：如何將光伏器件,、電解槽,、催化劑等組件高效集成,，降低系統(tǒng)成本,，是需要解決的問題。
4.穩(wěn)定性與耐久性：在光伏電催化分解水中,，儀器設(shè)備以及材料面臨高能量光照,、電解液中的時刻不停的化學(xué)反應(yīng)以及長期使用的考驗(yàn),。因此,，需要提高光伏電催化分解水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和耐久性，以保證其在實(shí)際應(yīng)用中的可靠性,。
5.規(guī)?；瘑栴}：將光伏電催化分解水技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室規(guī)模擴(kuò)展到工業(yè)生產(chǎn)仍然具有巨大的挑戰(zhàn)。需要建立大規(guī)模的生產(chǎn)和可以擴(kuò)展的基礎(chǔ)平臺,，并解決大規(guī)模生產(chǎn)中的穩(wěn)定性和可控性問題,。
提高電解效率的方法[2]
光伏電催化分解水技術(shù)具有廣闊的未來發(fā)展前景，提高光伏電催化分解水的方法主要有以下幾種,。
1.新型催化劑：研究人員將繼續(xù)探索更高效,、更穩(wěn)定的催化劑，這些催化劑可以在各種條件下工作,，并且在長時間內(nèi)不會失效,。
2.系統(tǒng)集成：集成不同的組件，模塊,，并且進(jìn)行優(yōu)化,，例如選擇更具有性價比的離子交換膜，優(yōu)化光伏電池,，提高電池壽命容量,，開發(fā)更具有價值的電極等。
3.提高能源利用效率：例如通過設(shè)計(jì),，使光伏電池板可以追蹤太陽位置,，時刻處于最強(qiáng)光照方向；優(yōu)化電解槽設(shè)計(jì),，使電解液與催化劑充分接觸,，提高反應(yīng)效率。
4.混合電源系統(tǒng)：通過集成多個電源來確保不間斷運(yùn)行,，或者通過組合兩個或多個配置來達(dá)到最大效果,，從而提高系統(tǒng)的效率。
5.混合動力：將光伏電解水的能量來源擴(kuò)展至風(fēng)能,，地?zé)崮艿?，并?lián)或者串聯(lián)其他裝置，將應(yīng)用擴(kuò)展到電,、熱,、冷需求上，使之在零碳排放的現(xiàn)代能源中擴(kuò)展更多的可能性,。
光伏電催化未來發(fā)展趨勢[2]
為了幫助廣大科研人員更好的探索光伏發(fā)電與電催化耦合制備綠色燃料技術(shù),，泊菲萊科技推出戶外實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺——PLR-PVERS系列太陽能光伏光電（電）催化反應(yīng)系統(tǒng),。
PLR-PVERS系列太陽能光伏光電（電）催化反應(yīng)系統(tǒng)由光伏設(shè)備、定制化催化反應(yīng)器,、循環(huán)系統(tǒng),、監(jiān)測控制系統(tǒng)、支撐框架,、收集及排放系統(tǒng)和配附設(shè)備等構(gòu)成,。
催化反應(yīng)器分為純電催化反應(yīng)器和帶光窗的光電催化反應(yīng)器，旨在構(gòu)建光伏+光電（電）催化產(chǎn)氫的反應(yīng)裝置,，實(shí)現(xiàn)在酸堿溶液條件下光電（電）催化分解水產(chǎn)氫產(chǎn)氧,，其催化產(chǎn)氫效率達(dá)到10 L/h級，可滿足戶外使用的需求,。
實(shí)時跟蹤系統(tǒng),，最大化利用太陽光
PLR-PVERS系列太陽能光伏光電（電）催化反應(yīng)系統(tǒng)配套光伏板配備輻照檢測器，實(shí)時測定光伏板所在環(huán)境的光伏照強(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。
板式反應(yīng)器結(jié)構(gòu),，提高電催化反應(yīng)效率
PLR-PVERS系列太陽能光伏光電（電）催化反應(yīng)系統(tǒng)配置反應(yīng)器為板式反應(yīng)結(jié)構(gòu)，與同體積釜式電解槽相比大大提高電極催化材料的面積,，使得催化劑能更有效地與反應(yīng)物接觸,；
薄層結(jié)構(gòu)減小溶液層厚度，減少因擴(kuò)散速率低導(dǎo)致的反應(yīng)物分布不均,，降低副反應(yīng)的發(fā)生,，提高產(chǎn)物選擇性；
流動體系可提高催化過程中電子和質(zhì)子的傳遞速率,，提高反應(yīng)速率,。
靈活的反應(yīng)器設(shè)計(jì)，滿足不同規(guī)模和條件下的反應(yīng)
PLR-PVERS系列太陽能光伏光電（電）催化反應(yīng)系統(tǒng)的板式結(jié)構(gòu)可根據(jù)需要進(jìn)行快速的擴(kuò)展和優(yōu)化,，反應(yīng)器尺寸可選5×5,、10×10、15×15,、20×20,、25×25 cm²，也可接受定制,，配套相應(yīng)的光伏供電系統(tǒng),、監(jiān)測控制系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)，滿足不同規(guī)模和條件下的產(chǎn)量和效率要求,。
還可定制帶光窗的光電催化反應(yīng)器,，受光面積達(dá)到625 cm² (25 cm×25 cm),，反應(yīng)過程中催化劑受光面積更大，可實(shí)時調(diào)整反應(yīng)器的角度,，提高催化劑的光照效率,。
多功能實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，保證規(guī)?；a(chǎn)氫的安全可控
PLR-PVERS系列太陽能光伏光電（電）催化反應(yīng)系統(tǒng)可實(shí)時在線監(jiān)測光照強(qiáng)度,、電壓、電流,、氫氣產(chǎn)量,、pH值、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,。
分級循環(huán)動力系統(tǒng)，保證反應(yīng)效率及產(chǎn)物的及時分離
PLR-PVERS系列太陽能光伏光電（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)效率。
參考文獻(xiàn)
[1] Chen Jing, Dong Shujie and Zhou Hongjun. Research progress on hydrogen production through solar photovoltaic effect [J].Coal Chemical Industry,2022,50(03):79-85.
[2] Makhsoos A, Kandidayeni M, Pollet B G,et al.A perspective on increasing the efficiency of proton exchange membrane water electrolyzers–a review[J].International Journal of Hydrogen Energy, 2023.
