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,。
光伏發(fā)電系統(tǒng)將太陽能轉(zhuǎn)化為電能,，存儲(chǔ)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(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,，也為未來能源儲(chǔ)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(chǔ)能系統(tǒng)和工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域。
其有如下特點(diǎn)：
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(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(duì)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)
太陽能光伏光電（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,。
南京大學(xué)定制的太陽能光伏電催化反應(yīng)系統(tǒng)所使用的電極為大尺寸電極，陽極有效使用面積高達(dá)1 m²,，大尺寸的電極帶來了可觀的反應(yīng)速度,。
除此之外，電極和光伏板同頻轉(zhuǎn)動(dòng),，附帶追蹤太陽位置功能,，保證光照效率處于較高水平，產(chǎn)氫速率可達(dá)15 L/h,。
系統(tǒng)還配置高清攝像頭,，通過Wi-Fi連接后，在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)參數(shù)的同時(shí),，可原位微觀放大觀察產(chǎn)生的氫氣,。
| 電極尺寸 | 陽極 | 1 m² |
| 陰極 | 0.5 m² | |
| 電源輸出 | 電流 | 電流0~50 A |
| 電壓 | 電壓0~12 V,， | |
| 質(zhì)子交換膜 | 杜邦質(zhì)子交換膜 | |
| 反應(yīng)器尺寸 | 1760 mm × 820 mm × 30 mm | |
| 725 mm × 820 mm × 30 mm | ||
| 系統(tǒng)尺寸 | 占地面積 | 1850 mm× 1850 mm |
| 重量 | 200 kg | |
| 角度調(diào)節(jié)范圍 | 0~50° 可追蹤太陽，光伏板和反應(yīng)室同頻轉(zhuǎn)動(dòng) | |
| 液體流量 | 0～2 L/min | |
| 產(chǎn)氫速率 | 15 L/h | |
華北電力大學(xué)定制了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(kuò)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(shí)現(xiàn)更高的分解催化效率,。
| 電催化反應(yīng)裝置 | 光電催化反應(yīng)裝置 | ||
| 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 | ||
華北理工大學(xué)定制的太陽能光伏電催化反應(yīng)系統(tǒng),，重點(diǎn)對(duì)光伏板進(jìn)行旋轉(zhuǎn)角度的優(yōu)化設(shè)計(jì)，支持水平方向-120~120°,、俯仰20~90°旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié),，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽追蹤。
反應(yīng)器反應(yīng)單元為25 × 25 cm²,，產(chǎn)氫速率高達(dá)24 L/h,。
在此基礎(chǔ)上，太陽能光伏電催化反應(yīng)系統(tǒng)的反應(yīng)器預(yù)留出擴(kuò)展空間,，多個(gè)接口采用標(biāo)準(zhǔn)快拆安裝設(shè)計(jì),，可以帶來方便快捷的擴(kuò)展方式。反應(yīng)器可以進(jìn)行陣列式組合,，構(gòu)建出更大的太陽能光伏光電化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng),，獲得更高的催化效率。
| 電極尺寸 | 陽極 | 鈦纖維氈鍍釕銥電極250 mm× 250 mm× 0.4 mm | |
| 陰極 | 250 mm× 250 mm 60目鎳網(wǎng) 250 mm× 250 mm× 0.5 mm泡沫鎳 | ||
| 電源輸出 | 電流 | 0~60 A | |
| 電壓 | 0~4 V | ||
| 電流密度 | 96 mA/cm² | ||
| 質(zhì)子交換膜 | 280 mm × 280 mm × 0.5 mm | ||
| 反應(yīng)器尺寸 | 380 mm × 380 mm × 50 mm | ||
| 系統(tǒng)尺寸 | 長寬高 | 920 mm× 950 mm× 970 mm | |
| 占地面積 | 1850 mm×1850 mm | ||
| 重量 | 40 kg | ||
| 光伏板 | 最大傾角1870 mm× 990 mm× 2100 mm 水平放置1875 mm× 990 mm× 1300 mm | ||
| 反應(yīng)器角度調(diào)節(jié)范圍 | 0~90° | ||
| 光伏板調(diào)節(jié)范圍 | 水平方向 | -120~120° | |
| 俯仰旋轉(zhuǎn) | 20~90° | ||
| 液體流量 | 0～2 L/min | ||
| 產(chǎn)氫速率 | 24 L/h | ||
