太陽能光伏光電（電）催化反應系統(tǒng)是由光伏發(fā)電系統(tǒng)、反應系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等組成的將太陽能轉(zhuǎn)化為化學能的反應裝置。
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，以滿足反應條件；反應模塊可通過光電催化反應或者電催化反應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)可控制反應條件和監(jiān)測反應狀態(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，具有廣泛的應用前景，不僅可以為綠色能源提供氫氣，還可以應用于燃料電池、儲能系統(tǒng)和工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域。
其有如下特點：
1、追蹤陽光
太陽能光伏光電（電）催化反應系統(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）催化反應系統(tǒng)的反應器為板式結(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物接觸。反應器的薄層結(jié)構(gòu)可減少因擴散速率低導致反應物分布不均的問題，降低副反應的發(fā)生，提高產(chǎn)物選擇性。反應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，進而提高反應速率。
3、節(jié)能環(huán)保
太陽能光伏光電（電）催化反應系統(tǒng)所需電能來自太陽，反應過程不產(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)反應條件和優(yōu)化反應效果。
5、分級循環(huán)
太陽能光伏光電（電）催化反應系統(tǒng)采用微型水泵推動液體流動，使反應溶液與電極充分接觸。同時，產(chǎn)物端配置氣泵，及時將反應過程中產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物從液體中分離收集，有效提高循環(huán)效率與反應速率。
6、靈活設(shè)計
太陽能光伏光電（電）催化反應系統(tǒng)可以根據(jù)需求定制反應器大小、循環(huán)動力系統(tǒng)以及監(jiān)測系統(tǒng)，滿足不同應用場景的需求。
南京大學定制的太陽能光伏電催化反應系統(tǒng)所使用的電極為大尺寸電極，陽極有效使用面積高達1 m²，大尺寸的電極帶來了可觀的反應速度。
除此之外，電極和光伏板同頻轉(zhuǎn)動，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15 L/h。
系統(tǒng)還配置高清攝像頭，通過Wi-Fi連接后，在實時監(jiān)測參數(shù)的同時，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，光伏板和反應室同頻轉(zhuǎn)動 | |
| 液體流量 | 0～2 L/min | |
| 產(chǎn)氫速率 | 15 L/h | |
華北電力大學定制了PLR-PVERS太陽能光伏電催化反應系統(tǒng)和太陽能光伏光電催化反應系統(tǒng)。和光伏電催化反應系統(tǒng)相比，光伏光電催化反應系統(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器，從而達到光電協(xié)同分解水的目的。
光伏光電催化反應系統(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致的反應物分布不均的問題。
反應器內(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。
| 電催化反應裝置 | 光電催化反應裝置 | ||
| 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 復合隔膜 |
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| 反應器尺寸 | 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 | ||
華北理工大學定制的太陽能光伏電催化反應系統(tǒng)，重點對光伏板進行旋轉(zhuǎn)角度的優(yōu)化設(shè)計，支持水平方向-120~120°、俯仰20~90°旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對太陽追蹤。
反應器反應單元為25 × 25 cm²，產(chǎn)氫速率高達24 L/h。
在此基礎(chǔ)上，太陽能光伏電催化反應系統(tǒng)的反應器預留出擴展空間，多個接口采用標準快拆安裝設(shè)計，可以帶來方便快捷的擴展方式。反應器可以進行陣列式組合，構(gòu)建出更大的太陽能光伏光電化學反應系統(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 | ||
