專(zhuān)利名稱(chēng)：利用組合功率進(jìn)行電解降低可再生氫燃料生產(chǎn)成本的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的披露內(nèi)容主要涉及的領(lǐng)域包括通過(guò)電解器產(chǎn)生氫，且更特 別地，包括降低可再生氫燃料的生產(chǎn)成本。
背景技術(shù)：
產(chǎn)生氫的裝置通過(guò)在電解器中對(duì)水進(jìn)行電解而利用電力來(lái)生產(chǎn)氫 (和氧)。所產(chǎn)生的氫被貯存起來(lái)以便用作燃料，所述燃料可用于燃 料電池和內(nèi)燃機(jī)中。氧被排到大氣中?？赏ㄟ^(guò)太陽(yáng)能為電解器供電。通過(guò)光生伏打電解器(PV電解器)而利用太陽(yáng)能產(chǎn)生的氫是一種可再生且對(duì)環(huán)境有利的能源。將美國(guó)的燃料供應(yīng)物轉(zhuǎn)換成可再生能源對(duì)于 可持續(xù)運(yùn)輸、可持續(xù)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、降低溫室氣體排放以及通過(guò)取代從不 穩(wěn)定的海外區(qū)域進(jìn)口的污染性的礦物燃料而實(shí)現(xiàn)的國(guó)家能量安全而言 是很關(guān)鍵的。盡管在光生伏打陣列的最大功率點(diǎn)電壓與電解器的運(yùn)行電壓相匹 配的情況下，利用直接接通的方法將提供太陽(yáng)能向氫的最高效的轉(zhuǎn)換，但直接接通僅來(lái)自光生伏打陣列(PV陣列)的太陽(yáng)能電力而為電解器供電并生產(chǎn)出獨(dú)有的可再生的氫燃料是不經(jīng)濟(jì)的。造成缺乏經(jīng)濟(jì)性的原因在于從固定角度的光生伏打系統(tǒng)有效地生產(chǎn)太陽(yáng)能功率的時(shí)間 平均每天僅有約六小時(shí)，這使得每天剩余了 18小時(shí)，在這18小時(shí)的 時(shí)間里，利用太陽(yáng)能生產(chǎn)的電力不足以產(chǎn)生氫且無(wú)法利用電解器。因 此，電解器在大多數(shù)時(shí)間內(nèi)是閑置的，這使得增加了實(shí)現(xiàn)所需的日常 燃料產(chǎn)率而需要的電解器的尺寸和成本。此外，電解器目前是氫產(chǎn)生 器系統(tǒng)中最為昂貴的部分。因此，需要提供其它解決方案而使得由太 陽(yáng)能供電的以電解方式生產(chǎn)氫的過(guò)程在經(jīng)濟(jì)上是可行的。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例包括光生伏打陣列和電解器，所述光生伏打 陣列和電解器被操作性地連接在一起并且分別被操作性地連接至公用電力網(wǎng)(utility power grid)，從而4吏得由所述光生伏打陣列生產(chǎn)的電力被選擇性地傳輸至所述公用電力網(wǎng)和所述電解器。通過(guò)下文提供的對(duì)典型實(shí)施例進(jìn)行的詳細(xì)描述將易于理解本發(fā)明的其它典型實(shí)施例。應(yīng)該理解盡管該詳細(xì)描述和特定實(shí)例示出了本 發(fā)明的典型實(shí)施例，但它們僅旨在示例性的目的且并不旨在限制本發(fā) 明的范圍。


通過(guò)詳細(xì)描述和附圖將更充分地理解本發(fā)明的典型實(shí)施例。 圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的將來(lái)自光生伏打陣列的電力選 擇性地傳輸至公用電力網(wǎng)和電解器的功率控制系統(tǒng)的框圖；圖2示出了對(duì)于公用電力網(wǎng)、光生伏打陣列和電解器而言在24小 時(shí)期間內(nèi)每小時(shí)的能量(kWh)與時(shí)間之間的關(guān)系；圖3示出了通過(guò)繪制出氫的成本($/kg)與電解器運(yùn)行電流(A) 之間的關(guān)系而實(shí)現(xiàn)的電解器的最優(yōu)化的運(yùn)行電流U。Pt);和圖4示出了對(duì)于僅通過(guò)太陽(yáng)能功率進(jìn)行的電解、通過(guò)利用凈計(jì)量的太陽(yáng)能功率和電力網(wǎng)功率進(jìn)行的電解以及通過(guò)利用可變電價(jià)的太陽(yáng)能 功率和電力網(wǎng)功率進(jìn)行的電解而言氫的成本($/kg)與電解器運(yùn)行電流(A)之間的關(guān)系。
具體實(shí)施方式
下面對(duì)實(shí)施例進(jìn)行的描述在本質(zhì)上僅是示例性的且絕不旨在限制 本發(fā)明及其應(yīng)用或使用。圖1是包括功率控制系統(tǒng)12的產(chǎn)品10的框圖。功率控制系統(tǒng)12 將來(lái)自光生伏打陣列14的光生伏打功率(直流電流)或來(lái)自公用電力 網(wǎng)16的交流功率中的至少一種結(jié)合在一起以便為電解器18供電。光生 伏打陣列14可以是任何適當(dāng)?shù)墓馍蜿嚵?，其包括，但不限于，?于晶體硅、非晶硅、碲化鎘和銅銦二硒化物的光生伏打模塊。這些光生 伏打模塊可包括，但不限于，由Sharp Electronics Corp, Huntington Beach, California制造的可從AAPS Alternative Power Systems, Carlsbad, California, USA獲得的Sharp NT-S5E1U模塊；由Sanyo Solar (Sanyo Electric Co. ， "d， Japan的一部分)制造的可從 Alternative Energy Store, LLC, Hudson, Massachusetts得到的SanyoHIP-190BA3模塊；以及其它適當(dāng)?shù)墓馍蚰K。電解器18通過(guò)對(duì)水進(jìn)行電解而生產(chǎn)氫和氧。電解器18可以是任何 適當(dāng)?shù)碾娊馄?。電解?8可以是包括陽(yáng)極、陰極以及位于其間的膜的 質(zhì)子交換膜(PEM)電解器或者任何其它適當(dāng)?shù)碾娊馄?。電解?8可以 是高壓電解器。電解器18的氫輸出物34在任何適當(dāng)?shù)膲毫ο卤皇占唾A存并被用 作燃料。通過(guò)將太陽(yáng)能功率與另一種電力來(lái)源如來(lái)自公用電力網(wǎng) (utility)的電力網(wǎng)電力結(jié)合在一起，如果需要，則電解器18可每天 運(yùn)行24小時(shí)，且由太陽(yáng)能供電的以電解方式生產(chǎn)氫在經(jīng)濟(jì)上是可行的， 原因在于降低了用來(lái)生產(chǎn)所需量的氫燃料的成本。在一個(gè)實(shí)施例中，光生伏打功率被連通至可變直流-直流轉(zhuǎn)換器20， 在所述轉(zhuǎn)換器中電流和電壓被轉(zhuǎn)換成用于電解器18的預(yù)定最優(yōu)化運(yùn)行 電流(I。Pt)和最優(yōu)化運(yùn)行電壓(V。pt)?？勺冎绷?直流轉(zhuǎn)換器20可以 是包括內(nèi)部電位計(jì)、線盤(pán)、半導(dǎo)體和其它電子器件的可變輸出直流功率 供應(yīng)電路。可變直流-直流轉(zhuǎn)換器20的輸出被電連接至電解器18?？勺冎绷?直流轉(zhuǎn)換器20受到預(yù)編程控制器(邏輯系統(tǒng))22的控 制，所述預(yù)編程控制器包括例如主計(jì)算機(jī)或微處理器以及相關(guān)聯(lián)的電 路、開(kāi)關(guān)和配線。被連接至電解器18和控制器22的安培計(jì)24測(cè)量出 輸入電解器18的總的直流電流輸入?？刂破?2利用來(lái)自安培計(jì)的對(duì)應(yīng) 于輸入電解器18的該總的直流電流輸入的信號(hào)來(lái)設(shè)定源于光生伏打陣 列14的電流(被限定為IDCA)和源于公用電力網(wǎng)16的電流(被限定為 IDCB)，以使得到達(dá)電解器18的總電流(IDeA+IDeB)等于電解器的最優(yōu) 化運(yùn)行電流(Ut)。最優(yōu)化電流是基于成本的，且Ut是由太陽(yáng)能供電 的電解器以最低成本生產(chǎn)氫所處的運(yùn)行電流。在另一實(shí)施例中，光生伏打陣列14通過(guò)電位計(jì)26而不是通過(guò)可變 直流-直流轉(zhuǎn)換器20被直接連通至電解器18。進(jìn)行直接接通的該可選電 路具有更低的電阻且允許實(shí)現(xiàn)比具有可變直流-直流轉(zhuǎn)換器20的電路更 高的系統(tǒng)效率。開(kāi)關(guān)32可被手動(dòng)操作且電位計(jì)26可受到控制器22的 控制。開(kāi)關(guān)32決定了電流是通過(guò)電位計(jì)26或是通過(guò)可變直流-直流轉(zhuǎn) 換器20被連通。當(dāng)光生伏打陣列14已經(jīng)被設(shè)計(jì)和構(gòu)造成在不利用可變 直流-直流轉(zhuǎn)換器20的情況下供應(yīng)電解器18所需的最優(yōu)化運(yùn)行電壓 (VDpt)時(shí)，利用通過(guò)電位計(jì)進(jìn)行的直接接通。當(dāng)利用該可選(直接接通)電路時(shí)，安培計(jì)24測(cè)量輸入電解器18的總的直流電流輸入?？刂?器22利用輸入電解器18的該總的直流電流輸入來(lái)設(shè)定來(lái)自光生伏打陣 列14的電流(被限定為IDeA)和來(lái)自公用電力網(wǎng)16的電流(被限定為 IDCB)，以使得到達(dá)電解器18的總電流(IDCA+IDCB)等于電解器的最優(yōu) 化運(yùn)行電流U。pt)。光生伏打陣列14被電連接至可變直流-交流逆變器30的輸入端。 可變直流-交流逆變器30將太陽(yáng)能直流電轉(zhuǎn)換成具有出售給公用電力網(wǎng) 16的電力所需的電流、電壓和波形的交流電?？勺冎绷?交流逆變器30 是包括內(nèi)部電位計(jì)、線盤(pán)、半導(dǎo)體和其它電子器件的可變輸出交流功率 供應(yīng)裝置或變壓器電路?？勺冎绷?交流逆變器30的輸出被連接至公用 電力網(wǎng)16以便出售對(duì)于運(yùn)行電解器18而言并不立即需要的過(guò)多的光生 伏打功率。輸出給電力網(wǎng)的該交流電流輸出也受到控制器22的控制。當(dāng)有必要通過(guò)可變直流-交流逆變器30來(lái)控制流至電解器18的電 流與流至公用電力網(wǎng)16的電流之比從而保持預(yù)定Ut時(shí)，可利用電位計(jì) 26。電位計(jì)26可在一定的電阻范圍內(nèi)被調(diào)節(jié)從而控制直接流至電解器 18的總的以光生伏打方式產(chǎn)生的電流的百分比和流至可變直流-交流逆 變器30的以光生伏打方式產(chǎn)生的電流的百分比。電位計(jì)26可被設(shè)定為 約零歐姆電阻以便在光生伏打陣列14與電解器18之間建立直接連接。 另一種可選方式是，電位計(jì)26可被調(diào)節(jié)成在電解器18與可變直流-交 流逆變器30之間以任何所需比率拆分以光生伏打方式產(chǎn)生的電流所需 要的任何電阻值。在一個(gè)實(shí)施例中，總的光生伏打電功率中的約75%被 連通至可變直流-交流逆變器30且總的光生伏打電流中的約25%被直接 傳送至電解器18。這種拆分比率可在日間將足夠的可再生光生伏打功率 提供給電力網(wǎng)以便等于在由于陽(yáng)光不足而使得無(wú)法獲得光生伏打功率 時(shí)取自電力公用電力網(wǎng)的用來(lái)使電解器運(yùn)行的電力網(wǎng)功率并使所述電 力網(wǎng)功率平衡。為了使功率損失最小化，電位計(jì)26的可變電阻被保持 盡可能地小從而符合保持電解器18與可變直流-交流逆變器30之間的 所需拆分比率的需要。由于光生伏打陣列14僅可在日照時(shí)間生產(chǎn)用來(lái)使電解器18運(yùn)行的 太陽(yáng)能電力，因此需要利用來(lái)自公用電力網(wǎng)16的功率而以成本有效的 方式產(chǎn)生氫燃料。然而，由于制造和利用氫燃料的主要原因是為了環(huán)境， 因此，除非以可再生的方式產(chǎn)生電力網(wǎng)電力，否則優(yōu)選應(yīng)該避免利用電力網(wǎng)電力。為了以完全可再生的方式生產(chǎn)氫，可利用超型號(hào)的光生伏打陣列14而在日照時(shí)間產(chǎn)生足夠的太陽(yáng)能功率來(lái)使電解器18運(yùn)行并且產(chǎn) 生過(guò)剩的太陽(yáng)能功率以便被傳送(出售)給公用電力網(wǎng)16。該過(guò)剩的太 陽(yáng)能可被視作被貯存在公用電力網(wǎng)中以便稍后利用的類(lèi)似銀行存款的 能量。公用電力網(wǎng)16隨后在晚間將等量的功率返售給氫產(chǎn)生系統(tǒng)以便 使電解器18在黑暗時(shí)間運(yùn)行。這種從公用電力網(wǎng)16被返售給氫產(chǎn)生系 統(tǒng)的功率被認(rèn)為是"可再生的"或"綠色的，，能量，原因在于，在日間 出售給公用電力網(wǎng)的太陽(yáng)能光生伏打電力使該功率得到了同等地平衡。 在充足日照期間，光生伏打輸出可大于電解器所需的最優(yōu)化電流部分 的光生伏打輸出通過(guò)可變直流-直流轉(zhuǎn)換器來(lái)使電解器運(yùn)行，且剩余的 光生伏打輸出通過(guò)可變直流-交流逆變器以便被出售給公用電力網(wǎng)。因 此，由電解器產(chǎn)生的氬可被完全歸類(lèi)為可再生燃料。在一個(gè)實(shí)施例中， 從光生伏打系統(tǒng)到達(dá)公用電力網(wǎng)的總的可再生電力流對(duì)應(yīng)于為了運(yùn)行 電解器和生產(chǎn)所需量的可再生氫燃料所需的可再生電能的量。圖2示出了每天24小時(shí)為電解器供電的太陽(yáng)能功率和電力網(wǎng)功率 的組合。如圖2所示，在24小時(shí)期間的中間，過(guò)多的太陽(yáng)能功率(來(lái) 自光生伏打陣列)被出售給公用電力網(wǎng)。在24小時(shí)期間開(kāi)始和結(jié)束時(shí)， 功率從公用電力網(wǎng)被出售給系統(tǒng)以便在光生伏打陣列不能生產(chǎn)出足夠 功率時(shí)為電解器供電。在一個(gè)實(shí)施例中，來(lái)自公用電力網(wǎng)的功率在晚間和其它低日照時(shí)間 進(jìn)入功率控制系統(tǒng)12。公用電力網(wǎng)16被連接至可變交流-直流轉(zhuǎn)換器 28，所述可變交流-直流轉(zhuǎn)換器將來(lái)自電力網(wǎng)的交流功率(U)轉(zhuǎn)換成 最優(yōu)化的直流電流和電壓以便在與當(dāng)時(shí)可得的任何光生伏打電流相結(jié) 合時(shí)使電解器18運(yùn)行?？勺兘涣?直流轉(zhuǎn)換器28是包括內(nèi)部電位計(jì)、 線盤(pán)、半導(dǎo)體和其它電子器件的可變輸出直流功率供應(yīng)電路?？勺兘涣?-直流轉(zhuǎn)換器28也受到控制器22的控制從而使得到達(dá)電解器18的相結(jié) 合的光生伏打電流(IDCA)和電力網(wǎng)電流輸入(IDCB)等于用于電解器的 最優(yōu)化運(yùn)行電流(I。pt)。因此，光生伏打系統(tǒng)可被構(gòu)建得足夠大以便產(chǎn)生足夠電力從而使電 解器基于氫成本的最小化而每天24小時(shí)且每年365天在其最優(yōu)化電流 下運(yùn)行。由于每天的日照小時(shí)數(shù)隨著季節(jié)產(chǎn)生變化且可隨著天氣條件而 有小時(shí)上的變化，因此光生伏打陣列的總面積可最好被制成用于平均條件的尺寸。為位置和光生伏打模塊取向而預(yù)計(jì)的總的每年的光生伏打輸 出應(yīng)該等于電解器在其最優(yōu)化電流下的總的每年的功率輸入。因此，在 給定年份中，由光生伏打系統(tǒng)生產(chǎn)的可再生太陽(yáng)能可存在過(guò)?；虿蛔悖L(zhǎng)期的可再生能量供應(yīng)將達(dá)到平均以便等于為了實(shí)現(xiàn)100%的可再生 氫燃料生產(chǎn)而所需的電解器輸入。美國(guó)的Energy National Renewable Energy Laboratory部門(mén)已經(jīng)測(cè)量并在標(biāo)準(zhǔn)表格中公開(kāi)了對(duì)于多個(gè)美國(guó) 位置的各種光生伏打系統(tǒng)而言的日射(入射的太陽(yáng)輻射)的峰值日照時(shí) 間的年平均數(shù)。每年的光生伏打模塊輸出可由在各種季節(jié)條件下的功率 輸出測(cè)量值決定，或者制造者提供了他們的產(chǎn)品在標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)輻射下的功 率、電流和電壓輸出的數(shù)據(jù)，可在正常運(yùn)行條件下對(duì)所述數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度 校正?？赏ㄟ^(guò)使平均峰值日照時(shí)間與平均的光生伏打模塊功率輸出相乘 而估計(jì)平均每日的光生伏打系統(tǒng)輸出(kWh),前提是如果對(duì)于所有季 節(jié)均確定了這兩個(gè)平均值的話。在另一實(shí)施例中，將被貯存在公用電力網(wǎng)16中且被回收以便稍后 利用的光生伏打能量產(chǎn)生容量UWh)的量可增加10-20%以便應(yīng)對(duì)兩個(gè) 功率轉(zhuǎn)換步驟以及所需的更長(zhǎng)的配線中的更大的損失。電路中的每個(gè)直 流-直流或交流-直流轉(zhuǎn)換器或者直流-交流逆變器的預(yù)期功率損失預(yù)期 為5-10%。電解器的最優(yōu)化運(yùn)行電流(IQPt)是對(duì)應(yīng)于每單位量的最小氫成本 的電解器運(yùn)行電流(I。P ) 。 Ut的值被用作使由太陽(yáng)能和電力網(wǎng)供電的 電解器系統(tǒng)每天24小時(shí)運(yùn)行的恒定運(yùn)行電流。如圖3所示，對(duì)于給定 的電解器而言，可能通過(guò)繪制出單位氫成本($/kg)與1。per的關(guān)系圖并 選擇使成本最小化的1。^值來(lái)確定用于電解器的最優(yōu)化運(yùn)行電流(I。Pt)。 由于每天生產(chǎn)的氫的質(zhì)量隨著1。p"的增加而增加，但通過(guò)每單位的輸入 電解器的電能所生產(chǎn)的氫的質(zhì)量(kg/kWh)測(cè)得的電解器效率隨著I。per 的增加而降低，因此使得成本曲線可通過(guò)最小值。在太陽(yáng)能電力被出售給公用電力網(wǎng)的情況下生產(chǎn)氫的成本是通過(guò) 公式l計(jì)算出來(lái)的，其中P。pt是電解器的最優(yōu)化功率H2生產(chǎn)成本($/kg)=[光生伏打系統(tǒng)成本+電解器成本+(購(gòu)電價(jià)格 。"J購(gòu)買(mǎi)的電力網(wǎng)功率xdt)-(售電價(jià)格。24f出售的電力網(wǎng)功率 xdt) ] x33. 35kWh/kg/ (P。ptX電解器效率x24h)(公式1)利用氫的低熱值(LHV) ( 33. 35kWh/kg),利用公式2來(lái)計(jì)算總的氫產(chǎn)量，其中Ut是最優(yōu)化電流、V。pt是電解器的最優(yōu)化電壓、并且P。pt 是電解器的最優(yōu)化功率 總的112產(chǎn)量-[UtxV叩tX電解器效率Od)x24h/33. 35kWh/kg]xl/100°/。 —P。ptX電解器效率W)x24h/33. 35kWh/kg]xl/100% (公式2) 必須利用在低熱值下的1.23伏特的水電解電位來(lái)一致性地確定電 解器效率，其中V，r是電解器的運(yùn)行電壓(公式3):電解器效率(LHV)-10(^x串聯(lián)的電解器電池的數(shù)量x1. 23伏特/V, (公式3 )。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，以恒定的電價(jià)($/kWh)將通過(guò)由太陽(yáng) 能和電力網(wǎng)供電的氫產(chǎn)生器所生產(chǎn)的太陽(yáng)能電力出售給公用電力網(wǎng)。當(dāng) 在一天中的任何時(shí)間向公用電力網(wǎng)購(gòu)電或售電的電價(jià)均相同時(shí)，該政策 被稱(chēng)作凈計(jì)量(net metering)。在凈計(jì)量的公用電力網(wǎng)政策下，這種 政策已存在于美國(guó)的多個(gè)州中，電表使得光生伏打系統(tǒng)的所有者為介于 購(gòu)買(mǎi)的電力網(wǎng)電力與出售的光生伏打電力之間的凈差值，即在由公用電 力網(wǎng)設(shè)定的當(dāng)前價(jià)格下購(gòu)買(mǎi)的電力減去出售的電力，做出支付。在另一實(shí)施例中，以可變的電價(jià)($/kWh)將太陽(yáng)能電力出售給公 用電力網(wǎng)。如果可基于一天中當(dāng)時(shí)的電力需求與公用電力網(wǎng)公司協(xié)商用 于向公用電力網(wǎng)購(gòu)買(mǎi)或出售電力的電價(jià)，則該政策可被稱(chēng)作可變定價(jià)。 具有潛在的高電價(jià)的峰值電力需求通常出現(xiàn)在寒冷天氣的約正午時(shí)以 及溫暖氣候中的夏季的下午中最熱的部分時(shí)。晚間的電力需求是最低 的，且潛在地降低了電價(jià)。在假設(shè)的"可變比率計(jì)劃，，中，光生伏打系 統(tǒng)的所有者將需要請(qǐng)求公用電力網(wǎng)在峰值需求時(shí)間支付比用于出售給 公用電力網(wǎng)的光生伏打功率的凈計(jì)量比率更高的比率，并且在夜間和任 何其它的低需求時(shí)間以比用于電力網(wǎng)功率的凈計(jì)量比率更低的比率出 售光生伏打所有者功率從而使電解器運(yùn)行。如圖4所示，單位氫成本($/kg)根據(jù)功率控制系統(tǒng)12是僅利用太陽(yáng)能功率或是利用太陽(yáng)能功率和來(lái)自公用電力網(wǎng)的功率的組合而產(chǎn) 生變化。此外，如圖4所示，當(dāng)光生伏打系統(tǒng)利用基于在一天中變化的電需求的可變電價(jià)時(shí)而并不是利用凈計(jì)量時(shí)，單位氫成本是降低的。圖 4所示的實(shí)施例所基于的是在Las Vegas利用來(lái)自固定角度的光生伏打 陣列的電力而每天運(yùn)行24小時(shí)的20個(gè)電池的電解器。上面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行的描述在本質(zhì)上僅是示例性的，且因此 對(duì)其做出的變化不被視為偏離了本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1、一種產(chǎn)品，所述產(chǎn)品包括光生伏打陣列和電解器，所述光生伏打陣列和電解器被操作性地連接在一起并且分別被操作性地連接至公用電力網(wǎng)，從而使得由所述光生伏打陣列生產(chǎn)的電力被選擇性地傳輸至所述公用電力網(wǎng)和所述電解器。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，其中當(dāng)來(lái)自所述光生伏打陣列的 電力的至少一部分并未被所述電解器需要時(shí)，由所述光生伏打陣列生產(chǎn) 的電力的至少一部分被傳輸至所述公用電力網(wǎng)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，進(jìn)一步包括控制器來(lái)控制電力流 從而使得電力從所述光生伏打陣列或所述公用電力網(wǎng)中的至少一種被 選擇性地傳輸至所述電解器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的產(chǎn)品，其中到達(dá)所述電解器的總的電力 流對(duì)應(yīng)于被預(yù)先確定以使生產(chǎn)氫的成本最小化的用于所述電解器的最 優(yōu)化運(yùn)4亍電流。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，進(jìn)一步包括被電連接至所述光生 伏打陣列和所述公用電力網(wǎng)的可變直流-交流逆變器。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，進(jìn)一步包括被電連接至所述電解 器的安培計(jì)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，進(jìn)一步包括被電連接至所述公用 電力網(wǎng)和所述安培計(jì)的可變交流-直流轉(zhuǎn)換器。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，進(jìn)一步包括被電連接至所述光生 伏打陣列和所述安培計(jì)的電位計(jì)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，進(jìn)一步包括被電連接至所述光生 伏打陣列和所述安培計(jì)的可變直流-直流轉(zhuǎn)換器。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，進(jìn)一步包括介于所述光生伏打陣 列與所述電位計(jì)或所述可變直流-直流轉(zhuǎn)換器中的至少 一種之間的開(kāi) 關(guān)。
11、 一種產(chǎn)品，所述產(chǎn)品包括 光生伏打陣列；被電連接至所述光生伏打陣列的可變直流-交流逆變器； 被電連接至所述可變直流-交流逆變器的公用電力網(wǎng)；被電連接至所述公用電力網(wǎng)的可變交流-直流轉(zhuǎn)換器； 被電連接至所述光生伏打陣列的可變直流-直流轉(zhuǎn)換器或電位計(jì)中 的至少一種；被電連接至所述可變交流-直流轉(zhuǎn)換器且被電連接至所述可變直流 -直流轉(zhuǎn)換器或所述電位計(jì)中的至少一種的安培計(jì)； 被連接至所述安培計(jì)的電解器；和被構(gòu)造和布置成控制從所述光生伏打陣列和所述公用電力網(wǎng)到達(dá) 所述電解器的電力流的控制器。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的產(chǎn)品，其中所述可變直流-直流轉(zhuǎn)換器 和所述電位計(jì)通過(guò)開(kāi)關(guān)被連接至所述光生伏打陣列。
13、 一種工藝，所述工藝包括將來(lái)自公用電力網(wǎng)和來(lái)自光生伏打 陣列的電力選擇性地傳輸至電解器。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的工藝，其中當(dāng)來(lái)自所述光生伏打陣列 的電力的至少一部分并未被所述電解器需要時(shí)，來(lái)自所述光生伏打陣列 的電力的至少一部分被傳輸至所述公用電力網(wǎng)。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的工藝，其中利用可變直流-交流逆變器 將電力從所述光生伏打陣列傳輸至所述公用電力網(wǎng)。
16、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的工藝，其中利用電位計(jì)或可變直流-直流轉(zhuǎn)換器中的至少一種將電力從所述光生伏打陣列傳輸至所述電解 器。
17、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的工藝，進(jìn)一步包括在將電力傳輸至所 述電解器之前將來(lái)自所述公用電力網(wǎng)的電力轉(zhuǎn)換成直流。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的工藝，其中所述轉(zhuǎn)換是利用可變交流-直流轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)的。
19、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的工藝，進(jìn)一步包括利用控制器來(lái)控制 到達(dá)所述電解器的總的電力流，所述控制器包括主計(jì)算機(jī)或微處理器以 及相關(guān)聯(lián)的電路、開(kāi)關(guān)和配線。
20、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的工藝，其中到達(dá)所述電解器的所述總 的電力流對(duì)應(yīng)于用于所述電解器的最優(yōu)化運(yùn)行電流。
21、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的工藝，其中從所述光生伏打系統(tǒng)到達(dá) 所述公用電力網(wǎng)的總的可再生電力流對(duì)應(yīng)于為了使所述電解器運(yùn)行且 為了生產(chǎn)所需量的可再生氫燃料所需要的可再生電能的量。
22、根據(jù)權(quán)利要求19所述的工藝，其中在所述光生伏打系統(tǒng)與所 述公用電力網(wǎng)之間進(jìn)行的可再生電力流的傳遞使得光生伏打電解器系 統(tǒng)能夠連續(xù)地、可再生地并且可持續(xù)地運(yùn)行，同時(shí)使得在降低了每單位 量的成本的情況下產(chǎn)生氫燃料。
全文摘要
本發(fā)明涉及利用組合功率進(jìn)行電解降低可再生氫燃料生產(chǎn)成本的設(shè)備。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例包括光生伏打陣列和電解器，所述光生伏打陣列和電解器被操作性地連接在一起并且分別被操作性地連接至公用電力網(wǎng)，從而使得由所述光生伏打陣列生產(chǎn)的電力被選擇性地傳輸至所述公用電力網(wǎng)和所述電解器。所產(chǎn)生的工藝使得提高了利用太陽(yáng)能生產(chǎn)氫的工藝的效率，并且導(dǎo)致可再生氫的成本變得更低。
文檔編號(hào)H02J3/38GK101275236SQ20081008741
公開(kāi)日2008年10月1日 申請(qǐng)日期2008年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月27日
發(fā)明者N·A·凱利, T·L·吉布森 申請(qǐng)人:通用汽車(chē)環(huán)球科技運(yùn)作公司