基于TRNSYS的光伏-太阳能热-储氢-碱性燃料电池系统模型及建模方法

基于trnsys的光伏-太阳能热-储氢-碱性燃料电池系统模型及建模方法
技术领域
1.本技术涉及系统建模仿真技术领域，尤其是一种基于trnsys的光伏-太阳能热-储氢-碱性燃料电池系统模型及建模方法。


背景技术：

2.建筑在节能减排方面具有巨大潜力。建筑能耗除了包括施工过程中的能源消耗外，还包括建筑使用过程中因照明、各种电器、供暖和制冷等引起的能源消耗。我国大力倡导可再生能源与传统建筑能源供应系统相结合。而太阳能是一种有价值的可再生能源，其成本低，利用技术相当成熟。然而，不应忽视的是，太阳能具有间歇性的自然特征。目前的研究表明，当小型分布式光伏系统连接到公共电网时，不稳定的光伏发电将影响电网的电能质量。因此，如何高效利用光伏电力已成为太阳能利用的一个挑战。在太阳能系统中增加储能系统已成为解决这一问题的最佳解决方案。
3.由于高能效和环境友好，氢气是目前最有价值的能源载体之一。因此使用氢气作为储存可再生能源电力的能源载体，可以补偿可再生能源的间歇性和波动性，并增强与电网耦合的能源系统的稳定性，这对能源的可持续发展至关重要，因此氢储能在当今正变得越来越受欢迎。而对于氢的再电化，也就是说，氢能再次转化为电能。使用燃料电池是最大限度地提高氢气潜在效益的首选方式。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于在一定程度上解决现有太阳能利用中存在的技术问题之一，提出一种基于trnsys的光伏-太阳能热-储氢-碱性燃料电池系统模型及建模方法，该光伏-太阳能热-储氢-碱性燃料电池系统用于满足建筑的供暖、制冷以及热水需求。并将剩余的光伏电量转化为氢气储存，在系统有电量需求时，通过碱性燃料电池为消耗储存的氢气产生电量，并供给给系统。
5.本发明利用trnsys软件对光伏-太阳能热-储氢-碱性燃料电池系统进行逐时仿真，为提高太阳能利用率提供发展方向和技术指导。
6.本发明的技术方案：
7.一种基于trnsys的光伏-太阳能热-储氢-碱性燃料电池系统模型，该基于trnsys的光伏-太阳能热-储氢-碱性燃料电池系统模型包括光伏子系统、太阳能集热储热子系统、供暖子系统、制冷子系统、储氢子系统、燃料电池子系统和控制系统；
8.(1)光伏子系统包括：气象参数部分和光伏部分；
9.气象参数与光伏板相连，将气象参数传递到光伏板；
10.(2)太阳能集热储热子系统包括：气象参数部分、太阳能集热器部分、蓄热水箱部分、温差控制部分、生活用热水部分；
11.将气象参数导入太阳能集热器，集热器出口连接蓄热水箱内的换热器，水箱换热
器出口经过集热水泵连回至集热器，气象参数将室外温度传递蓄热水箱外壁面；集热器出口温度连接温差控制器的高区温度，蓄热水箱的换热器出口温度连接温差控制器的地区温度，通过输出控制信号，控制集热水泵的启停；蓄热水箱将一部分的热水与自来水混合，作为生活用热水使用；
12.(3)供暖子系统包括：供暖水箱部分、电锅炉部分、供暖水泵部分和供暖负荷部分；
13.蓄热水箱将一部分热传递至供暖水箱，供暖水箱出口连接电锅炉入口侧，电锅炉出口侧与供暖水泵相连，供暖水泵将热水传递至用户侧负荷换热器，最后用户侧负荷换热器出口连回供暖水箱。供暖负荷的参数通过负荷读取部件进行传递至用户侧负荷换热器；
14.(4)制冷子系统包括：冷水机组部分、冷却水泵部分和制冷负荷部分；
15.冷水机组的出口与用户侧负荷换热器相连，用户侧负荷换热器出口与冷却水泵相连，最后冷却水泵将冷却水连回冷水机组。制冷负荷的参数通过负荷读取部件进行传递至负荷换热器；
16.(5)储氢子系统包括：功率调节器部分、碱性电解槽部分、压缩机部分和储氢罐部分；
17.将剩余光伏电量传递至功率调节器，功率调节器将电压和电流输出到碱性电解槽，碱性电解槽将产生的氢气传递至压缩机，氢气经压缩机处理后传递至高压储氢罐储存；
18.(6)燃料电池子系统包括：碱性燃料电池部分；
19.储氢罐与碱性燃料电池相连，将氢气传递至燃料电池，利用燃料电池发电为系统提供电量，同时将燃料电池工作时产生的热量传递至蓄热水箱内换热器，实现燃料电池的废热回收；
20.(7)控制子系统包括：分水阀门部分运行控制计算器部分、供暖水泵和电锅炉运行控制计算器部分、冷却水泵和冷水机组运行控制计算器部分和电量管理计算器部分；碱性电解槽、压缩机和燃料电池控制计算器部分；
21.阀门部分运行控制计算器部分通过监测蓄热水箱内的温度以及自来水温度，然后通过运行逻辑公式，输出结果控制分水阀门的切换方向；供暖水箱的出水温度、负荷读取器读取供暖负荷文件将参数传递至供暖水泵、电锅炉控制器，然后通过运行逻辑公式，输出结果控制水泵和电锅炉的启停；同样，负荷读取器读取制冷负荷将参数传递至冷却水泵和冷水机组控制器，通过然后通过运行逻辑公式，输出结果控制冷却水泵和冷水机组的启停；将剩余光伏电量参数传递至碱性电解槽、压缩机控制计算器部分，然后通过运行逻辑公式，输出结果控制性电解槽、压缩机的启停；电量管理计算器部分传递未满足的系统电量参数至控制计算器部分，控制燃料电池的启停。
22.其中：
23.所述气象参数部分用于设置气象参数；
24.所述光伏板部分用于设定光伏板面积以及安装角度；
25.所述太阳能集热器部分用于设定集热器面积以及集热效率；
26.所述蓄热水箱部分用于设定水箱容积和外壁面温度；
27.所述温差控制器部分用于设定集热水泵启停，控制器根据集热水箱出口水温与集热器出口水温温差输出开启或关闭命令；
28.所述生活用热水部分用于设定热水使用时间并计算热水负荷；
29.所述电锅炉部分用于设定电锅炉额定制热量；
30.所述用户侧负荷换热器部分用于设定换热效率；
31.所述负荷读取器用于设定系统供暖负荷或制冷负荷文件；
32.所述冷水机组部分用于设定冷水机组额定制冷量；
33.所述水泵部分用于设定水泵的流量；
34.所述功率调节器部分用于设定功率调节器的标称功率以及运行电压；
35.所述碱性电解槽部分用于设定电解时允许的最大电流和电压；
36.所述压缩机部分用于设定压缩机的压缩级数；
37.所述储氢罐部分用于设定储氢罐的容积；
38.所述碱性燃料电池用于设定碱性燃料电池的数目；
39.所述水泵行控制计算器部分用于设定水泵；
40.所述阀门运行控制计算器部分用于设定分水阀的切换方向；
41.所述供暖水泵、电锅炉运行控制计算器部分用于设定水泵、电锅炉的启停；
42.所述冷却水泵、冷水机组行控制计算器部分用于设定冷却水泵、冷水机组启停；
43.所述碱性燃料电池控制计算器部分用于设定碱性燃料电池启停；
44.所述结果输出部分用于包括图形输出与数据输出，用于设定结果输出。
45.一种基于trnsys的光伏-太阳能热-储氢-碱性燃料电池系统模型的建模方法，其如下步骤：
46.步骤s1，设定气象参数部分；其中所使用的气象参数文件为典型气象年数据；
47.步骤s2，设定光伏板部分；其中光伏面积通过建筑屋顶面积确定，安装角度通过当地的纬度确定；
48.步骤s3，设定太阳能集热器部分；其中太阳能集热器面积通过太阳辐照量、太阳能保证率、建筑屋顶的安装面积确定，太阳能集热器效率通过产品参数确定；
49.步骤s4，设定蓄热水箱部分；其中蓄热水箱容积通过集热器面积与水箱容积的比例来确定，外壁面温度设定为环境温度；
50.步骤s5，设定温差控制器部分，其中温差控制开启器的控制方程如下：
51.若最开始温差控制开启：
52.若dt
lower
≤t
h-t
l
，ri＝1；
53.若dt
lower
》t
h-t
l
，ri＝0；
54.若最开始温差控制关闭：
55.dt
upper
≤t
h-t
l
，ri＝1；
56.若dt
upper
》t
h-t
l
，ri＝0。
57.当tm》100，ri＝0。
58.其中，ri为输出信号，th为温差控制器的输入温度上限，t
l
为温差控制器的输入温度下限，dt
upper
温差控制器的上限死区温度，dt
lower
为下限死区温度，tm为温差控制器的输入监测温度，0表示关闭命令，1表示开启命令。
59.步骤s6，设定生活用水部分，通过设定建筑内人员生活用热水的使用规律，确定所需的热水负荷；
60.步骤s7，设定电锅炉部分；其中电锅炉额定制热量由最大供暖热负荷确定；
61.步骤s8，设定冷水机组部分；其中冷水机组额定制冷量由最大制冷冷负荷确定；
62.步骤s9，设定水泵部分；其中集热水泵根据太阳能集热器面积与工作流体的单位面积流量确定，供暖水泵流量根据供暖热负荷大小及设计供回水温温差确定；冷却水泵流量根据制冷冷负荷大小及设计供回水温温差确定；
63.步骤s10，设定供暖和制冷负荷部分；其中供暖和制冷负荷由trnbuild软件模拟后作为外部文件通过负荷读取器导入；
64.步骤s11，设定功率调节器和电解槽部分；其中功率调节器标称功率通过剩余的光伏电量确定；碱性电解槽的最大运行电流通过功率调节器的输出电流确定；
65.步骤s12，设定压缩机和储氢罐部分，其中压缩机的压缩级数和储氢罐的容积通过电解槽的氢气速率确定；
66.步骤s13，设定碱性燃料电池部分，其中碱性燃料电池的电池数目通过光伏系统不能满足的系统电量确定；
67.步骤s14，设定阀门、水泵、电锅炉、冷水机组、碱性电解槽、压缩机、燃料电池的运行控制计算部分；
68.(1)分水阀切换条件：通过判断蓄热水箱内的热水是否大于45℃来控制分水阀的切换方向。
69.(2)供暖水泵和电锅炉的开启条件：通过判断建筑小时供暖负荷是否大于0以及供暖水箱负荷侧出口温度是否低于50℃来控制电锅炉和供暖水泵的开启进度。
70.(3)冷却水泵和冷水机组的开启条件：通过判断建筑物每小时的冷负荷来控制制冷机组和冷却水泵的启停。
71.(4)碱性电解槽和压缩机的开启条件：通过监测光伏系统的过剩功率来控制碱性电解槽和压缩机。
72.(5)碱性燃料电池的开启条件：碱性燃料电池的运行时间通过监测光伏系统无法满足的系统电量来控制，当无法满足的电量超过25kw时，碱性燃料电池开启。
73.步骤s15，设定结果输出部分；其中输出结果为光伏板全年发电量、太阳能集热器全年集热量、供暖系统全年耗电量、制冷系统全年耗电量，全年氢气生产量、碱性燃料电池的全年发电量。
74.本发明有益效果：
75.(1)本发明利用trnsys软件设计了光伏-太阳能热-储氢-碱性燃料电池系统。并根据不同子系统的运行情况设计了不同的控制策略，并对系统进行了全年的仿真模拟。结果显示光伏-太阳能热-储氢-碱性燃料电池系统能够更高效的利用太阳能，减少对电网造成的负担。
76.(2)本发明为光伏-太阳能热-储氢-碱性燃料电池系统的现实应用提供了有力依据。
附图说明
77.图1为本发明中光伏-太阳能热-储氢-碱性燃料电池系统仿真模型原理示意图；
78.图2为本发明中光伏板的全年发电量；
79.图3为本发明中集热器的全年集热量；
80.图4为本发明中供暖子系统的全年耗电量；
72.图5为本发明中制冷子系统的全年耗电量；
81.图6为本发明中电解槽的全年产氢量；
82.图7为本发明中碱性燃料电池的全年产电量。
具体实施方式
83.下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例是在本发明的技术要求的前提下实施的，并给出了详细的实施过程和具体的操作步骤。
84.实施例
85.本实施例提出一种基于trnsys的光伏-太阳能热-储氢-碱性燃料电池系统模型及建模方法，该光伏-太阳能热-储氢-碱性燃料电池系统用于满足建筑的供暖、制冷以及热水需求。并将剩余的光伏电量转化为氢气储存，在系统有电量需求时，通过碱性燃料电池为消耗储存的氢气产生电量，并供给给系统。
86.本发明利用trnsys软件对伏-光热-储氢-燃料电池系统进行逐时仿真，为提高太阳能利用率提供发展方向和技术指导。
87.本发明的技术方案：
88.一种基于trnsys的光伏-太阳能热-储氢-碱性燃料电池系统模型，该基于trnsys的光伏-太阳能热-储氢-碱性燃料电池系统模型包括光伏子系统、太阳能集热储热子系统、供暖子系统、制冷子系统、储氢子系统、燃料电池子系统和控制系统；
89.(1)光伏子系统包括：气象参数部分和光伏部分；
90.气象参数与光伏板相连，将气象参数传递到光伏板；
91.(2)太阳能集热储热子系统包括：气象参数部分、太阳能集热器部分、蓄热水箱部分、温差控制部分、生活用热水部分；
92.将气象参数导入太阳能集热器，集热器出口连接蓄热水箱内的换热器，水箱换热器出口经过集热水泵连回至集热器，气象参数将室外温度传递蓄热水箱外壁面；集热器出口温度连接温差控制器的高区温度，蓄热水箱的换热器出口温度连接温差控制器的地区温度，通过输出控制信号，控制集热水泵的启停；蓄热水箱将一部分的热水与自来水混合，作为生活用热水使用；
93.(3)供暖子系统包括：供暖水箱部分、电锅炉部分、供暖水泵部分和供暖负荷部分；
94.蓄热水箱将一部分热传递至供暖水箱，供暖水箱出口连接电锅炉入口侧，电锅炉出口侧与供暖水泵相连，供暖水泵将热水传递至用户侧负荷换热器，最后用户侧负荷换热器出口连回供暖水箱。供暖负荷的参数通过负荷读取部件进行传递至用户侧负荷换热器；
95.(4)制冷子系统包括：冷水机组部分、冷却水泵部分和制冷负荷部分；
96.冷水机组的出口与用户侧负荷换热器相连，用户侧负荷换热器出口与冷却水泵相连，最后冷却水泵将冷却水连回冷水机组。制冷负荷的参数通过负荷读取部件进行传递至负荷换热器；
97.(5)储氢子系统包括：功率调节器部分、碱性电解槽部分、压缩机部分和储氢罐部分；
98.将剩余光伏电量传递至功率调节器，功率调节器将电压和电流输出到碱性电解
槽，碱性电解槽将产生的氢气传递至压缩机，氢气经压缩机处理后传递至高压储氢罐储存；
99.(6)燃料电池子系统包括：碱性燃料电池部分；
100.储氢罐与碱性燃料电池相连，将氢气传递至燃料电池，利用燃料电池发电为系统提供电量，同时将燃料电池工作时产生的热量传递至蓄热水箱内换热器，实现燃料电池的废热回收；
101.(7)控制子系统包括：阀门部分运行控制计算器部分、供暖水泵和电锅炉运行控制计算器部分、冷却水泵和冷水机组运行控制计算器部分和电量管理计算器部分；碱性电解槽、压缩机和燃料电池控制计算器部分；
102.阀门部分运行控制计算器部分通过监测蓄热水箱内的温度以及自来水温度，然后通过运行逻辑公式，输出结果控制分水阀门的切换方向；供暖水箱的出水温度、负荷读取器读取供暖负荷文件将参数传递至供暖水泵、电锅炉控制器，然后通过运行逻辑公式，输出结果控制水泵和电锅炉的启停；同样，负荷读取器读取制冷负荷将参数传递至冷却水泵和冷水机组控制器，通过然后通过运行逻辑公式，输出结果控制冷却水泵和冷水机组的启停；将剩余光伏电量参数传递至碱性电解槽、压缩机控制计算器部分，然后通过运行逻辑公式，输出结果控制性电解槽、压缩机的启停；电量管理计算器部分传递未满足的系统电量参数至控制计算器部分，控制燃料电池的启停。
103.其中：
104.所述气象参数部分用于设置气象参数；
105.所述光伏板部分用于设定光伏板面积以及安装角度；
106.所述太阳能集热器部分用于设定集热器面积以及集热效率；
107.所述蓄热水箱部分用于设定水箱容积和外壁面温度；
108.所述温差控制器部分用于设定集热水泵启停，控制器根据集热水箱出口水温与集热器出口水温温差输出开启或关闭命令；
109.所述生活用热水部分用于设定热水使用时间并计算热水负荷；
110.所述电锅炉部分用于设定电锅炉额定制热量；
111.所述用户侧负荷换热器部分用于设定换热效率；
112.所述负荷读取器部分用于设定系统供暖负荷或制冷负荷文件；
113.所述冷水机组部分用于设定冷水机组额定制冷量；
114.所述水泵部分用于设定水泵的流量；
115.所述功率调节器部分用于设定功率调节器的标称功率以及运行电压；
116.所述碱性电解槽部分用于设定电解时允许的最大电流和电压；
117.所述压缩机部分用于设定压缩机的压缩级数；
118.所述储氢罐部分用于设定储氢罐的容积；
119.所述碱性燃料电池用于设定碱性燃料电池的数目；
120.所述阀门运行控制计算器部分用于设定分水阀的切换方向；
121.所述供暖水泵、电锅炉运行控制计算器部分用于设定水泵、电锅炉的启停；
122.所述冷却水泵、冷水机组行控制计算器部分用于设定冷却水泵、冷水机组启停；
123.所述碱性燃料电池控制计算器部分用于设定碱性燃料电池启停；
124.所述结果输出部分用于包括图形输出与数据输出，用于设定结果输出。
125.相应的基于trnsys的光伏-太阳能热-储氢-碱性燃料电池系统模型的建模具体步骤如下所示：
126.步骤s1，设定气象参数部分；其中所使用的气象参数文件为典型气象年数据；
127.步骤s2，设定光伏板部分；其中光伏面积通过建筑屋顶面积确定，安装角度通过当地的纬度确定；
128.步骤s3，设定太阳能集热器部分；其中太阳能集热器面积通过太阳辐照量、太阳能保证率、建筑屋顶的安装面积确定，太阳能集热器效率通过产品参数确定；
129.步骤s4，设定蓄热水箱部分；其中蓄热水箱容积通过集热器面积与水箱容积的比例来确定，外壁面温度设定为环境温度；
130.步骤s5，设定温差控制器部分，其中温差控制开启器的控制方程如下：
131.若最开始温差控制开启：
132.若dt
lower
≤t
h-t
l
，ri＝1；
133.若dt
lower
》t
h-t
l
，ri＝0；
134.若最开始温差控制关闭：
135.dt
upper
≤t
h-t
l
，ri＝1；
136.若dt
upper
》t
h-t
l
，ri＝0。
137.当tm》100，ri＝0。
138.其中，ri为输出信号，th为温差控制器的输入温度上限，t
l
为温差控制器的输入温度下限，dt
upper
温差控制器的上限死区温度，dt
lower
为下限死区温度，tm为温差控制器的输入监测温度，0表示关闭命令，1表示开启命令。
139.步骤s6，设定生活用水部分，通过设定建筑内人员生活用热水的使用规律，确定所需的热水负荷；
140.步骤s7，设定电锅炉部分；其中电锅炉额定制热量由最大供暖热负荷确定；
141.步骤s8，设定冷水机组部分；其中冷水机组额定制冷量由最大制冷冷负荷确定；
142.步骤s9，设定水泵部分；其中集热水泵根据太阳能集热器面积与工作流体的单位面积流量确定，供暖水泵流量根据供暖热负荷大小及设计供回水温温差确定；冷却水泵流量根据制冷冷负荷大小及设计供回水温温差确定；
143.步骤s10，设定供暖和制冷负荷部分；其中供暖和制冷负荷由trnbuild软件模拟后作为外部文件通过负荷读取器导入；
144.步骤s11，设定功率调节器和电解槽部分；其中功率调节器标称功率通过剩余的光伏电量确定；碱性电解槽的最大运行电流通过功率调节器的输出电流确定；
145.步骤s12，设定压缩机和储氢罐部分，其中压缩机的压缩级数和储氢罐的容积通过电解槽的氢气速率确定；
146.步骤s13，设定碱性燃料电池部分，其中碱性燃料电池的电池数目通过光伏系统不能满足的系统电量确定；
147.步骤s14，设定阀门、水泵、电锅炉、冷水机组、碱性电解槽、压缩机、燃料电池的运行控制计算部分；
148.(1)分水阀切换条件：通过判断蓄热水箱内的热水是否大于45℃来控制分水阀的切换方向。
149.(2)供暖水泵和电锅炉的开启条件：通过判断建筑小时供暖负荷是否大于0以及供暖水箱负荷侧出口温度是否低于50℃来控制电锅炉和供暖水泵的开启进度。
150.(3)冷却水泵和冷水机组的开启条件：通过判断建筑物每小时的冷负荷来控制制冷机组和冷却水泵的启停。
151.(4)碱性电解槽和压缩机的开启条件：通过监测光伏系统的过剩功率来控制碱性电解槽和压缩机。
152.(5)碱性燃料电池的开启条件：碱性燃料电池的运行时间通过监测光伏系统无法满足的系统电量来控制，当无法满足的电量超过25kw时，碱性燃料电池开启。
153.步骤s15，设定结果输出部分；其中输出结果为光伏板全年发电量、太阳能集热器全年集热量、供暖系统全年耗电量、制冷系统全年耗电量，全年氢气生产量、碱性燃料电池的全年发电量。

技术特征：
1.一种基于trnsys的光伏-太阳能热-储氢-碱性燃料电池系统模型，其特征在于，该基于trnsys的光伏-太阳能热-储氢-碱性燃料电池系统模型包括光伏子系统、太阳能集热储热子系统、生活用热水子系统、供暖子系统、制冷子系统、储氢子系统、燃料电池子系统和控制系统；(1)光伏子系统包括：气象参数部分和光伏部分；气象参数与光伏板相连，将气象参数传递到光伏板；(2)太阳能集热储热子系统包括：气象参数部分、太阳能集热器部分、蓄热水箱部分、温差控制部分、生活用热水部分；将气象参数导入太阳能集热器，集热器出口连接蓄热水箱内的换热器，水箱换热器出口经过集热水泵连回至集热器，气象参数将室外温度传递蓄热水箱外壁面；集热器出口温度连接温差控制器的高区温度，蓄热水箱的换热器出口温度连接温差控制器的地区温度，通过输出控制信号，控制集热水泵的启停；蓄热水箱将一部分的热水与自来水混合，作为生活用热水使用；(3)供暖子系统包括：供暖水箱部分、电锅炉部分、供暖水泵部分和供暖负荷部分；蓄热水箱将一部分热传递至供暖水箱，供暖水箱出口连接电锅炉入口侧，电锅炉出口侧与供暖水泵相连，供暖水泵将热水传递至用户侧负荷换热器，最后用户侧负荷换热器出口连回供暖水箱。供暖负荷的参数通过负荷读取部件进行传递至用户侧负荷换热器；(4)制冷子系统包括：冷水机组部分、冷却水泵部分和制冷负荷部分；冷水机组的出口与用户侧负荷换热器相连，用户侧负荷换热器出口与冷却水泵相连，最后冷却水泵将冷却水连回冷水机组。制冷负荷的参数通过负荷读取部件进行传递至负荷换热器；(5)储氢子系统包括：功率调节器部分、碱性电解槽部分、压缩机部分和储氢罐部分；将剩余光伏电量传递至功率调节器，功率调节器将电压和电流输出到碱性电解槽，碱性电解槽将产生的氢气传递至压缩机，氢气经压缩机处理后传递至高压储氢罐储存；(6)燃料电池子系统包括：碱性燃料电池部分；储氢罐与碱性燃料电池相连，将氢气传递至燃料电池，利用燃料电池发电为系统提供电量，同时将燃料电池工作时产生的热量传递至蓄热水箱内换热器，实现燃料电池的废热回收；(7)控制子系统包括：分水阀门部分运行控制计算器部分、供暖水泵和电锅炉运行控制计算器部分、冷却水泵和冷水机组运行控制计算器部分和电量管理计算器部分；碱性电解槽、压缩机和燃料电池控制计算器部分；阀门部分运行控制计算器部分通过监测蓄热水箱内的温度以及自来水温度，然后通过运行逻辑公式，输出结果控制分水阀门的切换方向；供暖水箱的出水温度、负荷读取器读取供暖负荷文件将参数传递至供暖水泵、电锅炉控制器，然后通过运行逻辑公式，输出结果控制水泵和电锅炉的启停；同样，负荷读取器读取制冷负荷将参数传递至冷却水泵和冷水机组控制器，通过然后通过运行逻辑公式，输出结果控制冷却水泵和冷水机组的启停；将剩余光伏电量参数传递至碱性电解槽、压缩机控制计算器部分，然后通过运行逻辑公式，输出结果控制性电解槽、压缩机的启停；电量管理计算器部分传递未满足的系统电量参数至控制计算器部分，控制燃料电池的启停。
其中：所述气象参数部分用于设置气象参数；所述光伏板部分用于设定光伏板面积以及安装角度；所述太阳能集热器部分用于设定集热器面积以及集热效率；所述蓄热水箱部分用于设定水箱容积和外壁面温度；所述温差控制器部分用于设定集热水泵启停，控制器根据集热水箱出口水温与集热器出口水温温差输出开启或关闭命令；所述生活用热水部分用于设定热水使用时间并计算热水负荷；所述电锅炉部分用于设定电锅炉额定制热量；所述用户侧负荷换热器部分用于设定换热效率；所述负荷读取部分用于设定系统供暖负荷或制冷负荷文件；所述冷水机组部分用于设定冷水机组额定制冷量；所述水泵部分用于设定水泵的流量；所述功率调节器部分用于设定功率调节器的标称功率以及运行电压；所述碱性电解槽部分用于设定电解时允许的最大电流和电压；所述压缩机部分用于设定压缩机的压缩级数；所述储氢罐部分用于设定储氢罐的容积；所述碱性燃料电池用于设定碱性燃料电池的数目；所述阀门运行控制计算器部分用于设定分水阀的切换方向；所述供暖水泵、电锅炉运行控制计算器部分用于设定水泵、电锅炉的启停；所述冷却水泵、冷水机组行控制计算器部分用于设定冷却水泵、冷水机组启停；所述碱性燃料电池控制计算器部分用于设定碱性燃料电池启停；所述结果输出部分用于包括图形输出与数据输出，用于设定结果输出。2.一种基于trnsys的光伏-太阳能热-储氢-碱性燃料电池系统模型的建模方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤s1，设定气象参数部分；其中所使用的气象参数文件为典型气象年数据；步骤s2，设定光伏板部分；其中光伏面积通过建筑屋顶面积确定，安装角度通过当地的纬度确定；步骤s3，设定太阳能集热器部分；其中太阳能集热器面积通过太阳辐照量、太阳能保证率、建筑屋顶的安装面积确定，太阳能集热器效率通过产品参数确定；步骤s4，设定蓄热水箱部分；其中蓄热水箱容积通过集热器面积与水箱容积的比例来确定，外壁面温度设定为环境温度；步骤s5，设定温差控制器部分，其中温差控制开启器的控制方程如下：若最开始温差控制开启：若dt
lower
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l
，r
i
＝1，若dt
lower
＞t
h-t
l
，r
i
＝0，若最开始温差控制关闭：dt
upper
≤t
h-t
l
，r
i
＝1；若dt
upper
＞t
h-t
l
，r
i
＝0。
当t
m
＞100，r
i
＝0。其中，r
i
为输出信号，t
h
为温差控制器的输入温度上限，t
l
为温差控制器的输入温度下限，dt
upper
温差控制器的上限死区温度，dt
lower
为下限死区温度，t
m
为温差控制器的输入监测温度，0表示关闭命令，1表示开启命令。步骤s6，设定生活用水部分，通过设定建筑内人员生活用热水的使用规律，确定所需的热水负荷；步骤s7，设定电锅炉部分；其中电锅炉额定制热量由最大供暖热负荷确定；步骤s8，设定冷水机组部分；其中冷水机组额定制冷量由最大制冷冷负荷确定；步骤s9，设定水泵部分；其中集热水泵根据太阳能集热器面积与工作流体的单位面积流量确定，供暖水泵流量根据供暖热负荷大小及设计供回水温温差确定；冷却水泵流量根据制冷冷负荷大小及设计供回水温温差确定；步骤s10，设定供暖和制冷负荷部分；其中供暖和制冷负荷由trnbuild软件模拟后作为外部文件通过负荷读取器导入；步骤s11，设定功率调节器和电解槽部分；其中功率调节器标称功率通过剩余的光伏电量确定；碱性电解槽的最大运行电流通过功率调节器的输出电流确定；步骤s12，设定压缩机和储氢罐部分，其中压缩机的压缩级数和储氢罐的容积通过电解槽的氢气速率确定；步骤s13，设定碱性燃料电池部分，其中碱性燃料电池的电池数目通过光伏系统不能满足的系统电量确定；步骤s14，设定阀门、水泵、电锅炉、冷水机组、碱性电解槽、压缩机、燃料电池的运行控制计算部分；(1)分水阀切换条件：通过判断蓄热水箱内的热水是否大于45℃来控制分水阀的切换方向。(2)供暖水泵和电锅炉的开启条件：通过判断建筑小时供暖负荷是否大于0以及供暖水箱负荷侧出口温度是否低于50℃来控制电锅炉和供暖水泵的开启进度。(3)冷却水泵和冷水机组的开启条件：通过判断建筑物每小时的冷负荷来控制制冷机组和冷却水泵的启停。(4)碱性电解槽和压缩机的开启条件：通过监测光伏系统的过剩功率来控制碱性电解槽和压缩机。(5)碱性燃料电池的开启条件：碱性燃料电池的运行时间通过监测光伏系统无法满足的系统电量来控制，当无法满足的电量超过25kw时，碱性燃料电池开启。步骤s15，设定结果输出部分；其中输出结果为光伏板全年发电量、太阳能集热器全年集热量、供暖系统全年耗电量、制冷系统全年耗电量，全年氢气生产量、碱性燃料电池的全年发电量。

技术总结
发明名称基于TRNSYS的光伏-太阳能热-储氢-碱性燃料电池系统模型及建模方法摘要本发明公开了一种基于TRNSYS的光伏-太阳能热-储氢-碱性燃料电池系统模型以及建模方法。光伏-太阳能热-储氢-碱性燃料电池系统利用光伏和太阳能热满足建筑的供暖、制冷以及热水需求，并将剩余的光伏电量转化为氢气储存，并在光伏系统发电不足时利用碱性燃料电池为系统提供电力需求，同时将碱性燃料电池工作时产生的热量回收，储存在蓄热水箱内。并利用控制系统监测不同组件的输出信号形成控制指令实现对各组件的启停控制。通过TRNSYS动态模拟光伏-太阳能热-储氢-碱性燃料电池电池系统在全年的运行情况，为提高太阳能利用率提供了有效的发展途径以及强有力的依据。展途径以及强有力的依据。展途径以及强有力的依据。


技术研发人员：曾蓉 唐湘琳 胡吉 龙翔
受保护的技术使用者：湘潭大学
技术研发日：2023.06.05
技术公布日：2023/9/20