本发明属于燃料电池技术领域和太阳能利用技术领域，具体涉及一种家用燃料电池-太阳能互补储能集成系统。
背景技术：
传统的燃料利用方式是直接通过燃烧释放能量，将燃料的化学能转化为热能。燃料通过直接燃烧方式的优点在于：利用方式简单、直接、对技术要求不高，缺点是燃料利用率低，会大量产生二氧化碳以及其他有害气体，对环境造成破坏。随着化石能源的严重短缺以及环境质量的急剧下降，如何能够充分利用能源成为了当下研究重点。
沼气作为一种可再生能源，在我国农村有着广泛的应用，但是目前沼气的利用方式普遍是通过直接燃烧，燃料利用率低，同时会产生大量温室气体。燃料电池是一种把氢能等燃料所具有的化学能直接转换成电能的装置，具有无噪声、高效率、无污染等诸多优点，缺点在于产生的电能不能直接并入国家电网，需要大容量储能装置，充放电过程会造成能源损失。
太阳能作为一种取之不尽用之不竭的可再生能源，如果能够将太阳能收集起来并加以利用，将会产生重大意义。槽式太阳能聚光集热器是一种可以把太阳能转化为热能的装置，但是目前关于槽式聚光集热器的研究大多集中在用于发电厂发电的大型聚光集热器，大型聚光集热器运行条件苛刻、维护成本高。能够在我国农村普遍利用的小型槽式聚光集热器研究较少，能源利用方式较为单一。
现有能源利用技术中缺少同时兼顾燃料电池发电技术和小型槽式聚光集热器的优点，同时规避掉燃料利用率低、能源利用方式单一等缺点的储能技术。
技术实现要素：
针对现有技术以上缺陷或改进需求中的至少一种，本发明提供了一种同时兼顾燃料电池发电技术和小型槽式聚光集热器的优点，同时规避掉燃料利用率低、能源利用方式单一等缺点的家用燃料电池-太阳能互补储能集成系统。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种家用燃料电池-太阳能互补储能集成系统，其特征在于：包括燃料电池发电系统和槽式太阳能聚光集热系统；
所述燃料电池发电系统包括沼气池、甲烷预重整器、氢氧燃料电池、变压器、照明系统、压气机、催化燃烧室；所述氢氧燃料电池包括阳极通道、阳极、阴极、阴极通道；
所述槽式太阳能聚光集热系统包括槽式太阳能聚光集热装置、换热器、供水系统、家用电器；
沼气池通过甲烷流通管道连接甲烷预重整器，甲烷预重整器通过氢气流通管道，氢气流通管道与阳极通道相连，阳极通道设有阳极，阳极端部有固体氧化物电解质，电解质连接阴极，阴极端部连接有阴极通道，阴极通道连接有空气流通管道，空气流通管道连接压气机；氢氧燃料电池外电路连接有变压器，通过该变压器为家庭的照明系统供电；氢氧燃料电池的阴极通道和阳极通道都连接有尾气排出管道，尾气排出管道连接有催化燃烧室，催化燃烧室连接有换热器为其供热，换热器还连接有槽式太阳能聚光集热装置，用于强化换热，换热器还连接有供水系统和家用电器。
优选地，所述甲烷流通管道通过卡套接头与甲烷预重整器相连。
优选地，所述空气流通管道通过卡套接头与燃料电池阴极通道相连。
优选地，所述氢气流通管道通过卡套接头与燃料电池阳极相连。
优选地，所述氢气流通管道外部套有陶瓷管，起到保温隔热的作用。
优选地，所述空气流通管道外部套有陶瓷管，起到保温隔热的作用。
优选地，所述氢气流通管道为不锈钢材料铸造。
优选地，所述空气流通管道为不锈钢材料铸造。
优选地，所述甲烷流通管道为不锈钢材料铸造。
优选地，所述尾气排出管道为不锈钢材料铸造。
上述优选技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
1、本实用新型中的燃料电池发电系统主要利用农作物、残枝败叶等生物质发酵产生沼气，通过重整甲烷产生氢气，与传统燃料电池相比，不仅将废弃物资源有效的回收利用，起到节约资源的效果；同时通过燃料电池，可以大幅度提高能量利用率，提高电能转换率，减少二氧化碳的排放。此燃料电池与普通燃料电池相比，制造成本、运行成本更低。本实用新型中的燃料电池发电系统零污染排放，不需要体积较大的燃料储存罐，更加安全可靠，更加具有普及性和实用性，适用范围更加广阔。
2、本实用新型中的家用燃料电池-太阳能互补储能集成系统主要利用燃料电池产生的电能通过变压器为家庭照明系统提供电力。优势在于一方面，可以减少用户使用国家电网供电，起到节约用电，节约资源的同时也使燃料电池具有更大的发电效率；另一方面燃料电池产生的尾气通过催化燃烧，再由换热器换热，有效的实现了能量的回收利用，同时实现了多种可再生能源的互补利用，具有更加广阔的应用场景。
3、本实用新型中的家用燃料电池-太阳能互补储能集成系统可以实现模块化应用，预计小型联合储能系统可以在我国农村实现广泛推广应用，为居民用户提供电能的同时提供热能，从而减少热水器的使用，节约电能；大型联合储能系统可以用于发电厂，目前我国仍然以化石能源发电为主，环境污染日益加重，化石能源告急，通过该系统可以合理利用新能源，产生电能，节约资源，保护环境。
附图说明
图1是本发明实施例的家用燃料电池-太阳能互补储能集成系统的结构示意图；
图2是本发明实施例的家用燃料电池-太阳能互补储能集成系统的工作流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。
作为本发明的一种较佳实施方式，如图1-2所示，本发明提供一种家用燃料电池-太阳能互补储能集成系统，包括燃料电池发电系统和槽式太阳能聚光集热系统；所述燃料电池发电系统包括沼气池1、甲烷预重整器3、氢氧燃料电池、变压器、照明系统10、压气机12、催化燃烧室14；所述氢氧燃料电池包括阳极通道5、阳极6、阴极7、阴极通道8；所述槽式太阳能聚光集热系统包括槽式太阳能聚光集热装置17、换热器16、供水系统18、家用电器15。
如图1所示，燃料电池发电系统的沼气池1右端连接有甲烷流通管道2；甲烷流通管道2连接甲烷预重整器3，甲烷预重整器3右端连接氢气流通管道4，氢气流通管道4与氢氧燃料电池的阳极通道5相连，阳极通道5设有阳极6，阳极右端有固体氧化物电解质，电解质连接阴极7，阴极7右端连接有阴极通道8，阴极通道8右端连接有空气流通管道11，空气流通管道11右端连接压气机12。
氢氧燃料电池外电路连接有变压器9，变压器9将氢氧燃料电池外电路产生的电压升高，最后输送到家庭的照明系统10。氢氧燃料电池的阴极通道8和阳极通道5都连接有尾气排出管道13，尾气排出管道13连接有催化燃烧室14，催化燃烧室14下端连接有换热器16，换热器16左端连接有冷水输送管道19，冷水输送管道19左端连接供水系统18，换热器16右端连接有热水输送管道20，热水输送管道20连接用于洗澡等的家用电器15，换热器16下端连接有小型的槽式太阳能聚光集热装置17，用于强化换热。
优选地，甲烷流通管道2通过卡套接头与甲烷预重整器3相连，空气流通管道11通过卡套接头与燃料电池阴极通道8相连，氢气流通管道4通过卡套接头与燃料电池的阳极通道5相连。
优选地，氢气流通管道4和空气流通管道11外部套有陶瓷管，起到保温隔热的作用。
优选地，氢气流通管道4、空气流通管道11、甲烷流通管道2、尾气排出管道13均为不锈钢材料铸造。
参见图2，本发明的家用燃料电池-太阳能互补储能集成系统的运行过程，包括以下步骤：
首先，将农作物秸秆、残枝败叶等生物质放入沼气池1中发酵，发酵产生的甲烷通过甲烷流通管道2通入甲烷预重整器3中，甲烷在甲烷预重整器3中重整出氢气，氢气通过氢气流通管道4进入燃料电池的阳极通道5，空气经过压气机12压缩，再由空气流通管道11进入燃料电池的阴极通道8，在燃料电池中发生电化学反应。
其次，在阳极6处，氢气在阳极6的催化作用下失去电子，发生氧化反应，产生氢离子，自由电子通过外电路导入阴极7；在阴极7处，氧气分子得到电子变成氧离子，氧离子通过固体氧化物电解质(一般由氧化锆、氧化铈等材料制成)进入阳极6，与氢离子结合生成水，自由电子在外电路形成回路，从而产生电压，电压通过变压器9升压，送入家庭的照明系统10中。
最后，燃料电池的阳极通道5和阴极通道8中未发生反应的气体通过废气排放通道13通入催化燃烧室14中，进行催化燃烧，催化燃烧产生的高温气体通入换热器16中，同时小型的槽式太阳能聚光集热器17通过将太阳能转变为热能，用于强化换热器16的换热能力。供水系统18中的冷水通过冷水流通管道19，在换热器16中与催化燃烧产生的高温气体进行换热，冷水经过换热变为热水，热水经过热水流通管道20送入洗澡等的家用电器15中，供用户使用。
本实用新型的三种主要能量转换机制有：
第一步，农作物秸秆、残枝败叶等生物质通过沼气池发酵产生沼气，此过程将生物质能转化为化学能，有效的利用了可再生能源，同时没有消耗化石能源。这是第一种能量转换机制。
第二步，甲烷通过重整反应产生氢气，氢气和氧气通过燃料电池发生电化学反应，将化学能直接转换为电能，使得能源利用率大大提高。这是第二种能量转换机制。
第三步，通过能够对太阳实时跟踪的小型槽式太阳能聚光集热器，最大限度的吸收太阳能，将太阳能转换为热能，供人类加以利用。这是第三种能量转换机制。
综上所述，与现有技术相比，本发明的方案具有如下显著优势：
1、本实用新型中的燃料电池发电系统主要利用农作物、残枝败叶等生物质发酵产生沼气，通过重整甲烷产生氢气，与传统燃料电池相比，不仅将废弃物资源有效的回收利用，起到节约资源的效果；同时通过燃料电池，可以大幅度提高能量利用率，提高电能转换率，减少二氧化碳的排放。此燃料电池与普通燃料电池相比，制造成本、运行成本更低。本实用新型中的燃料电池发电系统零污染排放，不需要体积较大的燃料储存罐，更加安全可靠，更加具有普及性和实用性，适用范围更加广阔。
2、本实用新型中的家用燃料电池-太阳能互补储能集成系统主要利用燃料电池产生的电能通过变压器为家庭照明系统提供电力。优势在于一方面，可以减少用户使用国家电网供电，起到节约用电，节约资源的同时也使燃料电池具有更大的发电效率；另一方面燃料电池产生的尾气通过催化燃烧，再由换热器换热，有效的实现了能量的回收利用，同时实现了多种可再生能源的互补利用，具有更加广阔的应用场景。
3、本实用新型中的家用燃料电池-太阳能互补储能集成系统可以实现模块化应用，预计小型联合储能系统可以在我国农村实现广泛推广应用，为居民用户提供电能的同时提供热能，从而减少热水器的使用，节约电能；大型联合储能系统可以用于发电厂，目前我国仍然以化石能源发电为主，环境污染日益加重，化石能源告急，通过该系统可以合理利用新能源，产生电能，节约资源，保护环境。
可以理解的是，以上所描述的系统的实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，既可以位于一个地方，或者也可以分布到不同网络单元上。可以根据实际需要选择其中的部分或全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
另外，本领域内的技术人员应当理解的是，在本发明实施例的申请文件中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本发明实施例的说明书中，说明了大量具体细节。然而应当理解的是，本发明实施例的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。类似地，应当理解，为了精简本发明实施例公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明实施例的示例性实施例的描述中，本发明实施例的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。
然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明实施例要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明实施例的单独实施例。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例各实施例技术方案的精神和范围。
1.家用燃料电池-太阳能互补储能集成系统，其特征在于：包括燃料电池发电系统和槽式太阳能聚光集热系统；
所述燃料电池发电系统包括沼气池、甲烷预重整器、氢氧燃料电池、变压器、照明系统、压气机、催化燃烧室；所述氢氧燃料电池包括阳极通道、阳极、阴极、阴极通道；
所述槽式太阳能聚光集热系统包括槽式太阳能聚光集热装置、换热器、供水系统、家用电器；
沼气池通过甲烷流通管道连接甲烷预重整器，甲烷预重整器通过氢气流通管道，氢气流通管道与阳极通道相连，阳极通道设有阳极，阳极端部有固体氧化物电解质，电解质连接阴极，阴极端部连接有阴极通道，阴极通道连接有空气流通管道，空气流通管道连接压气机；氢氧燃料电池外电路连接有变压器，通过该变压器为家庭的照明系统供电；氢氧燃料电池的阴极通道和阳极通道都连接有尾气排出管道，尾气排出管道连接有催化燃烧室，催化燃烧室连接有换热器为其供热，换热器还连接有槽式太阳能聚光集热装置，用于强化换热，换热器还连接有供水系统和家用电器。
2.如权利要求1所述的家用燃料电池-太阳能互补储能集成系统，其特征在于：
所述甲烷流通管道通过卡套接头与甲烷预重整器相连。
3.如权利要求1所述的家用燃料电池-太阳能互补储能集成系统，其特征在于：
所述空气流通管道通过卡套接头与燃料电池阴极通道相连。
4.如权利要求1所述的家用燃料电池-太阳能互补储能集成系统，其特征在于：
所述氢气流通管道通过卡套接头与燃料电池阳极相连。
5.如权利要求1所述的家用燃料电池-太阳能互补储能集成系统，其特征在于：
所述氢气流通管道外部套有陶瓷管，起到保温隔热的作用。
6.如权利要求1所述的家用燃料电池-太阳能互补储能集成系统，其特征在于：
所述空气流通管道外部套有陶瓷管，起到保温隔热的作用。
7.如权利要求1所述的家用燃料电池-太阳能互补储能集成系统，其特征在于：
所述氢气流通管道为不锈钢材料铸造。
8.如权利要求1所述的家用燃料电池-太阳能互补储能集成系统，其特征在于：
所述空气流通管道为不锈钢材料铸造。
9.如权利要求1所述的家用燃料电池-太阳能互补储能集成系统，其特征在于：
所述甲烷流通管道为不锈钢材料铸造。
10.如权利要求1所述的家用燃料电池-太阳能互补储能集成系统，其特征在于：
所述尾气排出管道为不锈钢材料铸造。
技术总结