在往期文章“制氢效率大揭秘！科普光伏电解水装置制氢效率的计算方法”中，我们已经了解了影响光伏电解水制氢效率三个因素中的一个——光伏电池效率ηm。本篇文章我们将继续讨论剩下的两个关键因素，光伏电池与电解槽之间的传递效率ηt和质子交换膜效率ηe。它们直接影响光伏电解槽制氢的可行性和效率。

电能传递效率ηt

电能传递效率ηt计算较为简单，只需要得到光伏电池的最大输出电能和输入电解槽的最大电能便能计算出来。电能传递效率ηt的计算方法如下：

pe为电解槽输入的电能，单位为J；

pm为光伏电池输出的最大电能，单位为J。

质子交换膜效率ηe

另一个重要的因素——质子交换膜效率ηe的计算过程较为复杂，涉及多个参数需要单独展开讨论。

质子交换膜效率ηe计算方法如下[1]：

NH₂out为氢气的出口流量，单位为L/min；

LHVH₂（Lower Heating Value）即H₂的低位热值，是用来描述单位质量的燃料在完全燃烧的情况下所释放的热量，即每克H₂完全燃烧所释放的热量，通常约为120～142 MJ/kg，具体数值可能会因氢气的纯度或者别的因素有所不同；

Pe为电解槽的功率，单位为W（注：电解槽功率Pe计算涉及参数较多，会在后期文章中单独讲解，本篇文章暂不展开）；

Qe为电解槽分解水所需要的热量，根据化学反应的性质，电解槽分解水的反应需要吸收一定数量的热量，以克服分子间的相互作用力和将水分子分解为其组成部分，这个反应需要吸收的热量称为反应的热动力学热量，通常单位为J；

QH₂O为电解槽补充水预热所需热量，由于电解槽的工作温度往往高于室温，而电解过程需要不断的补充水，因此在补充前需要对水进行预热，以达到电解槽的工作温度，单位为J。

以下是各个参数的具体计算方法：

1、氢气的出口流量NH₂out：

Ie为电解槽的电流，单位为A，是电流密度和电极面积的乘积：

ie为电流密度，Ae为电解槽的有效电极面积。

F为法拉第常数，大小为96485 C/mol。

2、电解槽热量需求Qe：

Ie为电解槽的电流，单位为A，是电流密度和电极面积的乘积：

ie为电流密度，单位为A/cm²，Ae为电解槽的有效电极面积，单位为cm²；

F为法拉第常数，大小为96485 C/mol；

T为温度，答案为K；

ΔS是水分解反应的摩尔熵变，大约为326.61 J/(mol∙K)；

Vcon、Vact、Vohm分别为浓度过电位、活化过电位、欧姆过电位。具体的计算方法过程因为较为复杂，且涉及多个变量，会在后续的文章中再展开讲解，记得关注！

3、电解槽补充水预热所需热量QH₂O：

由于电解槽的工作温度往往高于室温，而电解过程需要不断的补充水，因此在补充前需要对水进行预热，以达到电解槽的工作温度。

其计算方法如下：

NH₂O,in是进水速率，单位一般使用L/min；

φ是蓄热器的效率，指热能释放和储存的能力，不同类型的蓄热器以及不同的制造商制造的蓄热器效率不同，具体数值需查阅相关产品文档或者咨询相关技术人员；

Ie为电解槽的电流，单位为A，是电流密度和电极面积的乘积：

ie为电流密度，为电解槽的有效电极面积；

F为法拉第常数，大小为96485 C/mol；

Cp,j(j=H₂,O₂,H₂O)为反应物/生成物的摩尔热容，是表达物质再单位摩尔量下吸收或释放热量的性质，单位一般为J/(mol∙K)。

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参考文献

[1] Zhang H, Su S, Lin G, et al. Efficiency calculation and configuration design of a PEM electrolyzer system for hydrogen production[J]. International journal of electrochemical science, 2012, 7(4): 4143-4157.