光伏电解水是一种通过光伏电池板和电解槽将太阳能发电和水分解相结合，实现可再生绿氢能源生产的技术。

影响光伏电解水装置制氢效率主要有以下三个因素，分别是：

• 光伏电池自身的发电效率；

• 光伏电池与电解槽之间的电能传递效率；

• 电解槽内部的质子交换膜的效率。

其中质子交换膜效率ηe计算公式中有一个重要的参数——电解槽功率Pe，因其计算过程复杂，前文并未展开讨论，本期将着重探讨。

电解槽的功率Pe

电解槽的功率Pe的计算方法如下：

其中，RI是电解槽等效内阻，是由电解槽内部电阻和与之并联的电解液电阻合并而成，单位为Ω；

RL为漏阻，反映了电解槽的漏电程度，是电解槽内部阴极室与阳极室间隔膜的电阻阻值，通过测量得知，单位为Ω；

E是水分解反应需要的最小电压，理论值为1.23 V，实际使用时，需要实际情况测定得出，单位为V；

Vcon是浓度过电位，是指电解过程中由于电解液的浓度差引起的过电位，单位为V；

Vact是活化过电位，指在电化学反应中需要克服的额外能量，阳极活化过电位主要由氢氧化物离子的生成速率决定，而阴极活化过电位主要由氧气的还原速率决定，单位为V；

Vohm是欧姆过电位，是指电极表面的电势随着电流密度的增加而产生的变化值，单位为V；

Ie为电解槽的电流。

Ve是电解槽的电压，单位为V。

各参数的计算方法

电解槽的电流Ie计算方法如下：

ie为电流密度，单位为A/m²；

Ae为电解槽电极的有效面积，单位为m²；

电解槽的等效内阻RI计算方法如下：

Vcon是浓度过电位，电解过程中由于电解液的浓度差引起的过电位，单位为V；Vact是活化过电位，电化学反应中需要克服的额外能量，阳极活化过电位主要由氢氧化物离子的生成速率决定，而阴极活化过电位主要由氧气的还原速率决定，单位为V；Vohm是欧姆过电位，是指电极表面的电势随着电流密度的增加而产生的变化值，单位为V；Ie为电解槽的电流。

电解槽的电压Ve计算方法如下：

水分解反应需要的最小电压E计算方法如下：

其中，T是电解槽工作温度，T0是环境温度，pH₂，pO₂，pH₂O是反应物/生成物的分压；Vcon是浓度过电位，是指电解过程中由于电解液的浓度差引起的过电位，单位为V；Vact是活化过电位，指在电化学反应中需要克服的额外能量，阳极活化过电位主要由氢氧化物离子的生成速率决定，而阴极活化过电位主要由氧气的还原速率决定，单位为V；Vohm是欧姆过电位，是指电极表面的电势随着电流密度的增加而产生的变化值，单位为V；

浓度过电位Vcon计算方法如下：

低电流密度下，浓度过电位Vcon可以忽略不计。ie＜10000 Am⁻²。

其中，ie为电流密度，单位为A/m²；β1是一个常数，与温度有关，结合实际的实验条件和实验方法，需要查阅相关的文献，或者对实验数据进行拟合，才能获得；iL是极限电流密度，取决于电极和电解质的性质，以及电化学反应的动力学特征，单位为A/m²；β2是一个常数，结合实际的实验条件和实验方法，需要查阅相关的文献，或者对实验数据进行拟合，才能获得。

活化过电位Vact计算方法如下：

其中，R是气体常数，为8.314 J/mol·K⁻¹；ne是参与反应的电子；F是法拉第常数，为96485 C/mol；为电流密度，单位为A/m²；i0是交流电电流密度，为1.08×10-17e^0.086T；T为温度，单位为K。

欧姆过电位Vohm计算方法如下：

dm是膜的厚度，单位为mm；

τm是膜的导电性，表示单位长度（通常是1 m）上的电解质对电流的导电能力；单位为S/m；

膜的导电性τm计算方法如下：

φm是膜湿度，计算方法如下：

当膜完全加湿时，膜水活度a=1；T为温度，单位为K。

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文章文献

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.