本文章聚焦绿色氨合成领域，详细阐述了光电热协同系统的构建过程，深入分析该系统在绿色氨合成场景中的性能表现。通过整合光伏发电、光热转换与电热协同技术，构建出高效、低碳的光电热协同系统，并对系统的能源转换效率、运行稳定性、环境效益等性能指标进行量化评估，为绿色氨产业的可持续发展提供技术支撑与理论依据。​

一、引言​

      在全球碳中和目标的推动下，绿色氨作为一种零碳能源载体和工业原料，其合成技术备受关注。传统氨合成依赖高能耗、高碳排放的化石能源，而基于可再生能源的绿色氨合成技术成为行业转型的关键。光电热协同系统能够充分利用太阳能资源，将光伏发电、光热利用与电能 - 热能协同转换有机结合，为绿色氨合成提供清洁、高效的能源供应，对推动氨产业绿色化发展具有重要意义。​

二、绿色氨合成场景下光电热协同系统构建​

（一）系统整体架构设计​

      绿色氨合成的光电热协同系统主要由光伏发电模块、光热转换模块、储能模块、氨合成反应模块以及能源管理与调控模块构成。光伏发电模块利用太阳能电池板将太阳能转化为电能，为氨合成过程中的电解水制氢、设备运行等环节提供电力。光热转换模块通过集热器收集太阳能，将其转化为热能，用于满足氨合成反应所需的高温条件以及预热原料气等环节 。储能模块采用锂电池或相变储热材料，储存多余的电能和热能，以平衡系统的供需波动。氨合成反应模块基于哈伯 - 博施法或新型催化合成技术，在电能与热能的协同作用下实现氨的合成。能源管理与调控模块则通过智能算法，实时监测各模块的运行状态，优化能源分配，确保系统高效、稳定运行。​

（二）核心技术集成​

1. 光伏发电技术：选用高效的钙钛矿 - 硅叠层太阳能电池，其光电转换效率可达 30% 以上。通过优化电池的布局与串并联方式，提高发电系统的整体性能，并采用最大功率点跟踪（MPPT）技术，实时调整电池工作点，确保在不同光照条件下都能输出最大功率。​

2. 光热转换技术：采用槽式抛物面聚光集热器与线性菲涅尔式集热器相结合的方式。槽式抛物面聚光集热器能够将太阳能集中反射至集热管上，实现较高的集热温度；线性菲涅尔式集热器则具有成本低、土地利用率高的优势。两者互补，可在保证集热效率的同时，降低系统成本。集热管采用选择性吸收涂层，减少热辐射损失，提高集热效率。​

3. 电热协同技术：构建电热协同网络，将光伏发电产生的多余电能通过电阻加热、热泵等方式转化为热能，补充光热转换不足的部分；同时，利用氨合成反应过程中的余热，通过余热回收装置转化为电能或用于预热原料气，实现能量的梯级利用。​

三、光电热协同系统性能分析​

（一）能源转换效率分析​

      通过建立系统的能量平衡模型，对光电热协同系统的能源转换效率进行计算。结果表明，在理想工况下，系统的综合能源转换效率可达 45% 以上。其中，光伏发电模块的电能转换效率约为 28%，光热转换模块的热能转换效率约为 60%，电热协同过程的能量损失控制在 15% 以内。实际运行中，受光照强度、环境温度等因素影响，系统效率会有所波动，但通过储能模块的调节和能源管理系统的优化，可将平均效率维持在 40% 左右。​

（二）运行稳定性分析​

      利用仿真软件对系统在不同工况下的运行稳定性进行模拟。在光照强度快速变化时，储能模块能够迅速释放或储存能量，维持系统的电力和热力供应稳定。在连续阴雨天气，储能模块储存的能量可保证系统持续运行 3 - 5 天。通过对系统关键设备的可靠性分析，发现光伏发电系统的故障率较低，平均无故障时间可达 5000 小时以上；光热转换系统的集热器和管道在定期维护的情况下，可稳定运行 10 年以上，确保了系统的长期稳定运行。​

（三）环境效益分析​

      对比传统基于化石能源的氨合成工艺，光电热协同系统实现了零碳排放。以年产 10 万吨氨的工厂为例，采用该系统每年可减少二氧化碳排放约 25 万吨，同时减少氮氧化物、二氧化硫等污染物排放。此外，系统运行过程中不产生废渣、废水等污染物，对环境友好，符合绿色发展理念。​

四、案例分析​

      以某沿海地区绿色氨合成示范项目为例，该项目建设了 1MW 的光伏发电系统、500kW 的光热转换系统以及配套的储能和氨合成装置。经过一年的运行监测，系统在光照充足的夏季，能源转换效率可达 48%，冬季也能维持在 38% 左右。氨产量稳定，产品纯度达到 99.9% 以上。项目的成功运行验证了光电热协同系统在绿色氨合成场景中的可行性和优越性。​

五、结论与展望​

      本文构建的绿色氨合成场景下光电热协同系统，通过多种能源技术的集成与协同，实现了高效、稳定的绿色氨生产，在能源转换效率、运行稳定性和环境效益方面表现优异。然而，目前系统仍存在设备成本较高、部分技术成熟度不足等问题。未来研究可聚焦于新型材料的研发，降低设备成本；进一步优化系统控制策略，提高能源利用效率；加强产学研合作，推动技术的产业化应用，助力绿色氨产业的蓬勃发展。

产品展示

      SSC-SOEC80电热协同催化剂评价系统是一种结合电场和热场协同作用的固体氧化物电解池（SOEC）实验平台，用于高效电解H₂O/CO₂制取H₂/CO，是SOFC的逆向反应。该系统通过精确控制温度、电压和气体组成，研究电热耦合效应对电解性能的影响，并优化催化剂材料和操作参数。本SOEC评价系统设计科学、功能全面，能够满足从材料研究到系统集成的多种测试需求。通过高精度控制和多功能测试模块，可为SOEC的性能优化与商业化应用提供可靠的数据支持。

      光电热多场耦合的催化在环境治理（如高效降解污染物）、能源转换（如CO2还原、水分解）和化工合成中有潜力。例如，在CO2还原中，光提供激发能，电帮助电子传递，热促进反应物活化，三者结合可能提高产物选择性和反应速率；光热耦合电合成氨。光电热催化代表了多能量场协同催化的前沿方向，未来将在绿色化学和碳中和领域发挥重要作用。

SOEC系统优势：

1、研究电热协同作用对SOEC电解效率的影响，优化催化剂材料和操作参数（温度、电压）。

2、比较不同催化剂（如Ni-YSZ与掺杂Ce/Co的催化剂）在电解H₂O/CO₂中的性能。

3、探究温度（600–800°C）和电压（0.5–2V）对电流密度、法拉第效率及稳定性的影响。

4、分析电化学阻抗谱（EIS）以揭示反应动力学机制。

5、通过温度-电压协同调控、多尺度表征及长期稳定性测试，系统揭示电热催化在SOEC中的作用机制。

6、引入原位高温拉曼光谱，实时追踪催化剂动态行为。

7、 “热-电协同因子”量化电热耦合效应强度。

8、为高效电解CO₂制合成气（H₂/CO）或绿氢提供实验与理论依据。