Cercetătorii de la Universitatea de Științe Aplicate Hanze din Groningen din Țările de Jos au investigat pentru prima dată cum să combine producția de hidrogen șiSistem de stocare a energiei baterieicu energie fotovoltaică pe acoperiș sau mici turbine eoliene în interiorSistem fotovoltaic autonompentru gospodării.
„Din câte știm, niciun studiu publicat nu a folosit sistemul de hidrogen ca principal stocare la hibridizarea energiilor regenerabile cu baterii și, cel mai important, niciun studiu nu a luat în considerare cerințele variabile de pornire pentru electrolizoarele cu membrană schimbătoare de protoni (PEM) pentru hidrogen. producția și stocarea atunci când se proiectează sisteme de energie regenerabilă în afara rețelei”, a declarat grupul, adăugând că bateriile sunt destinate să fie utilizate pentru a evita reducerile atunci când producția de hidrogen nu poate fi prioritizată.
Oamenii de știință au explicat că hidrogenulSistem fotovoltaic hibridbazate pe electroliza PEM ofera avantajul de a fi sisteme cu raspuns rapid, potrivite pentru sistemele de stocare in care sistemul cu hidrogen actioneaza ca unitate principala de stocare cuplata cu o baterie ca stocare secundara. Ei au subliniat, de asemenea, că hidrogenul generat prin electroliză trebuie să fie uscat și purificat din urme de apă și oxigen înainte de a putea fi utilizat.
Sistemul propus este destinat stocării surplusului de energie solară, bateria acționând ca unitate de stocare primară numai atunci când generarea de hidrogen nu este disponibilă imediat. Este alcătuit dintr-un sistem de electroliză cu hidrogen PEM de 4,5 kW, un rezervor de stocare cu hidrogen de 0,85 m3, o unitate de purificare de 0,8 kW, o pilă de combustibil cu hidrogen PEM și o baterie litiu-ion. „Pila de combustie poate furniza energie direct consumatorului și nu încarcă bateria și nici nu suportă electrolizorul”, au explicat academicienii. „Electrolizatorul și celula de combustibil necesită apă demineralizată și, respectiv, aer pentru funcționare.”
Sistemul se bazează, de asemenea, pe o supapă de control al presiunii pentru a seta presiunea de ieșire a hidrogenului, care poate fi setată la aproape 50 de bari fără mijloace externe. De asemenea, este capabil să mențină electrolizorul în funcțiune atunci când surplusul de energie solară este suficient de aproape de puterea minimă a electrolizorului, iar surplusul de putere așteptat în următoarele 10 minute este relativ mare. „Folosește bateria pentru a stoca energie atunci când puterea sau durata energiei din surse regenerabile este insuficientă pentru ca sistemul de electrolizor să pornească și să funcționeze”, au spus oamenii de știință.
Grupul de cercetare a simulat performanța sistemului prin intermediul software-ului Python și a folosit mai multe intrări pentru a decide cum să stocheze energia electrică atunci când există un surplus. Ei au presupus că sistemul va fi implementat într-o casă tipică olandeză detașată, cu o cerere anuală de 4 MWh.
Simularea a arătat că cea mai bună configurație de sistem pentru sursa fotovoltaică include o matrice solară de 2,65 kW cu un unghi de înclinare de 35 de grade și un unghi de azimut de 180 de grade. Costul sistemului fotovoltaic a fost estimat la 1.317 EUR (1.430 USD)/kW, în timp ce cel al electrolizorului și al celulei de combustie a fost estimat la 9.677 EUR, respectiv 7.500 EUR. Costul rezervorului de hidrogen a fost indicat la 1.915 EUR, iar cel al bateriei de 2,93 kW s-a presupus a fi de 372,5 EUR/kWh.
Analiza a demonstrat că, în niciun caz electrolizorul nu a putut funcționa la puterea sa nominală maximă, ceea ce înseamnă că poate fi redus, reducând astfel costurile sistemului, au subliniat cercetătorii. „Analiza de sensibilitate privind variarea puterii nominale a electrolizorului a arătat că un electrolizor cu o putere nominală între 1.550 W și 2,000 W este mai adecvat și mai rentabil pentru configurația cazului de bază definit în acest studiu ”, au explicat în continuare, adăugând că capacitatea optimă a bateriei a fost identificată la aproximativ 3 kW.
Seria de simulare a arătat, de asemenea, că bazarea exclusivă pe energia eoliană a fost mai rentabilă decât utilizarea numai a energiei solare, în timp ce o combinație a celor două surse a oferit cele mai bune rezultate. „Energia necesară unității de purificare poate fi considerată neglijabilă pentru toate scenariile”, au adăugat academicienii, menționând că cercetările viitoare ar trebui să testeze soluția propusă la scară mai mare sau într-un sistem care integrează producția de căldură.
