Wetenschappers in Canada hebben voorgesteld om PV-stroomopwekking op daken te combineren met een alkalische elektrolyser en een brandstofcel om waterstof in gebouwen te genereren. Het nieuwe systeem is bedoeld om seizoensgebonden energieopslag mogelijk te maken en de gemiddelde energiekosten van een huis te verlagen.
Onderzoekers van de Toronto Metropolitan University hebben voorgesteld om waterstofbrandstofcelsystemen te combineren met PV-opwekking op daken in gebouwen.
Ze testten de configuratie van een dergelijk hybride systeem in het BeTOP-laboratorium, dat zich op de campus van de universiteit in Toronto bevindt, om inzicht te krijgen in de mogelijke toepassing van waterstof als seizoensopslagstrategie in gebouwen.
Het voorgestelde systeem omvat fotovoltaïsche panelen, een alkalische elektrolyseur, een compressor, een gasvormige waterstofopslageenheid, een brandstofcelsysteem, omvormers en een controlesysteem dat de energieverdeling binnen het systeem reguleert. Het gebouw herbergt ook luchtbronwarmtepompen voor verwarming en koeling, evenals een hydraulisch stralingsvloersysteem.
"Het PV-systeem genereert de elektrische energie en de beschouwde controle-eenheid controleert of de geproduceerde energie de belasting van het gebouw kan dekken, inclusief de verwarmings- en koelvraag die wordt geleverd door het luchtbronwarmtepompsysteem", legden de wetenschappers uit. "In het geval van overtollige energieopwekking produceert de elektrolyzer-eenheid de waterstof en, op aanvraag, wordt de opgeslagen waterstof overgebracht naar de brandstofceleenheid die elektriciteit genereert om het energietekort van het systeem te dekken."
De waterstof die door de elektrolyse-eenheid wordt gegenereerd, wordt opgeslagen in een gastank bij een temperatuur van 20 °C en vervolgens door de brandstofcel gebruikt, afhankelijk van de elektriciteitsvraag van het gebouw.
De groep modelleerde het hybride systeem met TRNSYS-software, die wordt gebruikt om het gedrag van tijdelijke hernieuwbare systemen te simuleren, en maakte gebruik van de response surface-methode (RSM), die gewoonlijk wordt gebruikt om de relaties tussen verschillende verklarende variabelen en een of meer responsvariabelen te voorspellen, om de prestaties van het voorgestelde systeem te simuleren.
Uit de analyse bleek dat de elektrolyzer in de winter met een lagere efficiëntie werkt vanwege de lage zonnestraling. In de zomer wordt daarentegen de maximale productie behaald, waarbij de laadtoestand (SOC) van het systeem tussen mei en augustus aanzienlijk toeneemt.
"De resultaten geven aan dat het hybride systeem in juni en juli een minimale netafhankelijkheid heeft met respectievelijk slechts 33.2 kWh en 41.3 kWh aan netstroomverbruik, terwijl in december meer dan 88% van de vereiste belasting door het net zou moeten worden geleverd", aldus de onderzoekers.
Uit de simulatie bleek ook dat er in de zomerperiode behoefte is aan het opslaan van PV-elektriciteit via elektrolyse, aangezien de opwekking van zonne-energie 2.5 keer de benodigde gebouwbelasting overschrijdt.
"De resultaten geven aan dat de elektrische energie die door brandstofcellen in de zomerperiode wordt geproduceerd, gemiddeld overeenkomt met 31% van de elektriciteitsproductie door PV-cellen", benadrukte de onderzoeksgroep. "Het is ook opmerkelijk om te vermelden dat een hogere hoeveelheid energieproductie door brandstofcellen in januari in vergelijking met die door PV-systeem toe te schrijven is aan het beginniveau van de waterstofopslagtank aan het begin van de simulaties."
De academici ontdekten ook dat de ideale systeemconfiguratie voor het geselecteerde gebouw 39.8 mXNUMX zou vereisen2 van zonnepanelen geïntegreerd met een 3.90 m3 waterstofopslagtank. Ze stelden ook vast dat het hybride systeem een gemiddelde energiekost (LCOE) kan bereiken van $ 0.389/kWh tot $ 0.537/kWh.
Het nieuwe systeem werd beschreven in de studie “Net-zero energy management through multi-criteria optimizations of a hybrid solar-hydrogen energy system for a laboratory in Toronto, Canada,” die onlangs werd gepubliceerd in Energie en gebouwen.
"Het zal nuttig zijn om een vergelijkend onderzoek uit te voeren tussen de techno-enviro-economische prestaties van deze studie en het alternatief van het gebruik van batterij-energieopslagsystemen (BESS)", zeiden de wetenschappers, verwijzend naar de toekomstige richting van hun werk. "Deze analyse kan ook worden uitgebreid naar het geval van het gebruik van zowel waterstofopslag als BESS met de juiste economische optimalisatie om de bovengenoemde kosten te minimaliseren."
Deze content is auteursrechtelijk beschermd en mag niet worden hergebruikt. Als u met ons wilt samenwerken en een deel van onze content wilt hergebruiken, neem dan contact op met: editors@pv-magazine.com.
Bron van pv tijdschrift
Disclaimer: De hierboven vermelde informatie wordt onafhankelijk van Cooig.com verstrekt door pv-magazine.com. Cooig.com geeft geen verklaringen en garanties met betrekking tot de kwaliteit en betrouwbaarheid van de verkoper en producten.
