Vědci v Belgii navrhli elektrolyzér na solární pohon, který používá standardní velkoplošné šindelové křemíkové FV panely pro dělení vody. Systém je údajně schopen dosáhnout účinnosti od slunce k vodíku 10 % při proudových hustotách elektrolyzéru přibližně 60 mA cm-2.
Výzkumníci společnosti Imec v Belgii vyvinuli elektrolýzu vody s aniontoměničovou membránou (AEM) pro výrobu vodíku. Řekli, že jejich přístup lze kombinovat se solární výrobou v konfiguraci fotovoltaického elektrolyzéru (FV-EC).
„Novinka našeho přístupu spočívá ve využití standardních velkoplošných šindelových křemíkových FV. Ty poskytují více než 1,23 V pro dělení vody v kombinaci s levnou aniontovou elektrolýzou vody. Ta kombinuje vyšší provozní proudové hustoty membrány polymerního elektrolytu (PEM) s levnými materiály z alkalické elektrolýzy,“ řekla výzkumnice Nina Plankensteiner.
Vědci prezentovali svá zjištění v „Fotovoltaicko-elektrolyzérovém systému provozovaném při >50 mA cm -2 kombinací velkoplošného šindelového křemíkového fotovoltaického modulu s niklovými elektrodami s velkou povrchovou plochou pro nízkonákladovou zelenou generaci H2“. Ta se nedávno publikovala v RRL Sluneční. Vysvětlili, že FV-EC nabízejí nejvyšší technologickou úroveň připravenosti a nejvyšší účinnost solární energie na vodík ze všech technologií elektrolyzérů.
„V systémech FV-EC jsou zvolenou fotovoltaickou technologií, která komerčně dodává levnou elektřinu se stabilní účinností 20 – 25 % při 30 – 40 mA/cm2, jsou sériově zapojené silikonové solární články, které poskytují > 1,23 V pro dělení vody,“ řekl výzkumník Joachim John. „V příštím desetiletí mohou křemíkové tandemové konfigurace s perovskitovými top buňkami hrát další roli s účinností konverze blížící se 30 %.“
FV elektrolyzér
Popsali navrhovaný systém jako „komerčně relevantní konfiguraci“. Řekli, že elektrolyzér AEM obsahuje nanomeshové elektrody s obrovským povrchem 26 m2/cm3 vyrobené z niklu hojného v zemi, jak vědci dříve uvedli.
,,In-sériové šindelové křemíkové solární články jsou obzvláště atraktivním přístupem pro aplikace solárního dělení vody. Protože lze dosáhnout dostatečně vysokého napětí na standardní plochu článku,“ uvedli s odkazem na šindelové panely.
Moduly jsou konstrukce bez přípojnic, pouze s malým podílem článků není vystaveno slunečnímu záření. Buňky jsou spojeny tak, aby vytvořily šindelovou šňůru s vysokou hustotou a výsledné proužky jsou spojeny vodivým lepidlem. Snížený počet přípojnic snižuje ztráty stíněním.
Jednočlánkový FV elektrolyzér v laboratorním měřítku vyvinutý akademiky obsahuje dvě 4 mikrometrové tenké niklové nanomesh elektrody s velkým povrchem. Obsahuje také šest křemíkových heteropřechodních článků s šindelemi o ploše 38,5 cm2 vyříznutých ze standardních článků 15,6 cm2 x 15,6 cm2.
Účinnost solární energie
,,Články se zapojily do série a pokrývají proměnný rozsah napětí naprázdno od 0,7 V do 4,3 V, v závislosti na počtu připojených článků,“ vysvětlili vědci s tím, že články dosahovaly průměrné účinnosti kolem 20 % a faktor plnění přibližně 80 %. „Proudově napěťové charakteristiky elektrolyzéru ukázaly, že k dosažení hustoty proudu elektrolyzéru mezi 20 a 100 mA/cm2 je zapotřebí 1,8 V až 2,2 V. Tohoto požadavku na minimální napětí lze dosáhnout zapojením tří nebo čtyř křemíkových článků do série.“
Systém FV-EC, testovaný za standardních světelných podmínek, měl údajně schopnost produkovat vodík po dobu přibližně 20 hodin. A dosáhl účinnosti solární energie na vodík 10 % při proudových hustotách elektrolyzéru přibližně 60 mA cm-2. Což tým popsal jako nejvyšší proudová hustota uváděná pro FV-EC systémy v literatuře.
Účinnost solární energie na vodík se stanovila in-situ monitorováním nejdůležitějších parametrů systému, jako je provozní proud, napětí a průtok vodíku. Vědci uvedli, že přesné určení této hodnoty je důležité při vzájemném porovnávání PV-EC systémů. Poznamenali, že delší měření stability se má testovat při dostatečně vysokých proudových hustotách, aby se systém namáhal.
Vědci také provedli sérii výkonnostních dynamických zátěžových testů s postupnými a náhlými změnami příkonu během půl roku slunečního záření. Tvrdí, že testy ukázaly, že změny napětí článků se jeví zanedbatelné a mají velmi malý dopad na provoz FV-EC a výrobu vodíku.
„Dalšími kroky ke komercializaci prezentovaného FV-EC systému jsou dlouhodobé testování venkovní stability spolu s delšími protokoly měření dynamické zátěže,“ uzavřeli.
Zdroj: pv-magazine, TowPoint
