Kanadští vědci navrhli zkombinovat střešní fotovoltaickou energii s alkalickým elektrolyzérem a palivovým článkem pro výrobu vodíku v budovách. Nový systém má umožnit sezónní akumulaci energie a snížit náklady na energii v domácnosti.
Výzkumníci z Toronto Metropolitan University navrhli kombinovat systémy vodíkových palivových článků s generováním fotovoltaických systémů. A to na střeše v aplikacích v budovách.
Testovali konfiguraci takového hybridního systému v laboratoři BeTOP, která se nachází v univerzitním kampusu v Torontu. A to proto, aby získali náhled na potenciální aplikaci vodíku jako strategie sezónního skladování v budovách.
Navržený systém zahrnuje fotovoltaické panely, alkalický elektrolyzér, kompresor ale i zásobník plynného vodíku. Dále taky systém palivových článků, invertory a řídicí systém regulující distribuci energie v systému. V budově se také nachází vzduchová tepelná čerpadla pro vytápění a chlazení a také hydronický sálavý podlahový systém.
„FV systém generuje elektrickou energii a uvažovaná řídicí jednotka sleduje, zda vyrobená energie dokáže pokrýt zátěž budovy. Včetně potřeby vytápění a chlazení zajišťované systémem tepelného čerpadla vzduchového zdroje,“ vysvětlili vědci. ,,V případě přebytečné výroby energie elektrolyzér vyrábí vodík. A na požádání je uložený hybridní vodík převeden do jednotky palivových článků vyrábějící elektřinu pro pokrytí energetického deficitu systému.“
Výroba vodíku v budovách
Vodík generovaný elektrolýzou se skladuje v zásobníku plynu o teplotě 20 °C. A následně tak využíván palivovým článkem v závislosti na potřebě elektrické energie budovy.
Skupina modelovala hybridní systém pomocí softwaru TRNSYS. Ten se používá k simulaci chování přechodných obnovitelných systémů, a využila metodu povrchu odezvy (RSM). Ta se běžně používá k predikci vztahů mezi několika vysvětlujícími proměnnými a jednou nebo více proměnnými odezvy k simulaci výkonu navrhovaného systému.
Analýza ukázala, že elektrolyzér pracuje s nižší účinností v zimě v důsledku nízké úrovně slunečního záření. Zatímco v letním období dosahuje maximální produkce, přičemž stav nabití (SOC) systému se mezi květnem a srpnem výrazně zvyšuje.
„Výsledky naznačují, že hybridní systém v červnu a červenci má svou minimální závislost na síti pouze s 33,2 kWh, respektive 41,3 kWh elektrické energie ze sítě. Zatímco v prosinci by více než 88 % potřebné zátěže mělo dodávat síť,“ dodatečně vysvětlili vědci.
Simulace také zdůraznila potřebu skladování FV elektřiny elektrolýzou v letním období. A to proto, protože výroba solární energie přesahuje 2,5 násobek požadovaného zatížení budovy.
Energie vyrobená palivovými články
„Výsledky ukazují, že elektrická energie vyrobená palivovými články v letním období odpovídá v průměru 31 % výroby elektřiny FV články,“ zdůraznila výzkumná skupina. ,,Je také pozoruhodné zmínit, že vyšší množství energie vyrobené palivovým článkem v lednu ve srovnání s fotovoltaickým systémem lze připsat počáteční úrovni zásobníku vodíku na začátku simulací.“
Akademici také zjistili, že ideální konfigurace systému pro vybranou budovu by vyžadovala 39,8 m2 solárních panelů integrovaných se zásobníkem vodíku o objemu 3,90 m3. Zjistili také, že hybridní vodíkový systém může dosáhnout vyrovnaných nákladů na energii (LCOE) v rozmezí od 9,01 Kč/kWh do 12,43 Kč/kWh.
Nový systém se popsal ve studii „Net-zero energy management prostřednictvím multikriteriálních optimalizací hybridního solárně-vodíkového energetického systému pro laboratoř v kanadském Torontu“. Ta se nedávno publikovala v Energy and Buildings.
,,Bude užitečné provést srovnávací šetření mezi technicko-enviro-ekonomickou výkonností této studie a alternativou použití systémů pro ukládání energie z baterií (BESS),“ uvedli vědci s odkazem na budoucí směr své práce. ,,Tuto analýzu lze také rozšířit na případ využití skladování vodíku i BESS s náležitou ekonomickou optimalizací pro minimalizaci výše uvedených nákladů.“
Zdroj: pv-magazine, Vapol
