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

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