أجرى باحثون في إسبانيا تحليلاً مقارنًا لإنتاج الهيدروجين السنوي من الطاقة الكهروضوئية للتكوينات المباشرة وغير المباشرة ووجدوا أن الأنظمة غير المباشرة لا تنتج المزيد من الهيدروجين فحسب، بل إنها تظهر أيضًا مرونة أكبر في خسائر طاقة الوحدة.
مخططات لتكوين الاقتران المباشر (أ) وتكوين الاقتران غير المباشر (ب)
الصورة: جامعة بوليتكنيكا بمدريد، تحويل الطاقة وإدارتها، CC BY 4.0
أجرى علماء من الجامعة التقنية في مدريد دراسة مقارنة لتكوينات الاقتران المباشر وغير المباشر للطاقة الكهروضوئية والمحللات الكهربائية في إنتاج الهيدروجين الأخضر (H2). واستندت الدراسة إلى عمليات محاكاة رقمية أجريت على برنامج MATLAB، مع ظروف الطقس بناءً على سنة أرصاد جوية نموذجية في مدريد.
غالبًا ما يشار إلى أنظمة الهيدروجين التي تعمل بالطاقة الكهروضوئية والتي يتم فيها توصيل مدخل المحلل الكهربائي بالمخرج الكهربائي لمولد الطاقة الكهروضوئية دون مرحلة طاقة وسيطة بأنها تحتوي على تكوين اقتران مباشر. من ناحية أخرى، تتضمن الأنظمة ذات التكوين غير المباشر إلكترونيات لتوجيه مولد الطاقة الكهروضوئية إلى أقصى طاقته واستخدام تتبع نقطة القدرة القصوى (MPPT) لضمان تعظيم توليد الطاقة الكهروضوئية مع تغير الظروف الجوية، مع محول DC-DC يطابق طاقة الخرج التي يوفرها MPPT مع طاقة الإدخال للمحلل الكهربائي.
وقال العلماء في إشارة إلى المزايا والعيوب الرئيسية لكل تكوين: "يتضمن التكوين غير المباشر مرحلة طاقة (PS) مع متتبع نقطة الطاقة القصوى ومحول DC-DC، مما يحافظ على نقل مثالي للطاقة من الخلايا الكهروضوئية إلى المحللات الكهربائية ولكنه يتكبد خسائر في مرحلة الطاقة. يتجنب التكوين المباشر هذه الخسائر ولكنه يتطلب تصميمًا محددًا لمولد الخلايا الكهروضوئية لتحقيق نقل كهربائي عالي".
"في الدفاع عن الاقتران المباشر، يذكر العديد من المؤلفين أن هذا التكوين قد يكون جيدًا بما يكفي لتشغيل المحلل الكهربائي بالقرب من محطة الطاقة الكهروضوئية إذا تم تصميم مجموعة الألواح الشمسية والمحلل الكهربائي بشكل صحيح؛ ويؤكد آخرون أن تكوين الاقتران المباشر مفيد اقتصاديًا، حيث يتم تجنب تكاليف أنظمة الاقتران الإلكترونية تمامًا."
أجرى فريق البحث سلسلة من عمليات المحاكاة على إعداد تجريبي يتكون من وحدة شمسية بقوة 100 وات ومحلل كهربائي بغشاء تبادل البروتون (PEM) بكثافة تيار قصوى تبلغ 4 أمبير-سم2. في حالة النظام غير المباشر، يُفترض أن تكون كفاءة محول DC-DC 95٪، بينما في حالة النظام المباشر، تم تحسين عدد الخلايا الشمسية المتصلة على التوالي ومساحة الخلية مع الحفاظ على طاقة وحدة الطاقة الكهروضوئية لمقارنة عادلة.
"إن وجود MPPT يجعل وحدة الطاقة الكهروضوئية تعمل عند MPPT في جميع الظروف الجوية، على عكس تكوين الاقتران المباشر، الذي يعمل فقط بالقرب من MPPT لمجموعة نادرة من الإشعاع العالمي ودرجة الحرارة, حتى عندما تم تحسين عدد خلاياها،" أوضحت المجموعة.
"تترجم هذه الطاقة الكهروضوئية العالية أيضًا إلى زيادة كمية الطاقة الكهربائية المنقولة إلى المحلل الكهربائي، وبالتالي إلى إنتاج أكبر من الهيدروجين."
ومن خلال هذا التحليل، وجد العلماء أنه بفضل نظام التزويد بالطاقة الشمسية، يمكن لتكوين الاقتران غير المباشر أن يضخ 223 كيلووات ساعة سنويًا من الطاقة الكهربائية، وهو ما يزيد بنسبة 39.4% عن التكوين المباشر، في المحلل الكهربائي. وهذا يكفي لإنتاج 5.79 كجم من الهيدروجين في العام، وهو ما يزيد بنسبة 2% عن الكمية المنتجة في نظام الاقتران المباشر.
ووجد أيضًا أن النظام المباشر حقق كفاءة طاقة بنسبة 5%، في حين أظهر النظام غير المباشر كفاءة بنسبة 6.9%.
بالإضافة إلى ذلك، قام العلماء أيضًا بتقييم النظام الأكثر مرونة في مواجهة خسائر الطاقة في الوحدة. إذا فقد أحد الخلايا العشرين في وحدة الطاقة الكهروضوئية، فإن النظام المباشر سيفقد 20٪ من إنتاجه من الهيدروجين، بينما سيفقد النظام غير المباشر 18.3٪ فقط. عند فقدان سبع خلايا، سيتوقف النظام المباشر عن إنتاج أي هيدروجين، بينما سيظل النظام غير المباشر ينتجه، وإن كان بسعة أقل بنسبة 2٪.
وعلاوة على ذلك، وجد الأكاديميون أنه فقط عندما تنخفض كفاءة محول التيار المستمر إلى أقل من 73% فإنه ينتج كمية أقل من الهيدروجين مقارنة بنظام الاقتران المباشر. وأكد الباحثون: "لكي يُعتبر تصميم محول التيار المستمر صالحًا، يجب أن تتجاوز كفاءته 2%، وبالتالي من غير المرجح أن يحدث سيناريو تكون فيه الكفاءة وإنتاج الهيدروجين منخفضًا كما هو الحال في الاقتران المباشر".
يمكن العثور على نتائجهم في الدراسة "تحسين إنتاج الهيدروجين: دراسة مقارنة للاقتران المباشر وغير المباشر بين الخلايا الكهروضوئية والمحلل الكهربائي"، والتي نُشرت في تحويل وإدارة الطاقة.
هذا المحتوى محمي بموجب حقوق الطبع والنشر ولا يجوز إعادة استخدامه. إذا كنت ترغب في التعاون معنا وترغب في إعادة استخدام بعض المحتوى الخاص بنا، فيرجى الاتصال بـ: Editors@pv-magazine.com.
مصدر من مجلة الكهروضوئية
إخلاء المسؤولية: يتم توفير المعلومات المذكورة أعلاه بواسطة pv-magazine.com بشكل مستقل عن Chovm.com. لا تقدم Chovm.com أي تعهدات أو ضمانات فيما يتعلق بجودة وموثوقية البائع والمنتجات. ينكر موقع Chovm.com صراحةً أي مسؤولية عن الانتهاكات المتعلقة بحقوق الطبع والنشر للمحتوى.
