اقترح علماء في كندا الجمع بين توليد الطاقة الكهروضوئية على الأسطح مع محلل كهربائي قلوي وخلية وقود لتوليد الهيدروجين في المباني. ويهدف النظام الجديد إلى تمكين تخزين الطاقة الموسمية وتقليل تكلفة الطاقة في المنزل.
اقترح باحثون من جامعة تورنتو متروبوليتان الجمع بين أنظمة خلايا وقود الهيدروجين وتوليد الطاقة الكهروضوئية على الأسطح في تطبيقات البناء.
لقد اختبروا تكوين مثل هذا النظام الهجين في مختبر BeTOP، الذي يقع في حرم الجامعة في تورونتو، للحصول على نظرة ثاقبة للتطبيق المحتمل للهيدروجين كاستراتيجية تخزين موسمية في المباني.
يشتمل النظام المقترح على ألواح كهروضوئية، ومحلل كهربائي قلوي، وضاغط، ووحدة تخزين الهيدروجين الغازي، ونظام خلايا الوقود، وعاكسات، ونظام تحكم ينظم توزيع الطاقة داخل النظام. يحتوي المبنى أيضًا على مضخات حرارية من مصدر الهواء للتدفئة والتبريد، بالإضافة إلى نظام أرضي مشع مائي.
وأوضح العلماء أن "النظام الكهروضوئي يولد الطاقة الكهربائية، وتقوم وحدة التحكم المدروسة بمراقبة ما إذا كانت الطاقة المنتجة يمكن أن تغطي أحمال المبنى، بما في ذلك الطلب على التدفئة والتبريد الذي يوفره نظام المضخة الحرارية لمصدر الهواء". "في حالة توليد الطاقة الفائضة، تقوم وحدة التحليل الكهربائي بإنتاج الهيدروجين، وعند الطلب، يتم نقل الهيدروجين المخزن إلى وحدة خلايا الوقود لتوليد الكهرباء لتغطية العجز في الطاقة في النظام."
يتم تخزين الهيدروجين الناتج عن وحدة التحليل الكهربائي في خزان الغاز عند درجة حرارة 20 درجة مئوية ثم يتم استخدامه بواسطة خلية الوقود حسب الطلب على الكهرباء في المبنى.
قامت المجموعة بنمذجة النظام الهجين باستخدام برنامج TRNSYS، والذي يستخدم لمحاكاة سلوك الأنظمة المتجددة العابرة، واستخدمت طريقة سطح الاستجابة (RSM)، والتي تستخدم عادة للتنبؤ بالعلاقات بين عدة متغيرات توضيحية وواحد أو أكثر من متغيرات الاستجابة. ، لمحاكاة أداء النظام المقترح.
وأظهر التحليل أن المحلل الكهربائي يعمل بكفاءة أقل خلال فصل الشتاء، بسبب انخفاض مستويات الإشعاع الشمسي، بينما يحقق أقصى إنتاج في فصل الصيف، مع زيادة حالة الشحن (SOC) للنظام بشكل ملحوظ بين شهري مايو وأغسطس.
"تشير النتائج إلى أن النظام الهجين في شهري يونيو ويوليو يعتمد على الحد الأدنى من الشبكة مع 33.2 كيلووات في الساعة و41.3 كيلووات في الساعة فقط من استخدام كهرباء الشبكة، على التوالي، بينما في ديسمبر، يجب توفير أكثر من 88٪ من الحمل المطلوب عن طريق الشبكة. وأوضح الباحثون.
كما أكدت المحاكاة على ضرورة تخزين الكهرباء الكهروضوئية عن طريق التحليل الكهربائي في فترة الصيف، حيث يتجاوز توليد الطاقة الشمسية 2.5 مرة من الحمل المطلوب للمبنى.
وشددت المجموعة البحثية على أن "النتائج تشير إلى أن الطاقة الكهربائية التي تنتجها الخلايا الوقودية في فترة الصيف تعادل في المتوسط 31% من إنتاج الكهرباء بواسطة الخلايا الكهروضوئية". "من الجدير بالذكر أيضًا أن كمية أكبر من إنتاج الطاقة بواسطة خلايا الوقود في يناير مقارنة بتلك التي ينتجها النظام الكهروضوئي تعزى إلى المستوى الأولي لخزان تخزين الهيدروجين في بداية عمليات المحاكاة."
ووجد الأكاديميون أيضًا أن تكوين النظام المثالي للمبنى المختار سيتطلب 39.8 مترًا مربعًا2 من الألواح الشمسية المتكاملة مع 3.90 م3 خزان تخزين الهيدروجين. وتأكدوا أيضًا من أن النظام الهجين قد يحقق تكلفة مستوية للطاقة (LCOE) تتراوح من 0.389 دولارًا أمريكيًا / كيلووات ساعة إلى 0.537 دولارًا أمريكيًا / كيلووات ساعة.
تم وصف النظام الجديد في دراسة بعنوان "إدارة الطاقة الصافية صفر من خلال تحسينات متعددة المعايير لنظام الطاقة الهجين الشمسي والهيدروجيني لمختبر في تورونتو، كندا"، والتي نُشرت مؤخرًا في مجلة الطاقة والمباني.
وقال العلماء في إشارة إلى الاتجاه المستقبلي لعملهم: "سيكون من المفيد إجراء تحقيق مقارن بين الأداء التقني البيئي الاقتصادي لهذه الدراسة والبديل المتمثل في استخدام أنظمة تخزين طاقة البطاريات (BESS)". "يمكن أيضًا توسيع هذا التحليل ليشمل حالة استخدام كل من تخزين الهيدروجين وBESS مع التحسين الاقتصادي المناسب لتقليل التكاليف المذكورة أعلاه."
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.
