Wissenschaftler in Kanada haben vorgeschlagen, die PV-Stromerzeugung auf Dächern mit einem alkalischen Elektrolyseur und einer Brennstoffzelle zu kombinieren, um in Gebäuden Wasserstoff zu erzeugen. Das neue System soll die saisonale Energiespeicherung ermöglichen und die Energiegestehungskosten eines Hauses senken.
Forscher der Toronto Metropolitan University haben vorgeschlagen, Wasserstoff-Brennstoffzellensysteme mit der PV-Erzeugung auf Dächern in Gebäudeanwendungen zu kombinieren.
Sie testeten die Konfiguration eines solchen Hybridsystems im BeTOP-Labor, das sich auf dem Campus der Universität in Toronto befindet, um Erkenntnisse über den möglichen Einsatz von Wasserstoff als saisonale Speicherstrategie in Gebäuden zu gewinnen.
Das vorgeschlagene System umfasst Photovoltaikmodule, einen alkalischen Elektrolyseur, einen Kompressor, eine Speichereinheit für gasförmigen Wasserstoff, ein Brennstoffzellensystem, Wechselrichter und ein Steuersystem, das die Energieverteilung innerhalb des Systems regelt. Das Gebäude beherbergt außerdem Luftwärmepumpen zum Heizen und Kühlen sowie ein hydraulisches Fußbodenheizungssystem.
„Die PV-Anlage erzeugt die elektrische Energie und die betrachtete Steuereinheit überwacht, ob die erzeugte Energie die Gebäudelast einschließlich des Heiz- und Kühlbedarfs der Luftwärmepumpenanlage decken kann“, erklärten die Wissenschaftler. „Im Falle einer überschüssigen Energieerzeugung produziert die Elektrolyseeinheit den Wasserstoff und bei Bedarf wird der gespeicherte Wasserstoff an die Brennstoffzelleneinheit übertragen, die Strom erzeugt, um das Leistungsdefizit des Systems zu decken.“
Der von der Elektrolyseeinheit erzeugte Wasserstoff wird in einem Gasspeicher bei einer Temperatur von 20 °C gespeichert und dann je nach Strombedarf des Gebäudes von der Brennstoffzelle genutzt.
Die Gruppe modellierte das Hybridsystem mit der TRNSYS-Software, die zur Simulation des Verhaltens transienter erneuerbarer Systeme verwendet wird, und nutzte die Antwortoberflächenmethode (RSM), die üblicherweise zur Vorhersage der Beziehungen zwischen mehreren erklärenden Variablen und einer oder mehreren Antwortvariablen verwendet wird , um die Leistung des vorgeschlagenen Systems zu simulieren.
Die Analyse zeigte, dass der Elektrolyseur im Winter aufgrund der geringen Sonneneinstrahlung mit geringerer Effizienz arbeitet, während er im Sommer die maximale Produktion erreicht, wobei der Ladezustand (SOC) des Systems zwischen Mai und August deutlich ansteigt.
„Die Ergebnisse zeigen, dass das Hybridsystem im Juni und Juli mit nur 33.2 kWh bzw. 41.3 kWh Netzstromverbrauch seine minimale Netzabhängigkeit aufweist, während im Dezember mehr als 88 % der erforderlichen Last aus dem Netz gedeckt werden sollten.“ “, erklärten die Forscher.
Die Simulation betonte auch die Notwendigkeit, PV-Strom durch Elektrolyse im Sommer zu speichern, da die Solarstromerzeugung das 2.5-fache der erforderlichen Gebäudelast übersteigt.
„Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die von Brennstoffzellen im Sommer erzeugte elektrische Energie durchschnittlich 31 % der Stromproduktion von PV-Zellen entspricht“, betont die Forschergruppe. „Bemerkenswert ist auch, dass eine höhere Energieproduktion der Brennstoffzelle im Januar im Vergleich zur PV-Anlage auf den anfänglichen Füllstand des Wasserstoffspeichertanks zu Beginn der Simulationen zurückzuführen ist.“
Die Wissenschaftler fanden außerdem heraus, dass die ideale Systemkonfiguration für das ausgewählte Gebäude 39.8 m² erfordern würde2 von Sonnenkollektoren integriert mit einem 3.90 m3 Wasserstoffspeichertank. Sie stellten außerdem fest, dass das Hybridsystem Stromgestehungskosten (LCOE) zwischen 0.389 US-Dollar/kWh und 0.537 US-Dollar/kWh erzielen kann.
Das neuartige System wurde in der Studie „Net-Zero Energy Management by Multi-Criteria Optimizations of a Hybrid Solar-Hydrogen Energy System for a Laboratory in Toronto, Canada“ beschrieben, die kürzlich in veröffentlicht wurde Energie und Gebäude.
„Es wird nützlich sein, eine vergleichende Untersuchung zwischen der technischen, ökologischen und wirtschaftlichen Leistung dieser Studie und der Alternative des Einsatzes von Batterie-Energiespeichersystemen (BESS) durchzuführen“, sagten die Wissenschaftler mit Blick auf die zukünftige Ausrichtung ihrer Arbeit. „Diese Analyse kann auch auf den Fall ausgeweitet werden, dass sowohl Wasserstoffspeicherung als auch BESS mit angemessener wirtschaftlicher Optimierung eingesetzt werden, um die oben genannten Kosten zu minimieren.“
Dieser Inhalt ist urheberrechtlich geschützt und darf nicht weiterverwendet werden. Wenn Sie mit uns zusammenarbeiten und einige unserer Inhalte wiederverwenden möchten, wenden Sie sich bitte an: editors@pv-magazine.com.
Quelle aus pv Magazin
Haftungsausschluss: Die oben dargelegten Informationen werden von pv-magazine.com unabhängig von Chovm.com bereitgestellt. Chovm.com gibt keine Zusicherungen und Gewährleistungen hinsichtlich der Qualität und Zuverlässigkeit des Verkäufers und der Produkte.
