Des scientifiques canadiens ont proposé de combiner la production d'énergie photovoltaïque sur les toits avec un électrolyseur alcalin et une pile à combustible pour générer de l'hydrogène dans les bâtiments. Le nouveau système vise à permettre le stockage saisonnier de l'énergie et à réduire le coût actualisé de l'énergie d'une maison.
Des chercheurs de l'Université métropolitaine de Toronto ont proposé de combiner les systèmes de piles à combustible à hydrogène avec la production photovoltaïque sur les toits dans les applications de construction.
Ils ont testé la configuration d'un tel système hybride au laboratoire BeTOP, situé sur le campus de l'université à Toronto, pour mieux comprendre l'application potentielle de l'hydrogène comme stratégie de stockage saisonnier dans les bâtiments.
Le système proposé comprend des panneaux photovoltaïques, un électrolyseur alcalin, un compresseur, une unité de stockage d'hydrogène gazeux, un système de pile à combustible, des onduleurs et un système de contrôle régulant la distribution d'énergie au sein du système. Le bâtiment abrite également des pompes à chaleur à air pour le chauffage et la climatisation, ainsi qu'un système de plancher radiant hydronique.
"Le système photovoltaïque génère de l'énergie électrique et l'unité de contrôle considérée surveille si l'énergie produite peut couvrir la charge du bâtiment, y compris la demande de chauffage et de refroidissement fournie par le système de pompe à chaleur à air", ont expliqué les scientifiques. "En cas de production d'énergie excédentaire, l'électrolyseur produit de l'hydrogène et, sur demande, l'hydrogène stocké est transféré à l'unité de pile à combustible produisant de l'électricité pour couvrir le déficit de puissance du système."
L'hydrogène généré par l'unité d'électrolyse est stocké dans un réservoir de stockage de gaz à une température de 20 °C puis utilisé par la pile à combustible en fonction de la demande électrique du bâtiment.
Le groupe a modélisé le système hybride avec le logiciel TRNSYS, utilisé pour simuler le comportement des systèmes renouvelables transitoires, et a utilisé la méthode de la surface de réponse (RSM), couramment utilisée pour prédire les relations entre plusieurs variables explicatives et une ou plusieurs variables de réponse. , pour simuler les performances du système proposé.
L'analyse a montré que l'électrolyseur fonctionne avec une efficacité moindre en hiver, en raison des faibles niveaux de rayonnement solaire, tandis qu'en été, il atteint une production maximale, l'état de charge (SOC) du système augmentant considérablement entre mai et août.
« Les résultats indiquent que le système hybride en juin et juillet a sa dépendance minimale au réseau avec seulement 33.2 kWh et 41.3 kWh d'électricité du réseau, respectivement, alors qu'en décembre, plus de 88 % de la charge requise devrait être fournie par le réseau. ", ont expliqué les chercheurs.
La simulation a également souligné la nécessité de stocker l'électricité photovoltaïque par électrolyse pendant la période estivale, car la production d'énergie solaire dépasse 2.5 fois la charge requise du bâtiment.
"Les résultats indiquent que l'énergie électrique produite par les piles à combustible pendant la période estivale correspond en moyenne à 31 % de la production électrique des cellules photovoltaïques", souligne le groupe de recherche. "Il convient également de mentionner qu'une quantité plus élevée de production d'énergie par pile à combustible en janvier par rapport à celle par système photovoltaïque est attribuable au niveau initial du réservoir de stockage d'hydrogène au début des simulations."
Les universitaires ont également constaté que la configuration idéale du système pour le bâtiment sélectionné nécessiterait 39.8 m2 de panneaux solaires intégrés à un 3.90 m3 réservoir de stockage d'hydrogène. Ils ont également vérifié que le système hybride peut atteindre un coût actualisé de l'énergie (LCOE) allant de 0.389 $/kWh à 0.537 $/kWh.
Le nouveau système a été décrit dans l'étude « Gestion d'énergie nette zéro grâce à des optimisations multicritères d'un système hybride d'énergie solaire-hydrogène pour un laboratoire de Toronto, Canada », qui a été récemment publiée dans Énergie et bâtiments.
"Il sera utile de mener une étude comparative entre les performances technico-environnementales et économiques de cette étude et l'alternative consistant à utiliser des systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS)", ont déclaré les scientifiques en référence à l'orientation future de leurs travaux. "Cette analyse peut également être étendue au cas de l'utilisation à la fois du stockage d'hydrogène et du BESS avec une optimisation économique appropriée pour minimiser les coûts susmentionnés."
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Source à partir de magazine pv
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