Para peneliti di Spanyol telah membuat analisis perbandingan produksi hidrogen bertenaga PV tahunan untuk konfigurasi langsung dan tidak langsung dan menemukan bahwa sistem tidak langsung tidak hanya menghasilkan lebih banyak hidrogen tetapi juga menunjukkan ketahanan yang lebih tinggi terhadap kehilangan daya modul.
Skema konfigurasi kopling langsung (a) dan konfigurasi kopling tidak langsung (b)
Gambar: Universidad Politécnica de Madrid, Konversi dan Manajemen Energi, CC BY 4.0
Para ilmuwan dari Universitas Teknik Madrid, Spanyol, telah melakukan studi perbandingan konfigurasi kopling langsung dan tidak langsung untuk PV dan elektroliser dalam produksi hidrogen hijau (H2). Studi ini didasarkan pada simulasi numerik yang dilakukan pada perangkat lunak MATLAB, dengan kondisi cuaca berdasarkan tahun meteorologi yang umum di Madrid.
Sistem hidrogen bertenaga PV di mana input elektroliser dihubungkan ke output listrik generator PV tanpa tahap daya perantara sering disebut memiliki konfigurasi kopling langsung.. Sistem dengan konfigurasi tak langsung, sebaliknya, menggabungkan elektronik untuk membiaskan generator PV pada daya maksimumnya dan menggunakan pelacakan titik daya maksimum (MPPT) yang menjamin pemaksimalan pembangkitan daya PV saat kondisi meteorologi berubah, dengan konverter DC-DC yang mencocokkan daya keluaran yang disediakan oleh MPPT dengan daya masukan elektroliser.
"Konfigurasi tidak langsung melibatkan tahap daya (PS) dengan pelacak titik daya maksimum dan konverter DC-DC, yang mempertahankan transfer daya optimal dari PV ke elektroliser tetapi menimbulkan kerugian di PS. Konfigurasi langsung menghindari kerugian ini tetapi memerlukan desain generator PV yang spesifik untuk mencapai transfer listrik yang tinggi," kata para ilmuwan, mengacu pada kelebihan dan kekurangan utama dari setiap konfigurasi.
“Dalam pembelaan terhadap kopling langsung, beberapa penulis menyatakan bahwa konfigurasi ini cukup baik untuk membuat elektroliser bekerja di dekat MPP jika susunan PV dan elektroliser dirancang dengan benar; yang lain menyatakan bahwa konfigurasi kopling langsung menguntungkan secara ekonomi, karena biaya sistem kopling elektronik sepenuhnya dapat dihindari.”
Kelompok peneliti melakukan serangkaian simulasi pada perangkat percobaan yang terdiri dari modul surya 100 W dan elektroliser membran pertukaran proton (PEM) dengan kerapatan arus maksimum 4 A-cm2. Dalam kasus sistem tidak langsung, efisiensi konverter DC-DC diasumsikan sebesar 95%, sedangkan dalam kasus sistem langsung, jumlah sel surya yang dihubungkan secara seri dan luas sel dioptimalkan sambil mempertahankan daya modul PV untuk perbandingan yang adil.
“Kehadiran MPPT membuat modul PV beroperasi pada MPPT-nya untuk semua kondisi meteorologi, tidak seperti konfigurasi kopling langsung, yang hanya bekerja di dekat MPPT untuk rentang iradiasi dan suhu global yang terbatas., bahkan ketika jumlah selnya telah dioptimalkan,” jelas kelompok tersebut.
“Daya PV yang lebih tinggi ini juga menghasilkan peningkatan jumlah daya listrik yang ditransfer ke elektroliser dan, oleh karena itu, menghasilkan produksi H2 yang lebih besar.”
Melalui analisis ini, para ilmuwan menemukan bahwa, berkat PS, konfigurasi kopling tak langsung dapat menyuntikkan 223 kWh energi listrik per tahun, yang 39.4% lebih banyak daripada konfigurasi langsung, ke dalam elektroliser. Ini akan cukup untuk menghasilkan 5.79 kg H2 dalam setahun, yang akan menjadi 37.5% lebih banyak daripada jumlah yang diproduksi dalam sistem kopling langsung.
Sistem langsung juga ditemukan mencapai efisiensi energi sebesar 5%, sedangkan sistem tidak langsung menunjukkan efisiensi sebesar 6.9%.
Selain itu, para ilmuwan juga menilai sistem mana yang lebih tangguh terhadap kehilangan daya modul. Jika kehilangan satu dari 20 sel dalam modul PV, sistem langsung akan kehilangan 18.3% produksi H2-nya, sedangkan sistem tidak langsung hanya akan kehilangan 5%. Jika kehilangan tujuh sel, sistem langsung akan berhenti memproduksi H2, sedangkan sistem tidak langsung akan tetap memproduksinya, meskipun dengan kapasitas 37% lebih rendah.
Lebih jauh, para akademisi menemukan bahwa hanya ketika efisiensi konverter DC-DC turun hingga di bawah 73%, maka ia akan menghasilkan lebih sedikit H2 daripada sistem kopling langsung. "Agar desain konverter DC-DC dianggap valid, efisiensinya harus melebihi 90%, jadi skenario dengan efisiensi dan produksi H2 serendah kopling langsung tidak mungkin terjadi," para peneliti menekankan.
Temuan mereka dapat ditemukan dalam studi “Mengoptimalkan Produksi Hidrogen: Sebuah studi perbandingan kopling langsung dan tidak langsung antara fotovoltaik dan elektroliser,” yang diterbitkan dalam Konversi dan Manajemen Energi.
Konten ini dilindungi oleh hak cipta dan tidak boleh digunakan kembali. Jika Anda ingin bekerja sama dengan kami dan ingin menggunakan kembali sebagian konten kami, silakan hubungi: editors@pv-magazine.com.
Sumber dari majalah pv
Penafian: Informasi yang diuraikan di atas disediakan oleh pv-magazine.com secara independen dari Chovm.com. Chovm.com tidak membuat pernyataan dan jaminan mengenai kualitas dan keandalan penjual dan produk. Chovm.com secara tegas melepaskan tanggung jawab apa pun atas pelanggaran yang berkaitan dengan hak cipta konten.
