スペインの研究者らは、直接構成と間接構成の太陽光発電による年間水素生産量を比較分析し、間接システムではより多くの水素を生産するだけでなく、モジュールの電力損失に対する耐性も高いことを発見しました。
直接結合構成（a）と間接結合構成（b）の概略図
画像: マドリッド工科大学、エネルギー変換と管理、CC BY 4.0
スペインのマドリード工科大学の科学者らは、グリーン水素（H2）の生産における太陽光発電と電解装置の直接および間接の結合構成の比較研究を行った。この研究は、マドリードの典型的な気象年に基づいた気象条件で、MATLAB ソフトウェアで実行された数値シミュレーションに基づいている。
電解槽の入力が中間電力段なしでPV発電機の電気出力に接続されているPV駆動水素システムは、直接結合構成と呼ばれることが多い。. 対照的に、間接構成のシステムには、PV ジェネレータを最大電力にバイアスする電子機器が組み込まれており、最大電力点追従 (MPPT) を使用して気象条件の変化に応じて PV 発電が最大化されるようにし、DC-DC コンバータによって MPPT によって提供される出力電力を電解装置の入力電力に一致させます。
「間接構成には、最大電力点トラッカーとDC-DCコンバータを備えた電力ステージ（PS）が含まれ、PVから電解装置への最適な電力転送を維持しますが、PSで損失が発生します。直接構成ではこれらの損失を回避できますが、高い電気転送を実現するにはPVジェネレータの特定の設計が必要です」と科学者は、各構成の主な利点と欠点に言及して述べました。
「直接結合を擁護する著者の中には、PV アレイと電解装置が正しく設計されていれば、この構成は電解装置を MPP の近くで動作させるのに十分であると主張する者もいます。また、電子結合システムのコストが完全に回避されるため、直接結合構成は経済的に有利であると主張する者もいます。」
研究グループは、100Wの太陽電池モジュールと最大電流密度4A-cm2のプロトン交換膜（PEM）電解装置からなる実験装置で一連のシミュレーションを実施しました。間接システムの場合、DC-DCコンバータの効率は95％と想定され、直接システムの場合は、公平な比較のためにPVモジュールの電力を維持しながら、直列に接続された太陽電池の数とセル面積が最適化されました。
「MPPTの存在により、PVモジュールはすべての気象条件でMPPTで動作します。直接結合構成では、限られた範囲の地球放射照度と温度でのみMPPTに近い値で動作します。, 細胞の数が最適化されていても、それは同じだ」と研究グループは説明した。
「この高いPV電力は、電解装置に送られる電力量の増加にもつながり、したがって、より多くのH2生産につながります。」
この分析を通じて、科学者たちは、PSのおかげで、間接結合構成では年間223kWhの電気エネルギーを電解装置に注入できることを発見しました。これは直接構成よりも39.4%多い量です。これは、5.79年間で2kgのH37.5を生成するのに十分な量であり、直接結合システムで生成される量よりもXNUMX%多い量になります。
直接システムでは 5% のエネルギー効率が達成され、間接システムでは 6.9% の効率が示されたことも判明しました。
さらに、科学者たちは、モジュールの電力損失に対してどちらのシステムの方が耐性があるかについても評価しました。PV モジュールの 20 個のセルのうち 18.3 個が失われた場合、直接システムでは水素生産量が 2% 減少しますが、間接システムでは 5% しか減少しません。2 個のセルが失われると、直接システムでは水素生産が停止しますが、間接システムでは 37% 低い容量ではあるものの、水素生産が継続します。
さらに、研究者らは、DC-DCコンバータの効率が73%以下に低下した場合にのみ、直接結合システムよりも少ないH2生成量になることを発見した。「DC-DCコンバータの設計が有効であるとみなされるためには、その効率が90%を超える必要があるため、直接結合の場合のように効率とH2生成量が低いシナリオは起こりそうにありません」と研究者らは強調した。
彼らの研究結果は、「水素生産の最適化：太陽光発電と電解槽の直接的および間接的な結合の比較研究」という論文で発表されています。 エネルギー変換と管理.
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ソースから 太陽光発電マガジン
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