建築用途向けの PV 駆動ハイブリッド水素燃料電池システム

カナダの科学者は、屋上の太陽光発電とアルカリ電解槽および燃料電池を組み合わせて建物内で水素を生成することを提案した。新しいシステムは、季節エネルギーの貯蔵を可能にし、家庭のエネルギーの平準化コストを削減することを目的としています。

トロントメトロポリタン大学の研究者は、建築用途において水素燃料電池システムと屋上太陽光発電を組み合わせることを提案しました。

彼らは、建物内の季節貯蔵戦略としての水素の潜在的な応用についての洞察を得るために、トロントの大学キャンパスにあるBeTOP研究所でそのようなハイブリッドシステムの構成をテストしました。

提案されたシステムには、太陽光発電パネル、アルカリ電解槽、コンプレッサー、ガス状水素貯蔵ユニット、燃料電池システム、インバーター、システム内のエネルギー分配を調整する制御システムが含まれています。この建物には、冷暖房用の空気熱ヒートポンプと温水輻射床システムも設置されています。

「太陽光発電システムは電気エネルギーを生成し、検討中の制御ユニットは、生成されたエネルギーが空気源ヒートポンプシステムによって提供される冷暖房需要を含む建物の負荷をカバーできるかどうかを監視します」と科学者は説明しました。「余剰エネルギーが発生した場合、電解装置ユニットが水素を生成し、需要に応じて貯蔵された水素が燃料電池ユニットに送られて発電し、システムの電力不足を補います。」

電気分解ユニットによって生成された水素は、20℃の温度でガス貯蔵タンクに貯蔵され、建物の電力需要に応じて燃料電池によって利用されます。

同グループは、一時的な再生可能システムの動作をシミュレートするために使用される TRNSYS ソフトウェアを使用してハイブリッドシステムをモデル化し、複数の説明変数と 1 つ以上の応答変数の間の関係を予測するために一般的に使用される応答曲面法 (RSM) を利用しました。、提案されたシステムのパフォーマンスをシミュレートします。

分析の結果、冬の間は太陽放射レベルが低いため、電解槽は低い効率で動作する一方、夏には最大の生産量に達し、5 月から 8 月にかけてシステムの充電状態 (SOC) が大幅に増加することがわかりました。

「結果は、33.2月と41.3月のハイブリッドシステムは、それぞれグリッド電力使用量がわずか88kWhとXNUMXkWhで、グリッドへの依存度が最小限であることを示しています。一方、XNUMX月には、必要な負荷のXNUMX％以上がグリッドによって供給されるはずです。」と研究者らは説明した。

また、シミュレーションでは、太陽光発電が必要な建物負荷の 2.5 倍を超えるため、夏期に電気分解によって PV 電力を貯蔵する必要性も強調しました。

「結果は、夏期に燃料電池によって生成される電気エネルギーが、平均して太陽電池による発電量の 31 % に相当することを示しています」と研究グループは強調しました。「XNUMX月の燃料電池によるエネルギー生産量が太陽光発電システムによるエネルギー生産量と比較して高かったのは、シミュレーション開始時の水素貯蔵タンクの初期レベルに起因していることにも言及することは注目に値します。」

学者らはまた、選択した建物の理想的なシステム構成には 39.8 m が必要であることも発見しました。² 3.90mのソーラーパネルを統合³ 水素貯蔵タンク。彼らはまた、ハイブリッドシステムが 0.389 ドル/kWh から 0.537 ドル/kWh の範囲の均等化エネルギー原価 (LCOE) を達成できる可能性があることを確認しました。

この新しいシステムは、最近出版された研究「カナダのトロントにある研究所のためのハイブリッド太陽水素エネルギーシステムの多基準最適化によるネットゼロエネルギー管理」で説明されています。 エネルギーと建物.

「この研究の技術環境経済的パフォーマンスとバッテリーエネルギー貯蔵システム（BESS）を使用する代替案との間の比較調査を行うことは有益だろう」と科学者らは今後の研究の方向性について言及した。「この分析は、前述のコストを最小限に抑えるために適切な経済的最適化を行って水素貯蔵とBESSの両方を採用する場合にも拡張できます。」