Cientistas no Canadá propuseram combinar a geração de energia fotovoltaica em telhados com um eletrolisador alcalino e uma célula de combustível para gerar hidrogênio em edifícios. O novo sistema visa permitir o armazenamento sazonal de energia e reduzir o custo nivelado de energia de uma casa.
Pesquisadores da Universidade Metropolitana de Toronto propuseram combinar sistemas de células de combustível de hidrogênio com geração fotovoltaica em telhados em aplicações de construção.
Eles testaram a configuração de tal sistema híbrido no laboratório BeTOP, localizado no campus da universidade em Toronto, para obter insights sobre a aplicação potencial do hidrogênio como estratégia de armazenamento sazonal em edifícios.
O sistema proposto inclui painéis fotovoltaicos, um eletrolisador alcalino, um compressor, uma unidade de armazenamento de hidrogênio gasoso, um sistema de célula de combustível, inversores e um sistema de controle que regula a distribuição de energia dentro do sistema. O edifício também abriga bombas de calor de fonte de ar para aquecimento e resfriamento, bem como um sistema de piso radiante hidrônico.
“O sistema fotovoltaico gera a energia elétrica e a unidade de controle considerada monitora se a energia produzida pode cobrir a carga do edifício, incluindo a demanda de aquecimento e resfriamento fornecida pelo sistema de bomba de calor com fonte de ar”, explicaram os cientistas. “Em caso de geração excedente de energia, a unidade eletrolisadora produz o hidrogênio e, mediante demanda, o hidrogênio armazenado é transferido para a unidade de célula a combustível gerando eletricidade para cobrir o déficit de energia do sistema.”
O hidrogénio gerado pela unidade de eletrólise é armazenado num tanque de armazenamento de gás a uma temperatura de 20 C e depois utilizado pela célula de combustível, dependendo da necessidade de eletricidade do edifício.
O grupo modelou o sistema híbrido com o software TRNSYS, que é usado para simular o comportamento de sistemas renováveis transitórios, e utilizou o método de superfície de resposta (RSM), que é comumente usado para prever as relações entre diversas variáveis explicativas e uma ou mais variáveis de resposta. , para simular o desempenho do sistema proposto.
A análise mostrou que o eletrolisador opera com menor eficiência durante o inverno, devido aos baixos níveis de radiação solar, enquanto no verão atinge a produção máxima, com o estado de carga (SOC) do sistema aumentando significativamente entre maio e agosto.
“Os resultados indicam que o sistema híbrido em Junho e Julho tem a sua dependência mínima da rede com apenas 33.2 kWh e 41.3 kWh de utilização de electricidade da rede, respectivamente, enquanto em Dezembro, mais de 88% da carga necessária deverá ser fornecida pela rede, ” explicaram os pesquisadores.
A simulação também sublinhou a necessidade de armazenar eletricidade fotovoltaica através de eletrólise no período de verão, uma vez que a geração de energia solar excede 2.5 vezes a carga necessária do edifício.
“Os resultados indicam que a energia elétrica produzida pelas células de combustível no período de verão corresponde em média a 31% da produção de eletricidade pelas células fotovoltaicas”, sublinhou o grupo de investigação. “Também vale ressaltar que uma maior quantidade de produção de energia por célula de combustível em janeiro em comparação com a do sistema fotovoltaico é atribuível ao nível inicial do tanque de armazenamento de hidrogênio no início das simulações.”
Os acadêmicos também descobriram que a configuração ideal do sistema para o edifício selecionado exigiria 39.8 m2 de painéis solares integrados com uma área de 3.90 m3 tanque de armazenamento de hidrogênio. Eles também verificaram que o sistema híbrido pode atingir um custo nivelado de energia (LCOE) variando de US$ 0.389/kWh a US$ 0.537/kWh.
O novo sistema foi descrito no estudo “Gerenciamento de energia net-zero através de otimizações multicritérios de um sistema híbrido de energia solar-hidrogênio para um laboratório em Toronto, Canadá”, que foi publicado recentemente em Energia e Edifícios.
“Será útil realizar uma investigação comparativa entre o desempenho técnico-ambiental e económico deste estudo e a alternativa de utilização de sistemas de armazenamento de energia em baterias (BESS)”, afirmaram os cientistas referindo-se à direcção futura do seu trabalho. “Esta análise também pode ser estendida ao caso de utilização tanto do armazenamento de hidrogênio quanto do BESS com otimização econômica adequada para minimizar os custos acima mencionados.”
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