นักวิจัยในสเปนได้ทำการวิเคราะห์เปรียบเทียบการผลิตไฮโดรเจนประจำปีจากพลังงานแสงอาทิตย์สำหรับการกำหนดค่าแบบตรงและแบบอ้อม และพบว่าระบบทางอ้อมไม่เพียงแต่ผลิตไฮโดรเจนได้มากกว่า แต่ยังมีความทนทานต่อการสูญเสียพลังงานของโมดูลที่สูงกว่าด้วย
แผนผังของการกำหนดค่าการจับคู่โดยตรง (ก) และการกำหนดค่าการจับคู่โดยอ้อม (ข)
ภาพ: Universidad Politécnica de Madrid, การแปลงและการจัดการพลังงาน, CC BY 4.0
นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเทคนิคมาดริดของสเปนได้ทำการศึกษาวิจัยเชิงเปรียบเทียบการกำหนดค่าการจับคู่โดยตรงและโดยอ้อมสำหรับ PV และอิเล็กโทรไลเซอร์ในการผลิตไฮโดรเจนสีเขียว (H2) การศึกษาดังกล่าวใช้การจำลองเชิงตัวเลขที่ดำเนินการบนซอฟต์แวร์ MATLAB โดยมีสภาพอากาศที่อิงตามปีอุตุนิยมวิทยาทั่วไปในมาดริด
ระบบไฮโดรเจนที่ใช้พลังงานจาก PV ซึ่งอินพุตของอิเล็กโทรไลเซอร์เชื่อมต่อกับเอาต์พุตไฟฟ้าของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า PV โดยไม่มีขั้นตอนพลังงานกลาง มักเรียกกันว่ามีการกำหนดค่าการเชื่อมโยงโดยตรง. ในทางตรงกันข้าม ระบบที่มีการกำหนดค่าทางอ้อมนั้นจะมีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เข้ามาช่วยควบคุมเครื่องกำเนิดไฟฟ้า PV ให้ทำงานที่พลังงานสูงสุด และใช้การติดตามจุดพลังงานสูงสุด (MPPT) เพื่อให้แน่ใจว่าจะผลิตพลังงานไฟฟ้าของ PV ได้สูงสุดเมื่อสภาพอุตุนิยมวิทยาเปลี่ยนแปลงไป โดยตัวแปลง DC-DC จะจับคู่พลังงานขาออกที่ MPPT ส่งมาให้เข้ากับพลังงานขาเข้าของเครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์
“การกำหนดค่าทางอ้อมเกี่ยวข้องกับขั้นตอนกำลังไฟฟ้า (PS) ที่มีตัวติดตามจุดกำลังไฟฟ้าสูงสุดและตัวแปลง DC-DC ซึ่งรักษาการถ่ายโอนพลังงานที่เหมาะสมจาก PV ไปยังเครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์ แต่เกิดการสูญเสียที่ PS การกำหนดค่าโดยตรงจะหลีกเลี่ยงการสูญเสียเหล่านี้ แต่ต้องมีการออกแบบเครื่องกำเนิดไฟฟ้า PV เฉพาะเพื่อให้เกิดการถ่ายโอนไฟฟ้าสูง” นักวิทยาศาสตร์กล่าว โดยอ้างถึงข้อดีและข้อเสียหลักของการกำหนดค่าแต่ละแบบ
“ในการปกป้องการเชื่อมต่อโดยตรง ผู้เขียนหลายรายระบุว่าการกำหนดค่านี้น่าจะดีเพียงพอที่จะให้เครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์ทำงานใกล้กับ MPP ได้ หากแผง PV และเครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์ได้รับการออกแบบอย่างถูกต้อง ผู้เขียนรายอื่นๆ อ้างว่าการกำหนดค่าการเชื่อมต่อโดยตรงนั้นได้เปรียบทางเศรษฐกิจ เนื่องจากสามารถหลีกเลี่ยงต้นทุนของระบบการเชื่อมต่ออิเล็กทรอนิกส์ได้ทั้งหมด”
กลุ่มวิจัยได้ทำการจำลองสถานการณ์ชุดหนึ่งโดยใช้ชุดอุปกรณ์ทดลองที่ประกอบด้วยโมดูลพลังงานแสงอาทิตย์ขนาด 100 วัตต์และอิเล็กโทรไลเซอร์เมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน (PEM) ที่มีความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าสูงสุด 4 A-cm2 ในกรณีของระบบทางอ้อม ประสิทธิภาพของตัวแปลง DC-DC ถือว่าอยู่ที่ 95% ในขณะที่ในกรณีของระบบทางตรง จำนวนเซลล์แสงอาทิตย์ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมและพื้นที่เซลล์ได้รับการปรับให้เหมาะสมในขณะที่รักษาพลังงานของโมดูล PV ไว้เพื่อการเปรียบเทียบที่เป็นธรรม
“การมีอยู่ของ MPPT ทำให้โมดูล PV ทำงานที่ MPPT สำหรับสภาพอุตุนิยมวิทยาทุกประเภท ซึ่งแตกต่างจากการกำหนดค่าการเชื่อมต่อโดยตรงที่ทำงานใกล้กับ MPPT สำหรับช่วงการแผ่รังสีและอุณหภูมิทั่วโลกที่หายากเท่านั้น, แม้ว่าจำนวนเซลล์จะได้รับการปรับให้เหมาะสมแล้วก็ตาม” กลุ่มอธิบาย
“พลังงาน PV ที่สูงขึ้นนี้ยังส่งผลให้มีการถ่ายโอนพลังงานไฟฟ้าไปยังเครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์ในปริมาณที่เพิ่มขึ้น ส่งผลให้สามารถผลิต H2 ได้มากขึ้นด้วย”
จากการวิเคราะห์นี้ นักวิทยาศาสตร์พบว่าด้วย PS การกำหนดค่าการเชื่อมต่อทางอ้อมสามารถจ่ายพลังงานไฟฟ้า 223 กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อปี ซึ่งมากกว่าการกำหนดค่าโดยตรง 39.4% เข้าสู่เครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์ ซึ่งจะเพียงพอที่จะผลิตไฮโดรเจนได้ 5.79 กก. ในหนึ่งปี ซึ่งมากกว่าปริมาณที่ผลิตได้ในระบบการเชื่อมต่อโดยตรง 2%
นอกจากนี้ พบว่าระบบตรงยังมีประสิทธิภาพด้านพลังงานอยู่ที่ 5% ในขณะที่ระบบทางอ้อมมีประสิทธิภาพอยู่ที่ 6.9%
นอกจากนี้ นักวิทยาศาสตร์ยังประเมินด้วยว่าระบบใดทนทานต่อการสูญเสียพลังงานของโมดูลมากกว่า หากสูญเสียเซลล์ใดเซลล์หนึ่งใน 20 เซลล์ในโมดูล PV ระบบโดยตรงจะสูญเสียการผลิต H18.3 ร้อยละ 2 ในขณะที่ระบบทางอ้อมจะสูญเสียเพียงร้อยละ 5 เมื่อสูญเสียเซลล์ไป 2 เซลล์ ระบบโดยตรงจะหยุดผลิต H37 ในขณะที่ระบบทางอ้อมจะยังคงผลิต HXNUMX ได้ แม้ว่าจะมีกำลังการผลิตต่ำกว่าร้อยละ XNUMX ก็ตาม
นอกจากนี้ นักวิชาการยังพบว่าเมื่อประสิทธิภาพของตัวแปลง DC-DC ลดลงต่ำกว่า 73% เท่านั้น จึงจะผลิต H2 ได้น้อยกว่าระบบแบบเชื่อมต่อโดยตรง “เพื่อให้การออกแบบตัวแปลง DC-DC ถือว่าถูกต้อง ประสิทธิภาพจะต้องเกิน 90% ดังนั้น สถานการณ์ที่มีประสิทธิภาพและการผลิต H2 ต่ำเท่ากับแบบเชื่อมต่อโดยตรงนั้นไม่น่าจะเกิดขึ้นได้” นักวิจัยเน้นย้ำ
ผลการค้นพบดังกล่าวสามารถพบได้ในงานวิจัยเรื่อง “การเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตไฮโดรเจน: การศึกษาวิจัยเชิงเปรียบเทียบการเชื่อมโยงโดยตรงและโดยอ้อมระหว่างโฟโตวอลตาอิคส์กับอิเล็กโทรไลเซอร์” ซึ่งตีพิมพ์ใน การแปลงและการจัดการพลังงาน.
เนื้อหานี้ได้รับการคุ้มครองลิขสิทธิ์และไม่อาจนำไปใช้ซ้ำได้ หากคุณต้องการร่วมมือกับเราและต้องการนำเนื้อหาบางส่วนของเราไปใช้ซ้ำ โปรดติดต่อ: editors@pv-magazine.com
ที่มาจาก นิตยสาร pv
ข้อสงวนสิทธิ์: ข้อมูลที่ระบุไว้ข้างต้นจัดทำโดย pv-magazine.com โดยเป็นอิสระจาก Chovm.com Chovm.com ไม่รับรองหรือรับประกันคุณภาพและความน่าเชื่อถือของผู้ขายและผลิตภัณฑ์ Chovm.com ขอปฏิเสธความรับผิดชอบใดๆ ต่อการละเมิดลิขสิทธิ์ของเนื้อหา
