İspanya'daki araştırmacılar, doğrudan ve dolaylı yapılandırmalar için yıllık PV destekli hidrojen üretiminin karşılaştırmalı bir analizini yaptı ve dolaylı sistemlerin yalnızca daha fazla hidrojen üretmediğini, aynı zamanda modül güç kayıplarına karşı daha yüksek dayanıklılık gösterdiğini buldu.
Doğrudan bağlantı yapılandırmasının (a) ve dolaylı bağlantı yapılandırmasının (b) şemaları
Resim: Universidad Politécnica de Madrid, Enerji Dönüşümü ve Yönetimi, CC BY 4.0
İspanya'nın Madrid Teknik Üniversitesi'nden bilim insanları, yeşil hidrojen (H2) üretiminde PV ve elektrolizörler için doğrudan ve dolaylı kuplaj yapılandırmalarının karşılaştırmalı bir çalışmasını yürüttüler. Çalışma, Madrid'deki tipik bir meteorolojik yıla dayalı hava koşullarıyla MATLAB yazılımında gerçekleştirilen sayısal simülasyonlara dayanıyordu.
Elektrolizör girişinin ara bir güç aşaması olmaksızın PV jeneratörünün elektrik çıkışına bağlandığı PV ile çalışan hidrojen sistemlerine genellikle doğrudan bağlantı konfigürasyonuna sahip olarak atıfta bulunulur. Buna karşın, dolaylı konfigürasyona sahip sistemler, PV jeneratörünü maksimum gücünde önyargılamak için elektronik aksamı bünyesinde barındırır ve meteorolojik koşullar değiştikçe PV güç üretiminin maksimize edilmesini sağlayan maksimum güç noktası izleme (MPPT) sistemini kullanır; DC-DC dönüştürücü, MPPT tarafından sağlanan çıkış gücünü elektrolizörün giriş gücüyle eşleştirir.
Bilim insanları, her bir konfigürasyonun başlıca avantajlarına ve dezavantajlarına atıfta bulunarak, "Dolaylı konfigürasyon, maksimum güç noktası izleyicisi ve DC-DC dönüştürücüsü olan bir güç aşamasını (PS) içerir ve PV'den elektrolizörlere optimum güç aktarımını korur ancak PS'de kayıplara neden olur. Doğrudan konfigürasyon bu kayıplardan kaçınır ancak yüksek elektrik aktarımı elde etmek için PV jeneratörünün özel bir tasarımını gerektirir" dedi.
“Doğrudan bağlantının savunmasında, bazı yazarlar, PV dizisi ve elektrolizör doğru şekilde tasarlanırsa, bu yapılandırmanın elektrolizörün MPP yakınında çalışması için yeterince iyi olabileceğini belirtiyor; diğerleri ise doğrudan bağlantı yapılandırmasının, elektronik bağlantı sistemlerinin maliyetlerinden tamamen kaçınıldığı için ekonomik olarak avantajlı olduğunu belirtiyor.”
Araştırma grubu, 100 W'lık bir güneş modülü ve maksimum akım yoğunluğu 4 A-cm2 olan bir proton değişim membranı (PEM) elektrolizöründen oluşan deneysel bir kurulumda bir dizi simülasyon gerçekleştirdi. Dolaylı sistem durumunda, DC-DC dönüştürücü verimliliğinin %95 olduğu varsayılırken, doğrudan sistem durumunda, adil bir karşılaştırma için PV modülünün gücü korunurken seri olarak bağlanan güneş hücrelerinin sayısı ve hücre alanı optimize edildi.
"MPPT'nin varlığı, PV modülünün, küresel ışınım ve sıcaklığın sınırlı bir aralığı için yalnızca MPPT yakınında çalışan doğrudan bağlantı yapılandırmasının aksine, tüm meteorolojik koşullar için MPPT'sinde çalışmasını sağlar, "Hücre sayısı optimize edilmiş olsa bile" diye açıklıyor grup.
“Bu daha yüksek PV gücü, aynı zamanda elektrolizöre aktarılan elektrik gücünün miktarının artması ve dolayısıyla daha fazla H2 üretimi anlamına geliyor.”
Bilim insanları bu analiz sayesinde, PS sayesinde dolaylı bağlantı konfigürasyonunun elektrolizöre yılda 223 kWh elektrik enerjisi enjekte edebileceğini, bunun da doğrudan bağlantı sisteminden %39.4 daha fazla olduğunu buldular. Bu, yılda 5.79 kg H2 üretmeye yetecekti, bu da doğrudan bağlantı sisteminde üretilen miktardan %37.5 daha fazla olacaktı.
Doğrudan sistemde de yüzde 5, dolaylı sistemde ise yüzde 6.9 oranında enerji verimliliği sağlandığı görüldü.
Ayrıca bilim insanları hangi sistemin modül güç kayıplarına karşı daha dayanıklı olduğunu da değerlendirdiler. PV modülündeki 20 hücreden birini kaybetmiş olsaydı, doğrudan sistem H18.3 üretiminin %2'ünü kaybederken, dolaylı sistem yalnızca %5 kaybederdi. Yedi hücre kaybında, doğrudan sistem herhangi bir H2 üretmeyi durdururken, dolaylı sistem %37 daha düşük kapasitede de olsa üretmeye devam eder.
Dahası, akademisyenler DC-DC dönüştürücü verimliliği %73'ün altına düştüğünde doğrudan bağlı sistemden daha az H2 üreteceğini buldular. Araştırmacılar, "Bir DC-DC dönüştürücü tasarımının geçerli kabul edilmesi için verimliliğinin %90'ı aşması gerekir, bu nedenle verimlilik ve H2 üretiminin doğrudan bağlı sistemdeki kadar düşük olduğu bir senaryonun gerçekleşmesi olası değildir" diye vurguladılar.
Bulguları, “Hidrojen Üretiminin Optimize Edilmesi: Fotovoltaikler ve elektrolizör arasındaki doğrudan ve dolaylı bağlantının karşılaştırmalı bir çalışması” adlı çalışmada bulunabilir. Enerji Dönüşümü ve Yönetimi.
Bu içerik telif hakkıyla korunmaktadır ve tekrar kullanılamaz. Bizimle işbirliği yapmak ve içeriğimizin bir kısmını yeniden kullanmak istiyorsanız lütfen editors@pv-magazine.com adresiyle iletişime geçin.
Kaynaktan pv dergisi
Yasal Uyarı: Yukarıda belirtilen bilgiler Chovm.com'dan bağımsız olarak pv-magazine.com tarafından sağlanmaktadır. Chovm.com, satıcının ve ürünlerin kalitesi ve güvenilirliği konusunda hiçbir beyan ve garanti vermez. Chovm.com, içeriğin telif hakkıyla ilgili ihlallere ilişkin her türlü sorumluluğu açıkça reddeder.
