Các nhà nghiên cứu ở Tây Ban Nha đã tiến hành phân tích so sánh sản lượng hydro hàng năm được cung cấp bởi PV cho cấu hình trực tiếp và gián tiếp và phát hiện ra rằng các hệ thống gián tiếp không chỉ sản xuất nhiều hydro hơn mà còn có khả năng phục hồi cao hơn trước tổn thất điện năng của mô-đun.
Sơ đồ cấu hình ghép nối trực tiếp (a) và cấu hình ghép nối gián tiếp (b)
Hình ảnh: Đại học Politécnica de Madrid, Chuyển đổi và quản lý năng lượng, CC BY 4.0
Các nhà khoa học từ Đại học Kỹ thuật Madrid của Tây Ban Nha đã tiến hành một nghiên cứu so sánh về cấu hình ghép nối trực tiếp và gián tiếp cho PV và máy điện phân trong sản xuất hydro xanh (H2). Nghiên cứu dựa trên các mô phỏng số được thực hiện trên phần mềm MATLAB, với điều kiện thời tiết dựa trên một năm khí tượng điển hình ở Madrid.
Hệ thống hydro chạy bằng năng lượng mặt trời trong đó đầu vào của máy điện phân được kết nối với đầu ra điện của máy phát điện mặt trời mà không có tầng công suất trung gian thường được gọi là có cấu hình ghép nối trực tiếp. Ngược lại, các hệ thống có cấu hình gián tiếp kết hợp các thiết bị điện tử để điều chỉnh máy phát điện PV ở công suất tối đa và sử dụng tính năng theo dõi điểm công suất cực đại (MPPT) đảm bảo tối đa hóa việc phát điện PV khi điều kiện khí tượng thay đổi, với bộ chuyển đổi DC-DC khớp công suất đầu ra do MPPT cung cấp với công suất đầu vào của máy điện phân.
“Cấu hình gián tiếp bao gồm một tầng công suất (PS) với bộ theo dõi điểm công suất cực đại và bộ chuyển đổi DC-DC, duy trì sự truyền tải điện năng tối ưu từ PV đến các bình điện phân nhưng lại gây ra tổn thất tại PS. Cấu hình trực tiếp tránh được những tổn thất này nhưng đòi hỏi phải có thiết kế cụ thể của máy phát điện PV để đạt được sự truyền tải điện năng cao”, các nhà khoa học cho biết, đề cập đến những ưu điểm và nhược điểm chính của từng cấu hình.
“Để bảo vệ cho việc ghép nối trực tiếp, một số tác giả nêu rằng cấu hình này có thể đủ tốt để bộ điện phân hoạt động gần MPP nếu mảng PV và bộ điện phân được thiết kế chính xác; những tác giả khác tuyên bố rằng cấu hình ghép nối trực tiếp có lợi về mặt kinh tế vì hoàn toàn không phải trả chi phí cho hệ thống ghép nối điện tử.”
Nhóm nghiên cứu đã tiến hành một loạt các mô phỏng trên một thiết lập thử nghiệm bao gồm một mô-đun năng lượng mặt trời 100 W và một bộ điện phân màng trao đổi proton (PEM) có mật độ dòng điện tối đa là 4 A-cm2. Trong trường hợp hệ thống gián tiếp, hiệu suất bộ chuyển đổi DC-DC được cho là 95%, trong khi trong trường hợp hệ thống trực tiếp, số lượng tế bào năng lượng mặt trời được kết nối nối tiếp và diện tích tế bào được tối ưu hóa trong khi vẫn bảo toàn công suất của mô-đun PV để có sự so sánh công bằng.
“Sự hiện diện của MPPT làm cho mô-đun PV hoạt động ở MPPT của nó trong mọi điều kiện khí tượng, không giống như cấu hình ghép nối trực tiếp, chỉ hoạt động gần MPPT trong phạm vi nhiệt độ và độ rọi toàn cầu hạn chế, ngay cả khi số lượng tế bào của nó đã được tối ưu hóa”, nhóm giải thích.
“Công suất PV cao hơn này cũng chuyển thành lượng điện năng truyền đến bộ điện phân tăng lên và do đó, tạo ra nhiều H2 hơn.”
Thông qua phân tích này, các nhà khoa học phát hiện ra rằng, nhờ PS, cấu hình ghép nối gián tiếp có thể đưa 223 kWh năng lượng điện mỗi năm, nhiều hơn 39.4% so với cấu hình trực tiếp, vào bình điện phân. Điều này sẽ đủ để sản xuất 5.79 kg H2 trong một năm, nhiều hơn 37.5% so với lượng được sản xuất trong hệ thống ghép nối trực tiếp.
Hệ thống trực tiếp cũng đạt được hiệu suất năng lượng là 5%, trong khi hệ thống gián tiếp cho hiệu suất là 6.9%.
Ngoài ra, các nhà khoa học cũng đánh giá hệ thống nào có khả năng phục hồi tốt hơn đối với tổn thất điện năng của mô-đun. Nếu mất một trong 20 ô trong mô-đun PV, hệ thống trực tiếp sẽ mất 18.3% sản lượng H2, trong khi hệ thống gián tiếp chỉ mất 5%. Khi mất bảy ô, hệ thống trực tiếp sẽ ngừng sản xuất bất kỳ H2 nào, trong khi hệ thống gián tiếp vẫn sẽ sản xuất, mặc dù công suất thấp hơn 37%.
Hơn nữa, các học giả phát hiện ra rằng chỉ khi hiệu suất bộ chuyển đổi DC-DC giảm xuống dưới 73% thì nó mới tạo ra ít H2 hơn hệ thống ghép nối trực tiếp. "Để thiết kế bộ chuyển đổi DC-DC được coi là hợp lệ, hiệu suất của nó phải vượt quá 90%, do đó, một kịch bản với hiệu suất và sản lượng H2 thấp như trong ghép nối trực tiếp khó có thể xảy ra", các nhà nghiên cứu nhấn mạnh.
Những phát hiện của họ có thể được tìm thấy trong nghiên cứu “Tối ưu hóa sản xuất hydro: Một nghiên cứu so sánh về sự kết hợp trực tiếp và gián tiếp giữa quang điện và máy điện phân”, được công bố trên Chuyển đổi và Quản lý năng lượng.
Nội dung này được bảo vệ bản quyền và không được phép sử dụng lại. Nếu bạn muốn hợp tác với chúng tôi và muốn sử dụng lại một số nội dung của chúng tôi, vui lòng liên hệ: editors@pv-magazine.com.
Nguồn từ tạp chí pv
Tuyên bố miễn trừ trách nhiệm: Thông tin nêu trên được cung cấp bởi pv-magazine.com độc lập với Chovm.com. Chovm.com không tuyên bố và bảo đảm về chất lượng và độ tin cậy của người bán và sản phẩm. Chovm.com từ chối mọi trách nhiệm pháp lý đối với các vi phạm liên quan đến bản quyền nội dung.
