Các nhà nghiên cứu tại Đại học Khoa học Ứng dụng Hanze Groningen ở Hà Lan lần đầu tiên đã nghiên cứu cách kết hợp sản xuất hydro vàHệ thống lưu trữ năng lượng pinvới điện mặt trời trên mái nhà hoặc tua-bin gió nhỏ trongHệ thống PV độc lậpcho các hộ gia đình.
"Theo hiểu biết tốt nhất của chúng tôi, không có nghiên cứu nào được công bố sử dụng hệ thống hydro làm nơi lưu trữ chính khi lai năng lượng tái tạo với pin và quan trọng nhất là không có nghiên cứu nào xem xét các yêu cầu khởi động khác nhau đối với máy điện phân màng trao đổi proton (PEM) cho hydro. sản xuất và lưu trữ khi thiết kế hệ thống năng lượng tái tạo ngoài lưới", nhóm cho biết thêm rằng pin dự định được sử dụng để tránh bị cắt giảm khi không thể ưu tiên sản xuất hydro.
Các nhà khoa học giải thích rằng hydroHệ thống PV laidựa trên quá trình điện phân PEM mang lại ưu điểm là hệ thống phản ứng nhanh, phù hợp với các hệ thống lưu trữ trong đó hệ thống hydro đóng vai trò là bộ lưu trữ chính kết hợp với pin làm bộ lưu trữ thứ cấp. Tuy nhiên, họ cũng nhấn mạnh rằng hydro được tạo ra thông qua điện phân cần phải được làm khô và tinh chế khỏi vết nước và oxy trước khi có thể sử dụng.
Hệ thống được đề xuất nhằm mục đích lưu trữ năng lượng mặt trời dư thừa, trong đó pin chỉ hoạt động như một bộ lưu trữ chính khi chưa có nguồn sản xuất hydro ngay lập tức. Nó bao gồm một hệ thống điện phân hydro PEM 4,5 kW, một bình chứa hydro 0,85 m3, một bộ lọc 0,8 kW, pin nhiên liệu hydro PEM và pin lithium-ion. Các nhà nghiên cứu giải thích: “Pin nhiên liệu chỉ có thể cung cấp năng lượng trực tiếp cho người tiêu dùng và nó không sạc pin cũng như không hỗ trợ máy điện phân”. "Máy điện phân và pin nhiên liệu cần có nước khử khoáng và không khí để hoạt động."
Hệ thống này cũng dựa vào van điều khiển áp suất để đặt áp suất đầu ra của hydro, có thể được đặt ở mức gần 50 bar mà không cần phương tiện bên ngoài. Nó cũng có thể duy trì hoạt động của máy điện phân khi năng lượng mặt trời dư thừa đủ gần với công suất tối thiểu của máy điện phân và lượng điện dư dự kiến trong 10 phút tiếp theo là tương đối cao. Các nhà khoa học cho biết: “Nó sử dụng pin để lưu trữ năng lượng khi nguồn điện hoặc thời lượng điện từ năng lượng tái tạo không đủ để hệ thống điện phân khởi động và hoạt động”.
Nhóm nghiên cứu đã mô phỏng hiệu suất của hệ thống thông qua phần mềm Python và sử dụng nhiều đầu vào để quyết định cách lưu trữ năng lượng điện khi dư thừa. Họ giả định hệ thống sẽ được triển khai trong một ngôi nhà biệt lập điển hình của Hà Lan với nhu cầu hàng năm là 4 MWh.
Mô phỏng cho thấy cấu hình hệ thống tốt nhất cho nguồn PV bao gồm mảng năng lượng mặt trời 2,65 kW với góc nghiêng 35 độ và góc phương vị 180 độ. Chi phí của hệ thống PV được giả định là 1.317 € (1.430 USD)/kW, trong khi chi phí của máy điện phân và pin nhiên liệu ước tính lần lượt là 9.677 € và 7.500 €. Chi phí của bình hydro được chỉ định là 1.915 € và chi phí của pin 2,93 kW được giả định là 372,5 €/kWh.
Các nhà nghiên cứu nhấn mạnh rằng phân tích đã chứng minh rằng, trong mọi trường hợp, máy điện phân không thể hoạt động ở công suất danh nghĩa tối đa, nghĩa là nó có thể được giảm kích thước, do đó giảm chi phí của hệ thống. "Phân tích độ nhạy về việc thay đổi công suất danh nghĩa của máy điện phân cho thấy rằng máy điện phân có công suất danh định từ 1.550 W đến 2,000 W là phù hợp hơn và tiết kiệm chi phí hơn cho cấu hình của trường hợp cơ bản được xác định trong nghiên cứu này ", họ giải thích thêm và cho biết thêm rằng công suất tối ưu của pin được xác định là khoảng 3 kW.
Chuỗi mô phỏng cũng cho thấy chỉ dựa vào năng lượng gió sẽ tiết kiệm chi phí hơn so với chỉ sử dụng năng lượng mặt trời, trong khi sự kết hợp của hai nguồn mang lại kết quả tốt nhất. Các học giả cho biết thêm: “Năng lượng mà bộ phận thanh lọc yêu cầu có thể được coi là không đáng kể trong mọi tình huống”, đồng thời lưu ý rằng nghiên cứu trong tương lai nên thử nghiệm giải pháp đề xuất ở quy mô lớn hơn hoặc trong một hệ thống tích hợp sản xuất nhiệt.
