Diseños de sistemas solares + de + almacenamiento+de hidrógeno en edificios

Fuente: https://www.pv-magazine.com/

Científicos alemanes han tratado de determinar si un sistema fotovoltaico conectado a un pequeño electrolizador, una celda de combustible y baterías de iones de litio podría alimentar completamente un hogar conectado a la red. Su nueva propuesta consiste en una matriz fotovoltaica de 6,8kW, un electrolizador de 5kW, un sistema de pila de combustible de 1,24kW y almacenamiento de batería.

Investigadores de la Universidad de Paderborn en Alemania han desarrollado un modelo para desplegar energía fotovoltaica en tejados residenciales en combinación con baterías para almacenamiento a corto plazo e hidrógeno para almacenamiento a largo plazo.

“El diseño del sistema se ha inspirado en un edificio residencial, pero también se puede utilizar para otros edificios si se conocen las curvas de carga de electricidad y calefacción”, dijo el investigador Stefan Krauter a pv magazine . “Puede proporcionar autonomía para la electricidad durante todo el año. ”

El sistema descentralizado de energía está diseñado para cubrir la demanda de energía principal de un hogar a través de la energía fotovoltaica, incluso durante el invierno, al incluir suficiente capacidad de almacenamiento.

“El objetivo es minimizar la carga de la red logrando una interacción de red baja o incluso nula, lo que se logra mediante el uso de almacenamiento de energía descentralizado a largo plazo”, explicaron los científicos.

El sistema utiliza una matriz fotovoltaica de 6,8 kW y un electrolizador de 5 kW alimentado por energía solar excedente para producir hidrógeno, que luego se almacena en un tanque de hidrógeno a través de un compresor. En períodos de alta demanda de energía, cuando la generación fotovoltaica no es suficiente, el combustible verde se usa para producir electricidad a través de un sistema de celda de combustible de 1,24 kW . Las baterías de iones de litio son parte de la configuración del sistema propuesto para reaccionar a cambios de carga demasiado rápidos, que el sistema de hidrógeno no podría manejar.

El calor residual generado por la pila de combustible y el electrolizador se transfiere a través de intercambiadores de calor a un depósito de agua caliente, que suministra agua caliente a la vivienda. El resto de la demanda se cubre con una bomba de calor.

Los académicos trataron de identificar el tipo y tamaño de los componentes necesarios en diferentes escenarios. También tenían como objetivo evaluar las condiciones bajo las cuales un sistema podría competir con los sistemas de energía convencionales en términos de precio y costos. El modelo se simuló en Simulink (MATLAB) para analizar cuándo y cómo el sistema fotovoltaico es capaz de cubrir completamente las necesidades energéticas de un hogar.

Los científicos también utilizaron el software HOMER , desarrollado por el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) de EE. UU., para verificar los resultados. Las medidas se tomaron con una resolución de tiempo de 15 minutos y un marco de tiempo total de un año.

El grupo alemán estimó que el electrolizador usó 4283,55kWh de energía solar excedente para producir 80,50 kg de hidrógeno en un año, mientras que la celda de combustible pudo devolver 1009,86kWh de energía quemando 73,52 kg de hidrógeno.

“La compresión de hidrógeno requirió una demanda energética anual de 268,14 kWh, mientras que la demanda de calefacción fue de 1208,66 kWh ”, explicaron los científicos. “ La demanda de calefacción se redujo en 643,69 kWh mediante el uso del calor residual producido dentro del electrolizador y la celda de combustible”.

Dijeron que su simulación a través de Simulink mostró que la demanda de calefacción de los hogares expande la cantidad requerida de hidrógeno almacenado descentralizado cuando se apunta a operaciones independientes de la energía.

“La investigación futura debe centrarse en optimizar el sistema de control y en analizar qué dimensionamiento de componentes en qué escenarios es preferible en términos de eficiencia energética y de recursos y en términos de aumento de la vida útil”, dijeron.

Los científicos describieron el diseño del sistema en » Modelo de sistema de energía híbrido en Matlab/Simulink basado en energía solar, batería de iones de litio e hidrógeno «, que se publicó recientemente en Energies .