Thiết kế hệ thống kết hợp điện mặt trời + lưu trữ + hydrogen
Các nhà khoa học Đức đã cố gắng xác định xem liệu một hệ thống PV liên kết với một máy điện phân nhỏ, một pin nhiên liệu và pin lithium-ion có thể cung cấp đầy đủ năng lượng cho một hộ gia đình được kết nối lưới điện hay không. Đề xuất mới của họ bao gồm mảng PV 6,8kW, máy điện phân 5kW, hệ thống pin nhiên liệu 1,24kW và bộ lưu trữ pin.
Các nhà nghiên cứu từ Đại học Paderborn ở Đức đã phát triển một mô hình triển khai PV trên mái nhà dân dụng kết hợp với pin để lưu trữ ngắn hạn và hydro để lưu trữ dài hạn.
Nhà nghiên cứu Stefan Krauter nói với tạp chí pv: “Thiết kế hệ thống đã mô phỏng theo một tòa nhà dân cư nhưng nó cũng có thể được sử dụng cho các tòa nhà khác nếu biết được mức nhu cầu điện và nhiệt sưởi.”
Hệ thống năng lượng phi tập trung được thiết kế để đáp ứng nhu cầu điện năng chính của hộ gia đình thông qua quang điện, ngay cả trong mùa đông, bằng nhờ năng lượng lưu trữ.
Các nhà khoa học giải thích: “Mục đích là giảm thiểu tải lưới bằng cách đạt được tương tác lưới điện thấp hoặc thậm chí bằng không, điều này được thực hiện bằng cách sử dụng lưu trữ năng lượng dài hạn phi tập trung.”
Hệ thống sử dụng mảng PV 6,8kW và máy điện phân 5kW được cung cấp bởi năng lượng mặt trời dư thừa để sản xuất hydro, sau đó được lưu trữ trong bình hydro thông qua máy nén. Trong thời kỳ nhu cầu năng lượng cao, khi lượng điện PV không đủ, nhiên liệu xanh được sử dụng để sản xuất điện thông qua hệ thống pin nhiên liệu 1,24kW. Pin Lithium-ion là một phần của cấu hình hệ thống được đề xuất nhằm phản ứng với những thay đổi tải quá nhanh mà hệ thống hydro sẽ không thể xử lý.
Lượng nhiệt dư được tạo ra bởi pin nhiên liệu và bộ điện phân được chuyển qua các bộ trao đổi nhiệt đến một bồn chứa nước nóng, cung cấp nước nóng cho hộ gia đình. Phần còn lại được tận dụng bởi một máy bơm nhiệt.
Các nhà khoa học đã cố gắng xác định loại và kích thước của các thành phần cần thiết trong các tình huống khác nhau. Họ cũng nhằm đánh giá các điều kiện mà hệ thống có thể cạnh tranh với các hệ thống điện thông thường về giá cả và chi phí. Mô hình được mô phỏng trong Simulink (MATLAB) để phân tích thời điểm và cách thức hệ thống PV có thể đáp ứng đầy đủ nhu cầu năng lượng của một hộ gia đình.
Các nhà khoa học cũng sử dụng phần mềm HOMER, được phát triển bởi Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia Hoa Kỳ (NREL), để xác minh kết quả. Các phép đo được thực hiện với độ phân giải thời gian là 15 phút và tổng thời gian là một năm.
Nhóm người Đức ước tính rằng máy điện phân sử dụng 4283,55kWh năng lượng mặt trời dư thừa để sản xuất 80,50 kg hydro trong một năm, trong khi pin nhiên liệu có thể trả lại 1009,86kWh năng lượng bằng cách đốt 73,52 kg hydro.
Các nhà khoa học giải thích: “Việc nén hydro đòi hỏi nhu cầu năng lượng hàng năm là 268,14kWh, trong khi nhu cầu sưởi ấm là 1208,66kWh. “Nhu cầu sưởi ấm đã giảm đi 643,69kWh bằng cách sử dụng lượng nhiệt dư được tạo ra trong máy điện phân và pin nhiên liệu.”
Họ cho biết mô phỏng của họ thông qua Simulink cho thấy nhu cầu sưởi ấm trong gia đình mở rộng lượng hydro dự trữ phi tập trung cần thiết khi hướng đến các hoạt động không phụ thuộc vào năng lượng.
Họ cho biết: “Nghiên cứu trong tương lai phải tập trung vào việc tối ưu hóa hệ thống điều khiển và phân tích việc xác định kích thước thành phần nào theo các kịch bản thích hợp hơn về mặt năng lượng và hiệu quả tài nguyên cũng như về tăng tuổi thọ”.
Các nhà khoa học đã mô tả thiết kế hệ thống trong “Mô hình hệ thống năng lượng hỗn hợp ở Matlab / Simulink Dựa trên Năng lượng Mặt trời, Pin Lithium-Ion và Hydro”, được xuất bản gần đây trên tạp chí Energies.
Nguồn:
Bài Viết Liên Quan
