스페인의 연구자들은 직접 및 간접 구성에 대한 연간 PV 전력 수소 생산량에 대한 비교 분석을 수행한 결과, 간접 시스템이 더 많은 수소를 생산할 뿐만 아니라 모듈 전력 손실에 대한 회복력이 더 높은 것으로 나타났습니다.
직접 결합 구성 (a) 및 간접 결합 구성 (b)의 개략도
이미지: Universidad Politécnica de Madrid, 에너지 변환 및 관리, CC BY 4.0
스페인 마드리드 기술 대학의 과학자들은 녹색 수소(H2) 생산에서 PV와 전해조의 직접 및 간접 커플링 구성에 대한 비교 연구를 수행했습니다. 이 연구는 소프트웨어 MATLAB에서 수행한 수치 시뮬레이션을 기반으로 했으며, 날씨 조건은 마드리드의 전형적인 기상 연도를 기반으로 했습니다.
중간 전력 단계 없이 전해조 입력이 PV 발전기의 전기 출력에 연결되는 PV 구동 수소 시스템은 종종 직접 결합 구성을 갖는 것으로 언급됩니다.. 반면, 간접 구성 시스템은 전자 장치를 통합하여 PV 발전기를 최대 전력으로 편향시키고 최대 전력점 추적(MPPT)을 사용하여 기상 조건에 따라 PV 전력 생산을 극대화하며, DC-DC 컨버터를 통해 MPPT가 제공하는 출력 전력을 전해조의 입력 전력과 일치시킵니다.
과학자들은 각 구성의 주요 장단점을 언급하며 "간접 구성은 최대 전력점 추적기와 DC-DC 컨버터가 있는 전력 단계(PS)를 포함하며, PV에서 전해조로의 최적 전력 전달을 유지하지만 PS에서 손실이 발생합니다. 직접 구성은 이러한 손실을 피하지만 높은 전기 전달을 달성하기 위해 PV 발전기의 특정 설계가 필요합니다."라고 말했습니다.
"직접 결합을 옹호하면서, 몇몇 저자는 PV 어레이와 전해조가 올바르게 설계된다면 이 구성이 전해조를 MPP 근처에서 작동시키기에 충분히 좋을 수 있다고 말합니다. 다른 사람들은 직접 결합 구성이 전자 결합 시스템의 비용을 완전히 피할 수 있기 때문에 경제적으로 유리하다고 선언합니다."
연구 그룹은 최대 전류 밀도가 100 A-cm4인 2W 태양 전지 모듈과 양성자 교환막(PEM) 전해조로 구성된 실험 설정에서 일련의 시뮬레이션을 수행했습니다. 간접 시스템의 경우 DC-DC 컨버터 효율은 95%로 가정하는 반면 직접 시스템의 경우 공정한 비교를 위해 PV 모듈의 전력을 보존하면서 직렬로 연결된 태양 전지의 수와 셀 면적이 최적화되었습니다.
“MPPT가 있으면 PV 모듈은 모든 기상 조건에서 MPPT에서 작동하게 되며, 이는 한정된 전역 일조도 및 온도 범위에서만 MPPT 근처에서 작동하는 직접 결합 구성과 다릅니다., 그룹은 "세포 수가 최적화되었더라도 마찬가지입니다."라고 설명했습니다.
"이 더 높은 PV 전력은 전해조로 전달되는 전력량이 증가하여 더 많은 H2 생산으로 이어집니다."
이 분석을 통해 과학자들은 PS 덕분에 간접 커플링 구성이 연간 223kWh의 전기 에너지를 전해조에 주입할 수 있다는 것을 발견했습니다. 이는 직접 구성보다 39.4% 더 많은 양입니다. 이는 연간 5.79kg의 H2를 생산하기에 충분하며, 이는 직접 커플링 시스템에서 생산되는 양보다 37.5% 더 많은 양입니다.
직접 시스템은 5%의 에너지 효율을 달성하는 것으로 나타났고, 간접 시스템은 6.9%의 효율을 보였습니다.
또한 과학자들은 모듈 전력 손실에 더 탄력적인 시스템이 어느 것인지도 평가했습니다. PV 모듈의 20개 셀 중 하나를 잃었다면 직접 시스템은 H18.3 생산의 2%를 잃는 반면 간접 시스템은 5%만 잃을 것입니다. 셀이 2개 손실되면 직접 시스템은 H37 생산을 중단하지만 간접 시스템은 XNUMX% 낮은 용량으로 HXNUMX를 계속 생산합니다.
또한 학자들은 DC-DC 컨버터 효율이 73% 미만으로 떨어질 때만 직접 결합 시스템보다 적은 H2를 생산한다는 것을 발견했습니다. 연구자들은 "DC-DC 컨버터 설계가 유효한 것으로 간주되려면 효율이 90%를 초과해야 하므로 직접 결합에서와 같이 효율과 H2 생산이 낮은 시나리오는 발생하지 않을 가능성이 높습니다."라고 강조했습니다.
그들의 연구 결과는 "수소 생산 최적화: 태양광 발전과 전해조 간 직접 및 간접 결합에 대한 비교 연구"라는 제목의 연구에서 찾아볼 수 있습니다. 에너지 전환 및 관리.
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출처 pv 잡지
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