Исследователи из Испании провели сравнительный анализ годового производства водорода с помощью фотоэлектрических систем прямого и непрямого действия и обнаружили, что непрямые системы не только производят больше водорода, но и демонстрируют более высокую устойчивость к потерям мощности модулей.
Схемы конфигурации прямого соединения (а) и конфигурации непрямого соединения (б)
Изображение: Мадридский политехнический университет, преобразование энергии и управление ею, CC BY 4.0
Ученые из Мадридского технического университета (Испания) провели сравнительное исследование конфигураций прямого и косвенного сопряжения для фотоэлектрических установок и электролизеров при производстве зеленого водорода (H2). Исследование было основано на численном моделировании, выполненном в программном обеспечении MATLAB, с погодными условиями, основанными на типичном метеорологическом году в Мадриде.
Водородные системы с фотоэлектрическим питанием, в которых вход электролизера подключен к электрическому выходу фотоэлектрического генератора без промежуточного каскада питания, часто называют системами с конфигурацией прямого соединения.. Системы с непрямой конфигурацией, напротив, включают в себя электронику для смещения фотоэлектрического генератора на максимальную мощность и используют отслеживание точки максимальной мощности (MPPT), гарантируя максимизацию генерации фотоэлектрической энергии при изменении метеорологических условий, с преобразователем постоянного тока в постоянный, согласующим выходную мощность, обеспечиваемую MPPT, с входной мощностью электролизера.
«Косвенная конфигурация включает в себя силовой каскад (PS) с трекером точки максимальной мощности и DC-DC-преобразователь, поддерживающий оптимальную передачу мощности от PV к электролизерам, но влечет потери в PS. Прямая конфигурация позволяет избежать этих потерь, но требует особой конструкции фотоэлектрического генератора для достижения высокой электрической передачи», — заявили ученые, ссылаясь на основные преимущества и недостатки каждой конфигурации.
«В защиту прямого соединения некоторые авторы утверждают, что эта конфигурация может быть достаточно хороша для работы электролизера вблизи MPP, если массив фотоэлектрических элементов и электролизер правильно спроектированы; другие заявляют, что конфигурация прямого соединения экономически выгодна, поскольку полностью исключаются затраты на электронные системы соединения».
Исследовательская группа провела серию симуляций на экспериментальной установке, состоящей из солнечного модуля мощностью 100 Вт и электролизера с протонообменной мембраной (PEM) с максимальной плотностью тока 4 А-см2. В случае непрямой системы эффективность DC-DC-преобразователя предполагается равной 95%, тогда как в случае прямой системы количество последовательно соединенных солнечных элементов и площадь элемента были оптимизированы с сохранением мощности фотоэлектрического модуля для справедливого сравнения.
«Наличие MPPT позволяет фотоэлектрическому модулю работать в режиме MPPT при любых метеорологических условиях, в отличие от конфигурации с прямым соединением, которая работает только вблизи MPPT для ограниченного диапазона глобальной освещенности и температуры., «даже если число его ячеек оптимизировано», — пояснила группа.
«Эта более высокая мощность фотоэлектрических систем также приводит к увеличению количества электроэнергии, передаваемой в электролизер, и, следовательно, к большему производству H2».
Благодаря этому анализу ученые обнаружили, что благодаря PS конфигурация непрямого соединения может вводить в электролизер 223 кВт·ч электроэнергии в год, что на 39.4% больше, чем прямая конфигурация. Этого было бы достаточно для производства 5.79 кг H2 в год, что на 37.5% больше, чем количество, произведенное в системе прямого соединения.
Также было установлено, что прямая система достигла энергоэффективности 5%, тогда как косвенная показала эффективность 6.9%.
Кроме того, ученые также оценили, какая система более устойчива к потерям мощности модуля. Если бы она потеряла одну из 20 ячеек в фотоэлектрическом модуле, прямая система потеряла бы 18.3% своего производства H2, тогда как косвенная потеряла бы только 5%. При потере семи ячеек прямая система прекратит вырабатывать H2, тогда как косвенная все равно будет его производить, хотя и с меньшей на 37% мощностью.
Более того, ученые обнаружили, что только когда эффективность DC-DC-преобразователя упадет ниже 73%, он будет производить меньше H2, чем система с прямым соединением. «Чтобы конструкция DC-DC-преобразователя считалась пригодной, ее эффективность должна превышать 90%, поэтому сценарий с эффективностью и производством H2 такими низкими, как при прямом соединении, вряд ли будет иметь место», — подчеркнули исследователи.
Их выводы можно найти в исследовании «Оптимизация производства водорода: сравнительное исследование прямой и косвенной связи между фотоэлектрическими устройствами и электролизером», опубликованном в Преобразование энергии и управление.
Этот контент защищен авторским правом и не может быть использован повторно. Если вы хотите сотрудничать с нами и хотели бы повторно использовать часть нашего контента, свяжитесь с нами: editors@pv-magazine.com.
Источник из журнал pv
Отказ от ответственности: информация, изложенная выше, предоставлена pv-magazine.com независимо от Alibaba.com. Alibaba.com не делает никаких заявлений и не дает никаких гарантий относительно качества и надежности продавца и продукции. Alibaba.com категорически отказывается от какой-либо ответственности за нарушения авторских прав на контент.
