Побутові гібридні системи зберігання електроенергії і водню
Акумулятори і водень, щоб зробити автономні або гібридні СЕС технічно здійсненними для житлових об’єктів.
Дослідники з Фінляндії продемонстрували технічну здійсненність гібридної сонячної електростанції в поєднанні з невеликим акумулятором і системою зберігання водню. Пропонована модель може бути застосована тільки до північного клімату, оскільки більш високі рівні сонячної радіації в південних регіонах означають низьку потребу в зберіганні водню. Цей метод був протестований в існуючому односімейному будинку в Фінляндії з панелями на даху потужністю 21 кВт і наземним тепловим насосом потужністю 6 кВт.
Вчені з Технологічного університету Лаппеенранта (LUT) в Фінляндії виявили, що автономні сонячні електростанції для житлових будинків технічно здійсненні в північному кліматі тільки в поєднанні з домашньою системою накопичення енергії і системами зберігання водню, а пікове споживання домогосподарства не надто високо.
У статті, опублікованій в Solar Energy, дослідницька група змоделювала модель для аналогічного підходу в існуючому односімейному будинку в місті Оцінка технічної здійсненності автономної внутрішньої енергосистеми на основі сонячних фотоелектричних систем з акумулятором і накопиченням водневої енергії в північному кліматі. Фінляндія з установкою на даху потужністю 21 кВт і наземним тепловим насосом потужністю 6 кВт для опалення, яке включається в споживання електроенергії.
Дані про середню погодинної потужності для виробництва і споживання електроенергії PV збиралися за три роки з січня 2017 року по грудень 2019 року. Двоповерховий будинок спроектований як будинок з нульовим споживанням енергії і має фотоелектричні систему, орієнтовану на південь і схід-захід. Він складається з системи 10,4 кВт і з інвертором 9 кВА, зверненим на південь, і масиву 10,7 кВт з інвертором на 7 кВА, зверненим зі сходу на захід.
«Зниження потужності інвертора в порівнянні з піковою потужністю фотоелектричних модулів є економічно привабливим для установок в північних регіонах», – сказали вчені. «Потужність сонячної електростанції збільшена до такої міри, що подальше підвищення самозабезпеченості за рахунок збільшення пікової потужності фотоелектричних систем більше неможливо», – пояснили вони далі, додавши, що самоокупність будинку склала 36,81%, що становить відповідно до цінностей всіх країн Північної Європи . Середньорічна надлишкова генерація оцінюється приблизно в 200%.
У своєму моделюванні вчені використовували акумуляторну батарею для короткострокового зберігання енергії і для контролера управління піковим споживанням енергії, а також водневий бак, пов’язаний з водним електролізером і паливним елементом для сезонного зберігання. Надмірне фотоелектричне електрику використовується в основному для зарядки акумулятора, і тільки коли останній заряджається, воно використовується для живлення електролізера. З іншого боку, надмірний попит завжди в першу чергу задовольняється самої батареєю. «Непотрібне раптове включення і виключення паливного елемента зводиться до мінімуму за рахунок обмеження його вихідної потужності в залежності від рівня заряду батареї», – також зазначили вони.
За допомогою аналізу чутливості та аналізу балансу потужності фінська група змогла зібрати дані про незадоволений попит на електроенергію після етапів зберігання і загальному річному споживанні і виробництві водню. «Грунтуючись на результатах моделювання, стає ясно, що ні акумуляторної батареї, жодної водневої системи зберігання енергії недостатньо для цілорічної автономної роботи в умовах північного клімату і низької сонячної інсоляції», – уклали автори дослідження. Відповідно до їхніх висновків, використання тільки батареї потребують «непрактично» великий сонячної системи для такого роду проектів, а виробництво водню само по собі буде марнотратним через його низьку ефективність в обидва кінці. Однак в поєднанні ці дві технології можуть зробити житлову автономну сонячну систему накопичення енергії життєздатним рішенням, хоча обмеження високого пікового енергоспоживання буде мати вирішальне значення.
Пропонована система могла працювати тільки при використанні батареї з мінімальною місткістю системи накопичення енергії в 20 кВтг, а також паливного елемента і електролізера з встановленою потужністю не менше 4-7 кВт. «Для підтримки роботи системи в зимові місяці потрібно ємність для зберігання водню від 170 до 190 кг, тому, якщо не використовуються додаткові компресори, для фізичного зберігання водню буде потрібно відносно велика площа в житловому будинку», – говорять учені. підтверджено.
Обгрунтованість цих результатів, продовжила дослідницька група, обмежена північним кліматом, оскільки більш високі рівні сонячної радіації в більш південних районах означають зниження потреби в сезонних сховищах.