Studenci z Wrocławia połączyli fotowoltaikę z produkcją wodoru
Na Politechnice Wrocławskiej powstało stanowisko fotowoltaiczne wyposażone w część do wytwarzania i magazynowania wodoru. Studenci badają też sprawność paneli PV w zależności od ich temperatury, zacienienia oraz naturalnych zabrudzeń.
Na terenie Instytutu Automatyki Systemów Energetycznych IASE, przy Hali Stulecia we Wrocławiu, zainstalowane zostało stanowisko fotowoltaiczne składa się z czterech paneli oraz części wewnętrznej: szafy elektrycznej z falownikiem, dwoma akumulatorami i aparaturą pomiarową. Dzięki temu studenci Politechniki Wrocławskiej śledzą w stanie rzeczywistym m.in. napięcie i natężenie prądu wytwarzanego przez panele.
Do stanowiska fotowoltaicznego podłączony został także skonstruowany przez młodych ludzi układ wodorowy.
– Obecnie największą barierą w rozwoju instalacji OZE jest niestabilność źródeł energii i przeciążenia w sieci dystrybucyjnej – wyjaśnia Tomasz Rybak, student energetyki, członek Studenckiego Koła Naukowego (KN) „Płomień”.
– Możliwość wytwarzania wodoru w momentach największej produkcji energii z OZE przy magazynowania go w bezpieczny i wydajny sposób jest idealnym rozwiązaniem tego problemu.
Studenci z KN „Płomień” zbudowali stanowisko do wytwarzania zielonego wodoru we współpracy z doktorantami Dominikiem Bieleckim i Krystianem Krochmalnym. Wodór otrzymywany jest w elektrolizerze PEM (Proton Exchange Membrane) zasilanym energią elektryczną z paneli fotowoltaicznych.
Popularna technologia PEM
Elektrolizer PEM wyposażony jest w membranę protonowymienną z dwiema dodatkowymi elektrodami: dodatnią i ujemną. – Ta technologia zyskuje na popularności ze względu na szybki rozruch i możliwość dynamicznych zmian obciążeń, co doskonale współpracuje ze zmiennymi źródłami OZE – tłumaczy Dominik Bielecki.
Elektroda dodatnia w elektrolizerze odpowiada za wydzielanie z wody cząsteczek wodoru i cząsteczki tlenu. Membrana elektrolizera przepuszcza tylko protony wodoru, a ruch elektronów jest wymuszony przez zewnętrzny obwód dzięki doprowadzonej energii elektrycznej. Na elektrodzie ujemnej elektrony i protony wodoru łączą się, tworząc wodór o czystości nawet 99,999%, który można zmagazynować.
Studenci jako sposób gromadzenia wodoru wybrali butle z wodorkami metali, co jest stabilniejsze niż magazynowanie ciśnieniowe – ze względu na brak wysokiego ciśnienia wewnątrz butli.
– Wodór jest zatłaczany pod niskim ciśnieniem do butli wypełnionej wodorkami metali, a następnie dzięki absorbcji „przyłącza” się do materiału stałego – opowiada Dominik Bielecki. – Pozwala to na uzyskanie dużej zdolności magazynowania w niewielkiej powierzchni.
– Pracujemy obecnie nad poszukiwaniem materiałów o właściwościach przyspieszających ten proces, ponieważ największym wyzwaniem w przypadku tej technologii jest tempo ładowania i rozładowywania magazynu – dodaje Bielecki.
Stabilizacja wykorzystania energii
Zgromadzony wodór można w momencie większego zapotrzebowania na energię elektryczną wykorzystać – w procesie odwrotnym do elektrolizy, w ogniwie paliwowym – do wytworzenia energii.
– Takie układy są intensywnie rozwijane ze względu na zwiększanie niesterowalnych źródeł odnawialnej energii, przez co trzeba będzie magazynować energię w szczytach jej produkcji i wykorzystywać, gdy będą jej braki, np. w nocy (patrząc na cykl dobowy) lub w okresie jesienno-zimowym (w cyklu rocznym) – tłumaczy Tomasz Rybak z KN „Płomień”.
Sprawność paneli
Studenci na zbudowanym stanowisku fotowoltaicznym badają sprawności paneli w zależności od temperatury komponentów, naturalnych zabrudzeń i zacienienia.
.gif)
– Na początku mierzyliśmy zmiany parametrów prądowo-napięciowych w czasie godziny, a następnie zdecydowaliśmy się na badania całodniowe – opowiada Tomasz Rybak. – Wartości takie jak natężenie prądu czy napięcie można śledzić w czasie rzeczywistym, ale pomiary temperatury i natężenia promieniowania słonecznego będą wykonywane co godzinę lub dwie.
Do pomiaru temperatury wykorzystywana jest kamera termowizyjna, a wartość natężenia promieniowania mierzona jest specjalnym miernikiem fotowoltaicznym IRM-1 udostępnionym przez firmę ZenitSolar.
Młodzi naukowcy wykorzystują na swoim stanowisku dwa rodzaje paneli typu half-cut: standardowe z białymi ramkami między ogniwami i full-black, które są czarne na całej powierzchni.
– Pomiar temperatury jest w naszych badaniach istotny, ponieważ tzw. full-blacki z racji koloru absorbują więcej promieniowania, zwiększając temperaturę paneli, ale jednocześnie zmniejsza się ich sprawność – tłumaczy Tomasz Rybak. – Natomiast panele monokrystaliczne typu half-cut wyróżniają się tym, że są podzielone na dwie części (górną i dolną), przez co w niektórych przypadkach zacienienia generują więcej mocy niż panele wykonane w technologii tradycyjnej tzw. full-cell.
Przy budowaniu układu wodorowego studentom i doktorantom pomagali naukowcy z Laboratorium Konwersji Energii. Prace finansowane były z grantu w ramach programu „Wspieramy Młodych Naukowców”, prowadzonego na Wydziale Mechaniczno-Energetycznym PWr.
Po zakończeniu badań powstać ma publikacja naukowa opisująca efekty analiz.
redakcja@gramwzielone.pl
© Materiał chroniony prawem autorskim. Wszelkie prawa zastrzeżone. Dalsze rozpowszechnianie artykułu tylko za zgodą wydawcy Gramwzielone.pl Sp. z o.o.
