Domowa fabryka wodoru z wykorzystaniem zużytych paneli fotowoltaicznych? To działa
Zamiast utylizować wysłużone panele słoneczne naukowcy z Chile zamienili je w fundament domowej fabryki wodoru. Dzięki sprytnej rekonfiguracji ogniw ta genialnie prosta technologia pozwala produkować czysty H2 znacznie taniej niż dotychczas, udowadniając, że odpady mogą stać się cennym źródłem energii.
Naukowcy z Chile wykazali, że stare, zużyte panele fotowoltaiczne mogą stać się fundamentem taniej, domowej produkcji wodoru. Ich innowacyjny system pozwala na wytwarzanie zielonego paliwa w warunkach domowych przy użyciu paneli wycofanych z eksploatacji, które dla tradycyjnego sposobu wykorzystania fotowoltaiki są już bezużyteczne. Dzięki wyeliminowaniu drogiej elektroniki i postawieniu na prostotę konstrukcji technologia ta toruje drogę do obniżenia kosztów budowy domowej i lokalnej autonomii energetycznej.
Bez zastosowania inwertera
Kluczowym wyzwaniem w domowej produkcji wodoru była dotychczas konieczność stosowania drogich układów elektronicznych, takich jak inwertery czy kontrolery MPPT, które dopasowują prąd z paneli fotowoltaicznych do potrzeb elektrolizera. Zespół badawczy z Chile postanowił całkowicie pominąć te komponenty, stawiając na tzw. Direct Coupling (bezpośrednie sprzężenie).
Wykorzystując panele fotowoltaiczne, których okres wydajnej eksploatacji dobiegł końca, ale które zachowały jeszcze co najmniej 80 proc. swojej pierwotnej sprawności, naukowcy dokonali ich wewnętrznej rekonfiguracji fizycznej. Poprzez zmianę połączeń busbarów i stworzenie niestandardowych, równoległych połączeń ogniw udało się idealnie dopasować krzywą prądowo-napięciową paneli do charakterystyki elektrolizera membranowego (PEM). Ta prosta modyfikacja pozwoliła na uzyskanie 88 proc. wydajności energetycznej.
Wydajność, która ma znaczenie
Wyniki testów przeprowadzonych w rzeczywistych warunkach zewnętrznych są bardzo zadowalające. Prototypowy system wygenerował średnio 345 litrów czystego wodoru dziennie. Aby zrozumieć skalę tego sukcesu, warto zestawić to z potrzebami typowego gospodarstwa domowego – szacuje się, że podstawowe procesy, takie jak gotowanie czy ogrzewanie, wymagają około 120 litrów paliwa na dobę.
Opracowana w Chile domowa instalacja wodorowa generuje więc niemal trzykrotną wartość zapotrzebowania. System osiąga średnią sprawność konwersji energii słonecznej na wodór (Solar-to-Hydrogen) na poziomie 7 proc. Co najważniejsze analiza stabilności pracy instalacji w perspektywie 30 lat wykazała, że metoda dopasowania napięcia jest niezwykle odporna na starzenie się komponentów instalacji i naturalny dryf parametrów technicznych starych paneli PV.
Rachunek ekonomiczny
Największym atutem opracowanej w Chile domowej instalacji do produkcji wodoru jest jej profil ekonomiczny. Zastosowanie darmowych lub bardzo tanich modułów z odzysku oraz rezygnacja z elektroniki mocy pozwoliły obniżyć uśredniony koszt wodoru (LCOH) do poziomu 5,79 dolarów/kg (ok. 20,49 zł/kg). Zgodnie z tym, co czytamy w pracy naukowej, jest to wynik o 18 proc. niższy w porównaniu do standardowych systemów referencyjnych, gdzie koszt ten oscyluje wokół 7,05 dolarów/kg (ok. 25,30 zł/kg).
Można mieszać z gazem ziemnym
Badacze wskazują na konkretne zastosowanie praktyczne, w którym wytworzony wodór może być mieszany z gazem ziemnym w proporcji do 20 proc. objętościowo. Takie rozwiązanie pozwala na natychmiastowe wdrożenie technologii w istniejących instalacjach gazowych, obniżając emisję CO2 i rachunki za paliwo bez konieczności kosztownej wymiany kuchenek czy kotłów.
Jednocześnie naukowcy z ostrożnością podchodzą do nazywania swojego eksperymentu rewolucją, zwracając uwagę na ograniczenia wynikające z braku zaimplementowanej elektroniki (kontrola) oraz zależność od zmieniającego się natężenia słonecznego.
Więcej na temat przedsięwzięcia można przeczytać w artykule „Green hydrogen production using discarded photovoltaic panels for domestic application” opublikowanym w czasopiśmie Energy Conversion and Management.
Radosław Błoński
redakcja@gramwzielone.pl
© Materiał chroniony prawem autorskim. Wszelkie prawa zastrzeżone. Dalsze rozpowszechnianie artykułu tylko za zgodą wydawcy E-Magazyny Sp. z o.o.
AI twierdzi, że w naszych warunkach potrzeba ok. 20-25 szt. paneli 180W aby uzyskać 345l wodoru dziennie. Bo oczywiście technicznych szczegółów z artykułu się nie dowiemy, a szkoda…
@CK 345l wodoru przy ciśnieniu atmosferycznym to całe 31g wodoru na dzień… Jeszcze sobie sam musisz wyprodukować i tylko jak świeci słońce. Świetlana przyszłość nasza na zachodzie, tymczasem mamy pod ziemią zasoby węgla o znaczeniu globalnym…
@Ajajaj: no i co z tym węglem zrobić? Wykopać i spalić? To już grali. __________________________________________________
@CK: 20x 180W to 3.6kWp zainstalowane. Z MPPT średni dzienny uzysk z takiej instalacji w Kwietniu to ok. 14kWh. Zasilając tym elektrolizer PEM (sprawność ok. 60%) da się wyprodukować wodór, który przy spaleniu odda około 8kWh. Nie twierdzę że to dobry deal bo problem będzie ze sprężaniem i przechowywaniem ale te 345 litrów (tj. ok 1kWh) nie bardzo się zgadza.
Gdyby tylko sprężanie było tanie to fajny magazyn energii na zimę. Na starych zasadach odbieram 70 % ale kiedyś to się skończy.
345 litrów wodoru to około 1 kWh energii. Z tej ilości gotowanie, ogrzewanie i co jeszcze?
Buuuuum! Ciekawe jak wykorzystać ten wodór w warunkach domowych
Przechowywanie wodoru jest drogie (spreżanie) trudne techniczne i bardzo niebezpieczne (ekstremalnie trudne uszczelnienia i duży zakres stężeń w których jest wybuchowy) a już pomysl wpiszczenia do sieci gazowej jest po prostu bombowy!
Ten artykuł jest, absolutnie o niczym. Autentycznie.
„materiał chroniony prawem autorskim” LOL – paradoksalnie to jest prawda choć jest to ogólnikowy bełkot bez realnej wartości, którego nawet autor nie rozumie, to prawo mówi, że 'dzieło’ jest chronione niezależnie od wartości
„System osiąga średnią sprawność […] na poziomie 7 proc.”
Autorze! Czy tu nie ma pomyłki? Tylko 7% sprawności?
—
Ogólnie pomysł ciekawy, choć tak jak już parę osób zauważyło największym problemem nie jest produkcja, tylko przechowywanie i przetwarzanie tego wodoru, bo jest to dość wybuchowy gaz. Wysokosprawna elektroliza to jak dla mnie pierwszy etap. Drugi – i tu już są prototypowe rozwiązania – to łączenie wodoru z dwutlenkiem węgla z atmosfery i produkcja metanolu, który bardzo łatwo przechowuje się w dużej ilości. Metanol można przechowywać w zwykłych tanich Mauzerach nawet 10 lat bez utraty jego parametrów a wykorzystywać zarówno w ogniwach paliwowych, w kogeneratorach jak i spalać bezpośrednio wytwarzając ciepło.