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).

REKLAMA

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.

REKLAMA

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.