オランダのフローニンゲンハンゼ応用科学大学の研究者らは、水素製造とバッテリーエネルギー貯蔵システム屋上太陽光発電や小型風力タービンで独立型太陽光発電システム家庭向け。
「我々の知る限り、再生可能エネルギーとバッテリーをハイブリッド化する際に水素システムを主な貯蔵庫として使用した研究は公表されておらず、最も重要なことは、オフグリッド再生可能エネルギーシステムを設計する際に、水素製造と貯蔵のためのプロトン交換膜（PEM）電解装置の可変的な起動要件を考慮した研究はない」と同グループは述べ、バッテリーは水素製造を優先できない場合に削減を回避するために使用することを意図していると付け加えた。
科学者たちは水素がハイブリッドPVシステムPEM電気分解に基づく水素貯蔵システムは、応答速度が速いという利点があり、水素システムがメインの貯蔵ユニットとして機能し、二次貯蔵としてバッテリーが結合された貯蔵システムに適しています。ただし、電気分解で生成された水素は、使用する前に乾燥して微量の水と酸素を精製する必要があることも強調しました。
提案されたシステムは、余剰の太陽光発電を貯蔵するためのもので、バッテリーは水素生成がすぐに利用できない場合にのみ主要な貯蔵ユニットとして機能します。このシステムは、4.5 kW PEM 水素電気分解システム、0.85 m3 水素貯蔵タンク、0.8 kW 精製ユニット、PEM 水素燃料電池、およびリチウムイオン バッテリーで構成されています。「燃料電池は消費者に直接電力を供給することしかできず、バッテリーを充電したり電解装置をサポートしたりすることはできません」と研究者は説明しています。「電解装置と燃料電池は、それぞれ動作に脱塩水と空気を必要とします。」
このシステムはまた、圧力制御バルブを使用して水素の出力圧力を設定し、外部手段なしでほぼ 50 バールに設定できます。また、余剰の太陽光電力が電解装置の最小電力に十分近く、次の 10 分間の予想余剰電力が比較的高い場合に、電解装置を稼働させ続けることもできます。「再生可能エネルギーからの電力または電力の持続時間が電解装置システムの起動と動作に不十分な場合は、バッテリーを使用してエネルギーを蓄えます」と科学者は述べています。
研究グループは、Python ソフトウェアを使用してシステムのパフォーマンスをシミュレートし、複数の入力を使用して、余剰電力がある場合に電気エネルギーをどのように貯蔵するかを決定しました。彼らは、年間需要が 4 MWh の典型的なオランダの一戸建て住宅にシステムが導入されると想定しました。
シミュレーションの結果、PV 源に最適なシステム構成には、傾斜角 35 度、方位角 180 度の 2.65 kW ソーラー アレイが含まれることが示されました。PV システムのコストは 1,317 ユーロ (1,430 ドル)/kW と想定され、電解装置と燃料電池のコストはそれぞれ 9,677 ユーロと 7,500 ユーロと見積もられました。水素タンクのコストは 1,915 ユーロ、2.93 kW バッテリーのコストは 372.5 ユーロ/kWh と想定されました。
分析により、いかなる状況でも電解装置が最大公称電力で動作できないことが実証され、これは電解装置を小型化してシステムのコストを削減できることを意味していると研究者らは強調した。「電解装置の公称電力を変化させた場合の感度分析により、この研究で定義された基本ケースの構成には、公称電力が1,550 Wから2,000 Wの電解装置がより適切でコスト効率が高いことが示されました」と研究者らはさらに説明し、バッテリーの最適容量は約3kWであると特定されたと付け加えた。
一連のシミュレーションでは、風力発電のみに頼る方が太陽光発電のみを使用するよりも費用対効果が高く、2つのエネルギー源を組み合わせると最良の結果が得られることも示された。「浄化ユニットに必要なエネルギーは、すべてのシナリオで無視できるほど小さいと見なすことができます」と研究者らは付け加え、今後の研究では、提案された解決策をより大規模に、または熱生産を統合したシステムでテストする必要があると指摘した。
