Desarrollo de un modelo de integración solar fotovoltaico con almacenamiento de hidrógeno en instalaciones aisladas

Abstract

Modelado del sistema híbrido de una instalación fotovoltaica con almacenamiento de energía a base de hidrógeno, considerando datos meteorológicos y variables eléctricas para evaluar los sistemas en términos de carga, niveles de capacidad de almacenamiento y costos de dos procesos electroquímicos diferenciados, electrólisis de agua y electrólisis de reformado de etanol. Análisis de costos para evaluar la viabilidad de ambos sistemas, dimensionados para producir la misma cantidad de hidrógeno almacenado acumulado (SOC), operando en el punto de máxima potencia (MPP). El sistema híbrido con electrólisis de reformado de etanol tiene un mayor costo de inversión inicial y mayores costos anuales, debido a los requisitos de una mayor superficie de electrodo, así como al consumo de etanol. Sin embargo, el proceso convencional requiere un tamaño mucho mayor de la instalación fotovoltaica como consecuencia de sus tensiones más elevadas. Análisis de sensibilidad en un intento de optimizar la configuración en el acoplamiento PV-EL, el tamaño, la eficiencia y los costos de los componentes del sistema. Se puede concluir que el criterio de optimización más importante es la reducción del tamaño del electrolizador, debido al costo de los componentes y al voltaje característico del electrolizador. Los sistemas híbridos PV-H2 pueden desempeñar un papel eficaz en la implementación de una fuente de alimentación distribuida autónoma en aplicaciones que requieren almacenamiento a largo plazo con dispositivos compactos.

Hybrid system modeling of a photovoltaic installation with energy storage based on hydrogen, considering meteorological data and electrical variables to evaluate the systems in terms of load, storage capacity levels and costs from two differentiated electrochemical processes, water electrolysis and ethanol reforming electrolysis. Cost analysis to evaluate the viability of both systems, sized to produce the same amount of accumulated stored hydrogen (SOC), operating at the point of maximum power (MPP). The hybrid system with ethanol forming electrolysis has a higher initial investment cost and higher annual costs, due to the requirements for a larger electrode surface, as well as consumption of ethanol. However, the conventional process requires a much larger size of the photovoltaic installation as a consequence of its higher voltages. Sensitivity analysis in an attempt to optimize the configuration in the PV-EL coupling, the size, efficiency and costs of the system components. It can be concluded that the most important criterion for optimization is the reduction of electrolyzer sizes, due to the cost of the components and the characteristic voltage of the electrolyzer. Hybrid PV-H2 systems can play an effective role in implementing an autonomous distributed power supply in applications requiring long-term storage with compact devices.