Des chercheurs de l'Université des Sciences Appliquées Hanze de Groningen aux Pays-Bas ont étudié pour la première fois comment combiner la production d'hydrogène etSystème de stockage d'énergie par batterieavec de l'énergie photovoltaïque sur le toit ou de petites éoliennesSystème PV autonomepour les ménages.
"À notre connaissance, aucune étude publiée n'a utilisé le système hydrogène comme stockage principal lors de l'hybridation d'énergies renouvelables avec des batteries et, surtout, aucune étude n'a pris en compte les exigences de démarrage variables des électrolyseurs à membrane échangeuse de protons (PEM) pour l'hydrogène. production et stockage lors de la conception de systèmes d'énergie renouvelable hors réseau", a déclaré le groupe, ajoutant que les batteries sont destinées à être utilisées pour éviter les réductions lorsque la production d'hydrogène ne peut pas être prioritaire.
Les scientifiques ont expliqué que l'hydrogèneSystème PV hybridebasés sur l'électrolyse PEM offrent l'avantage d'être des systèmes à réponse rapide, adaptés aux systèmes de stockage où le système hydrogène fait office d'unité de stockage principale couplé à une batterie comme stockage secondaire. Ils ont également souligné que l’hydrogène généré par électrolyse doit être séché et purifié des traces d’eau et d’oxygène avant de pouvoir être utilisé.
Le système proposé est destiné à stocker l’énergie solaire excédentaire, la batterie agissant comme unité de stockage principale uniquement lorsque la production d’hydrogène n’est pas immédiatement disponible. Il se compose d'un système d'électrolyse de l'hydrogène PEM de 4,5 kW, d'un réservoir de stockage d'hydrogène de 0,85 m3, d'une unité de purification de 0,8 kW, d'une pile à combustible à hydrogène PEM et d'une batterie lithium-ion. "La pile à combustible ne peut fournir de l'énergie que directement au consommateur et elle ne charge pas la batterie ni n'alimente l'électrolyseur", ont expliqué les universitaires. "L'électrolyseur et la pile à combustible nécessitent respectivement de l'eau et de l'air déminéralisés pour fonctionner."
Le système s'appuie également sur une vanne de régulation de pression pour régler la pression de sortie de l'hydrogène, qui peut être réglée à près de 50 bars sans moyen externe. Il est également capable de maintenir l'électrolyseur en marche lorsque l'énergie solaire excédentaire est suffisamment proche de la puissance minimale de l'électrolyseur et que l'énergie excédentaire attendue dans les 10 minutes suivantes est relativement élevée. "Il utilise la batterie pour stocker de l'énergie lorsque la puissance ou la durée de l'énergie provenant des énergies renouvelables est insuffisante pour que le système d'électrolyseur démarre et fonctionne", ont expliqué les scientifiques.
Le groupe de recherche a simulé les performances du système via le logiciel Python et a utilisé plusieurs entrées pour décider comment stocker l'énergie électrique en cas de surplus. Ils ont supposé que le système serait déployé dans une maison individuelle néerlandaise typique avec une demande annuelle de 4 MWh.
La simulation a montré que la meilleure configuration de système pour la source photovoltaïque comprend un générateur solaire de 2,65 kW avec un angle d'inclinaison de 35 degrés et un angle d'azimut de 180 degrés. Le coût du système photovoltaïque a été estimé à 1 317 € (1 430 $)/kW, tandis que celui de l'électrolyseur et de la pile à combustible a été estimé à 9 677 € et 7 500 €, respectivement. Le coût du réservoir d'hydrogène a été indiqué à 1 915 € et celui de la batterie de 2,93 kW a été estimé à 372,5 €/kWh.
L'analyse a démontré qu'en aucun cas l'électrolyseur n'a été capable de fonctionner à sa puissance nominale maximale, ce qui signifie qu'il peut être réduit, réduisant ainsi les coûts du système, ont souligné les chercheurs. "L'analyse de sensibilité sur la variation de la puissance nominale de l'électrolyseur a montré qu'un électrolyseur d'une puissance nominale comprise entre 1 550 W et 2,000 W est plus adéquat et plus rentable pour la configuration du cas de base défini dans cette étude. ", ont-ils en outre expliqué, ajoutant que la capacité optimale de la batterie a été identifiée à environ 3 kW.
La série de simulations a également montré que compter uniquement sur l’énergie éolienne était plus rentable que d’utiliser uniquement l’énergie solaire, tandis qu’une combinaison des deux sources offrait les meilleurs résultats. "L'énergie requise par l'unité d'épuration peut être considérée comme négligeable dans tous les scénarios", ajoutent les universitaires, soulignant que les recherches futures devraient tester la solution proposée à plus grande échelle ou dans un système intégrant la production de chaleur.
