الکترولایزر فتوولتائیک با پنل های خورشیدی شینگل، غشای تبادل آنیون

دانشمندان بلژیکی یک الکترولیز با انرژی خورشیدی طراحی کرده‌اند که از PV سیلیکون شینگل با اندازه استاندارد و مساحت بزرگ برای تقسیم آب استفاده می‌کند. طبق گزارش‌ها، این سیستم می‌تواند بازده انرژی خورشیدی به هیدروژن 10 درصد را در تراکم جریان الکترولایزر تقریباً 60 mA cm-2 به دست آورد.

محققان Imec در بلژیک الکترولیز آب غشای تبادل آنیونی (AEM) را برای تولید هیدروژن توسعه داده‌اند. آنها گفتند رویکرد آنها می تواند با تولید خورشیدی در پیکربندی فتوولتائیک الکترولیز (PV-EC) ترکیب شود.

«این رویکرد شامل استفاده از PV سیلیکون شینگل با مساحت بزرگ با اندازه استاندارد برای ارائه بیش از 1.23 ولت برای تقسیم آب همراه با الکترولیز آب تبادل آنیونی کم‌هزینه است. تراکم جریان عملیاتی بالاتر غشای الکترولیت پلیمری (PEM) را ترکیب می‌کند. نینا پلانکنشتاینر، محقق، به مجله pv گفت: با مواد ارزان قیمت حاصل از الکترولیز قلیایی.

سیستم فتوولتائیک-الکترولایزر

دانشمندان یافته‌های خود را در «سیستم فتوولتائیک-الکترولایزر که در بیش از ۵۰ میلی‌آمپر سانتی‌متر مربع کار می‌کند. با ترکیب ماژول فتوولتائیک سیلیکونی شینگل‌دار با مساحت بزرگ با الکترودهای نیکل سطح بالا برای نسل کم‌هزینه سبز H2» ارائه کردند که اخیراً در RL Solar منتشر شده است. . آنها توضیح دادند که PV-ECها بالاترین سطح آمادگی تکنولوژیکی و بالاترین راندمان انرژی خورشیدی به هیدروژن را در میان تمام فناوری‌های الکترولیز ارائه می‌دهند.

در سیستم‌های PV-EC، فناوری انتخابی فتوولتائیک، که به صورت تجاری برق ارزان‌قیمتی را با راندمان پایدار 20 تا 25 درصد در 30-40 میلی‌آمپر بر سانتی‌متر مربع ارائه می‌کند. سلول‌های خورشیدی سیلیکونی متصل به سری هستند که بیش از 1.23 ولت را برای تقسیم آب فراهم می‌کنند. محقق یواخیم جان گفت. “در دهه آینده، پیکربندی‌های سیلیکونی پشت سر هم با سلول‌های بالایی پروسکایت ممکن است نقش بیشتری با بازده تبدیل نزدیک به 30٪ ایفا کنند.”

آنها سیستم پیشنهادی را دارای “پیکربندی تجاری مرتبط” توصیف کردند. آنها گفتند که الکترولیز AEM دارای الکترودهای نانومش با سطح عظیم 26 متر مربع بر سانتی متر مکعب است که از نیکل فراوان در زمین ساخته شده است، همانطور که محققان قبلا گزارش داده بودند.

پنل های شینگل

آنها با اشاره به پنل های شینگل می گویند: «شنگل کردن سلول های خورشیدی سیلیکونی در سری یک رویکرد جذاب برای کاربردهای تقسیم آب خورشیدی است. زیرا می توان به ولتاژ بالا کافی در هر ناحیه سلول استاندارد دست یافت.

ماژول ها ساختارهای بدون شینه هستند و تنها بخش کوچکی از سلول ها در معرض نور خورشید قرار نمی گیرند. سلول ها برای تشکیل یک رشته با چگالی بالا و نوارهای حاصل از طریق یک چسب رسانا به هم متصل می شوند. کاهش تعداد شینه ها تلفات سایه را کاهش می دهد.

الکترولایزر تک سلولی در مقیاس آزمایشگاهی که توسط دانشگاهیان ساخته شده است، دارای دو الکترود نانومش نیکل با سطح بالا نازک 4 میکرومتری است. همچنین دارای شش سلول ناهمگون سیلیکونی با زونا 38.5 سانتی متر مربع برش از سلول های استاندارد 15.6 سانتی متر مربع در 15.6 سانتی متر مربع است.

دانشمندان توضیح دادند: «سلول‌ها به صورت سری متصل شدند. محدوده ولتاژ مدار باز متغیری از 0.7 ولت تا 4.3 ولت بسته به تعداد سلول‌های متصل می‌شوند. ضریب پر شدن تقریباً 80٪. ویژگی‌های جریان-ولتاژ الکترولایزر نشان داد که 1.8 ولت تا 2.2 ولتاست. برای مطابقت با چگالی جریان الکترولیز بین 20 تا 100 میلی‌آمپر بر سانتی‌متر مربع مورد نیاز است. این حداقل ولتاژ مورد نیاز را می توان با اتصال سه یا چهار سلول سیلیکونی به صورت سری به دست آورد.

سیستم PV-EC

سیستم PV-EC که تحت شرایط روشنایی استاندارد آزمایش شد. طبق گزارش‌ها قادر به تولید هیدروژن برای حدود 20 ساعت بود. راندمان خورشیدی به هیدروژن 10٪ در چگالی جریان الکترولایزر تقریباً 60 mA cm-2 به دست آورد. این تیم به شرح زیر است. بالاترین چگالی جریان گزارش شده برای سیستم های PV-EC در ادبیات.

راندمان خورشیدی به هیدروژن با نظارت در محل از مهمترین پارامترهای سیستم، مانند جریان عملیاتی، ولتاژ، و جریان گاز هیدروژن تعیین شد. محققان گفتند که تعیین دقیق این رقم شایستگی هنگام مقایسه سیستم های PV-EC با یکدیگر مهم است. آنها خاطرنشان کردند که اندازه‌گیری‌های پایداری طولانی‌تر باید در چگالی جریان به اندازه کافی بالا آزمایش شوند تا سیستم را تحت فشار قرار دهد.

محققان همچنین مجموعه‌ای از آزمایش‌های بار دینامیکی عملکرد را با تغییرات تدریجی و ناگهانی انرژی ورودی طی نیم سال تابش خورشیدی انجام دادند. آنها ادعا می کنند که آزمایشات نشان داد که تغییرات ولتاژ سلول ناچیز است و تأثیر بسیار کمی بر عملکرد PV-EC و تولید هیدروژن دارد.

آنها نتیجه گرفتند: «گام‌های بعدی برای تجاری‌سازی سیستم PV-EC ارائه‌شده، آزمایش پایداری طولانی‌مدت در فضای باز همراه با پروتکل‌های اندازه‌گیری بار پویا طولانی‌تر است».