Naukowcy z Uniwersytetu w Kantabrii w Hiszpanii przeprowadzili pilotażowy projekt dotyczący samowystarczalnego domu wyposażonego wyłącznie w panele fotowoltaiczne, baterie i magazyny wodoru. Aby osiągnąć cel samowystarczalności przez cały rok, opracowano dostosowaną do potrzeb strategię zarządzania energią, zapewniając, że zużycie energii w domu jest zawsze pokrywane albo przez panele fotowoltaiczne, albo przez ogniwo paliwowe lub akumulator. Według grupy badawczej dom wykazał się samowystarczalnością, a zastosowany miks energetyczny pozwolił lokatorom poczynić znaczne oszczędności. Odkąd instalacja pilotażowa rozpoczęła działalność w styczniu 2022 r., zaoszczędzono już prawie 15 200 kWh energii pierwotnej, 2,3 tony CO2 i około 1170 EUR (100% rachunków za energię elektryczną).
Hybrydyzacja wodoru z energią fotowoltaiczną
Symulację przeprowadzono na lokalu o powierzchni 80 m2, w małej wiosce w północnej Hiszpani. Rachunki za energię elektryczną z lat poprzedzających elektryfikację domu ze źródeł odnawialnych wykazały, że zużywał on 2513 kWh/rok przy średnim dziennym zużyciu wynoszącym 6,88 kWh. Średnie zużycie zimą i jesienią wyniosło ponad 7,3 kWh, a latem 5,88 kWh/dobę.
dom socjalny i chata instalacyjna mieszcząca instalację pilotażową
Następnie wykorzystując te dane, przystąpili do wymiarowania systemu energetycznego za pomocą oprogramowania optymalizacyjnego i analizy rynku. Instalacja pilotażowa została zainstalowana sekwencyjnie po uruchomieniu i przetestowaniu urządzeń w obiektach Uniwersytetu w Kantabrii. Zainstalowano 20 paneli słonecznych, o mocy 40 W każdy, umieszczonych na dachu oraz cztery akumulatory o pojemności 2,4 kWh. Pozostała część instalacji została zamontowana w szopie na sąsiedniej działce. Zawierał on 35-litrowy zbiornik na wodę, w którym po oczyszczeniu do elektrolizy wykorzystywano wodę z kranu, oraz 600-litrowy zbiornik magazynujący wodór pod ciśnieniem 300 barów.
W zaproponowanej konfiguracji panele fotowoltaiczne najpierw zasilają\ dom. Nadwyżka produkcji ładuje następnie akumulator, a po jego napełnieniu magazynowana jest w zbiorniku wysokociśnieniowym w postaci wodoru wytwarzanego przez elektrolizer. Kiedy promieniowanie słoneczne nie wystarcza do pokrycia zapotrzebowania domu, baterie zapewniają energię niezbędną dla domu. Jeśli akumulatory są rozładowane, ogniwo paliwowe wytwarza energię elektryczną, która ładuje akumulatory ze zmagazynowanego wodoru. Tam, gdzie to możliwe, w pierwszej kolejności wykorzystuje się wodór zmagazynowany w buforze, aby uniknąć etapu sprężania, co zwiększa efektywność energetyczną. System i dom są podłączone do sieci na zasadzie zużycia własnego, aby odsprzedawać całą nadwyżkę energii z powrotem do sieci.
System elektroenergetyczny oparty na OZE i wodorze drogą osiągnięcia samowystarczalności elektrycznej
Następnie naukowcy zbierali dane od stycznia 2022 r. do grudnia 2023 r. dotyczące zużycia i kosztów energii elektrycznej nowej instalacji opartej na odnawialnych źródłach energii.
Jak dotąd wyniki pilotażu były niezwykłe i osiągnięto bardzo obiecujące wyniki pod względem wydajności (porównywalnej z hiszpańską siecią elektroenergetyczną), oszczędności energii pierwotnej, unikniętych emisji i oszczędności ekonomicznych. W ten sposób zaoszczędzono prawie 15 200 kWh na paliwach kopalnych (wartość ta uwzględnia nieefektywność sieci elektroenergetycznej, od wytworzonej energii elektrycznej do końcowego zużycia energii elektrycznej, około 42%), co odpowiada około 2260 kg CO2 . Co więcej, najemcy zaoszczędzili już około 1170 €. Oznacza to pełną samowystarczalność elektryczną mieszkania socjalnego dzięki systemowi ze 100% redukcją emisji związanych ze zużyciem energii elektrycznej, co skutkuje 100% eliminacją rachunku za prąd. Co więcej, w miarę jak nadwyżki energii fotowoltaicznej są odprowadzane z powrotem do sieci, kolejni użytkownicy odnoszą korzyści z bardziej zrównoważonego koszyka sieci elektroenergetycznych.- czytamy w opublikowanym artykule.
Wyniki badania opublikowano w artykule Sustainable and self-sufficient social home through a combined PV‑hydrogen pilot, w czasopiśmie Applied Energy.
Źródło:
www.sciencedirect.com/science/article
Zdjęcie: Canva
