Eine aktuelle Studie von Wissenschaftlern des Jülicher Instituts für Energie- und Klimaforschung (IEK-5) schlägt die Integration von Batteriespeichern in Systeme zur Wasserstoffproduktion vor, die eine photovoltaische (PV) mit einer elektrochemische (EC) Zelle kombinieren. Den Forschern zufolge könnte die direkte Integration von Batterien in diese Systeme ohne zusätzliche Leistungsmanagement-Elektronik dazu beitragen, PV-Leistungsschwankungen zu glätten und gleichzeitig die Leistung der EC-Komponenten zu stabilisieren. „Diese Kombination kann als Grundeinheit einer PV-gesteuerten Stromquelle mit Kurzzeit- und Langzeit-Energiespeicherfunktionen betrachtet werden“, so die Forscher.
In der vorgeschlagenen Systemkonfiguration ist die PV-Zelle parallel zu der EC-Einheit und der Batterie geschaltet. Letztere kann den Arbeitspunkt in Richtung einer niedrigeren Arbeitspunktspannung verschieben, was nach Ansicht der Forscher für den Wirkungsgrad der Solar-Wasserstoff-Anlage von großer Bedeutung ist. „Wir können sehen, dass die Batterie die Kopplung in einem ansonsten nicht angepassten PV-EC-System verbessern kann, was ein besonderer Fall der Anpassung von PV an eine Last mit Hilfe einer Batterie ist“, so das Team.
Die Photovoltaik-Einheit des Geräts wurde mit einer Silizium-Dreifach-Solarzelle mit einem Wirkungsgrad von 11,3 Prozent, einer Leerlaufspannung von 2,25 Volt, einem Kurzschlussstrom von 7,4 Milliampere pso Quadratzentimeter und einem Füllfaktor von 67,9 Prozent gebaut. Die elektrochemische Zelle wurde aus Polyetheretherketon hergestellt, gefüllt mit einer Kaliumhydroxidlösung und einem Nickelkatalysatorpaar. Die Lithium-Ionen-Batterie wurde mit einer handelsüblichen Lithium-Ferrophosphat-Kathode, einer Lithium-Titanat-Anode und einem Separator auf Basis einer mit dem handelsüblichen Elektrolyt LP30 getränkten Glasfasermembran aufgebaut. Jede der drei Komponenten ist mit einer Fläche von einem Quadratzentimeter und weniger sehr klein.
Wenn das Sonnenlicht tagsüber auf die Solarzelle trifft, liefert die PV-Einheit eine Spannung von etwa 2,0 Volt über die EC-Zelle und die Batterie, während ein Strom von 3,8 Milliampere durch die EC-Zelle und 0,6 Milliampere durch die Batterie fließt, erklären die Wissenschaftler. Wenn der volle Ladezustand erreicht ist, liegt der Batteriestrom fast 40 Minuten lang bei Null und die EC-Zelle erhält den gesamten Strom von der PV-Zelle. Sobald das Licht ausgeschaltet und die Solarzelle abgeklemmt ist, beginnt die Entladephase.
Die Leistung des Systems wurde mit der eines identischen Geräts ohne Batterie verglichen, und die Wissenschaftler stellten fest, dass ihre neuartige Konfiguration nicht nur die Schwankungen des PV-Stroms glätten und die Leistungseinkopplung erleichtern, sondern auch den Wirkungsgrad der solaren Wasserstofferzeugung verbessern kann.
„Eine einfache Parallelschaltung von PV, EC und Batterie in einem PV-EC-B-System reicht aus, um die PV-Energie teilweise zu speichern und für die Elektrolyse zu nutzen, wenn die PV-Anlage nachts nicht in Betrieb ist“, erklärten die Wissenschaftler und wiesen darauf hin, dass die Batterieleerlaufspannung ein Schlüsselparameter für die Maximierung des Wirkungsgrads der solaren Wasserstoffproduktion bei einem bestimmten Arbeitszyklus ist. „Hohe Batteriekapazitäten und Arbeitszyklen mit kurzen Lichtperioden, gefolgt von langen Dunkelperioden, sind vorteilhaft für die Effizienz der solaren Wasserstofferzeugung in PV-EC-B-Systemen und ermöglichen die Nutzung der Batterieladung bei niedrigerem Strom und somit ein geringeres Überpotenzial in der EC-Zelle.“
Alle Details zur Systemkonfiguration finden sich in dem Artikel „Storage batteries in photovoltaic-electrochemical device for solar hydrogen production“, der im Journal of Power Sources veröffentlicht wurde.
Dieser Inhalt ist urheberrechtlich geschützt und darf nicht kopiert werden. Wenn Sie mit uns kooperieren und Inhalte von uns teilweise nutzen wollen, nehmen Sie bitte Kontakt auf: redaktion@pv-magazine.com.
Mit dem Absenden dieses Formulars stimmen Sie zu, dass das pv magazine Ihre Daten für die Veröffentlichung Ihres Kommentars verwendet.
Ihre persönlichen Daten werden nur zum Zwecke der Spam-Filterung an Dritte weitergegeben oder wenn dies für die technische Wartung der Website notwendig ist. Eine darüber hinausgehende Weitergabe an Dritte findet nicht statt, es sei denn, dies ist aufgrund anwendbarer Datenschutzbestimmungen gerechtfertigt oder ist die pv magazine gesetzlich dazu verpflichtet.
Sie können diese Einwilligung jederzeit mit Wirkung für die Zukunft widerrufen. In diesem Fall werden Ihre personenbezogenen Daten unverzüglich gelöscht. Andernfalls werden Ihre Daten gelöscht, wenn das pv magazine Ihre Anfrage bearbeitet oder der Zweck der Datenspeicherung erfüllt ist.
Weitere Informationen zum Datenschutz finden Sie in unserer Datenschutzerklärung.