Novedoso enfoque de los sistemas FV-batería-electrolizador-pila de combustible

Científicos de la Universidad Tecnológica de Delft (Países Bajos) han desarrollado una nueva metodología para el diseño y dimensionamiento de componentes de sistemas residenciales aislados de energía fotovoltaica, batería, electrolizador y pilas de combustible que utilizan el hidrógeno generado para el almacenamiento de energía a largo plazo y la batería para el almacenamiento a corto plazo.

Afirman que el sistema puede ser una solución adecuada en zonas rurales de difícil acceso a las redes de transmisión y distribución.

“El enfoque propuesto adopta un factor de dimensionamiento de la carga como parámetro de entrada clave, que determina hasta qué punto la demanda de carga en invierno se suple con hidrógeno para cubrir el desequilibrio estacional”, afirman los investigadores, que señalan que el sistema energético está pensado para dar servicio a una comunidad energética formada por varios edificios. “Además, una regla para seleccionar un factor de dimensionamiento de carga adecuado para alcanzar los objetivos definidos, como la autosuficiencia”.

En la configuración del sistema propuesto, el electrolizador se utiliza principalmente a través del excedente de energía fotovoltaica en verano para producir hidrógeno, que luego se entrega a un compresor, se almacena en depósitos y se utiliza para la producción de electricidad a través de las pilas de combustible en invierno. Sin embargo, no toda la energía solar sobrante debe utilizarse para producir hidrógeno, ya que ello aumentaría el Capex del proyecto.

La parte innovadora del sistema, explicó el grupo de investigación, consiste en que divide la demanda de carga en invierno en dos partes, una de las cuales se cubre con energía fotovoltaica y almacenamiento en batería, mientras que la otra se cubre con hidrógeno cuando no hay generación fotovoltaica disponible y el estado de carga de la batería es inferior al 40%.

“El dimensionamiento fotovoltaico sigue el planteamiento de que la generación fotovoltaica anual es igual a la demanda de carga anual”, subrayan los académicos, que añaden que el tamaño de la batería dependerá estrictamente de los días de autonomía del sistema energético y de la ubicación del proyecto. “La generación fotovoltaica necesaria para producir hidrógeno viene determinada tanto por la eficiencia del electrolizador como de la pila de combustible”.

El grupo holandés afirma que el sistema debe dimensionarse de forma que la probabilidad de pérdida de carga (LLP), que define como la relación entre la demanda de carga que no puede satisfacer el sistema energético en un año dividida por la demanda de carga anual total, sea siempre igual a cero. “Cuanto menor es la LLP, más estable y fiable es el sistema energético”, explica.

Los académicos realizaron una serie de simulaciones y comprobaron que el sistema puede alcanzar un coste nivelado de la energía que sigue siendo superior al precio de la energía en los Países Bajos, aunque también constataron que la integración del electrolizador y las pilas de combustible con la instalación solar más almacenamiento es capaz de aumentar la fiabilidad y seguridad del suministro energético.

“Sin embargo, a medida que avance la tecnología, se espera que disminuyan los costes asociados a los tanques de almacenamiento de hidrógeno y a los electrolizadores, aumentando así la asequibilidad de este tipo de sistema energético”, subrayaron. “Además, las eficiencias de los electrolizadores y las pilas de combustible también mejorarán al mismo tiempo, lo que también aumentará la eficiencia global del sistema”.

De cara al futuro, los científicos afirmaron que quieren investigar otras opciones más baratas que el tanque para el almacenamiento de hidrógeno y reducir los costes del sistema. “En futuros trabajos, merece la pena investigar el uso del calor para satisfacer la demanda de calor de los usuarios finales y ayudarles también a ahorrar costes de calefacción”, concluyeron.

Presentaron la nueva metodología en “An approach for sizing a PV-battery-electrolyzer-fuel cell energy system: A case study at a field lab” (Un enfoque para dimensionar un sistema de energía FV-batería-electrolizador-pila de combustible: Un estudio de caso en un laboratorio de campo), publicado recientemente en Renewable and Sustainable Energy Reviews.