Hidrogênio fotovoltaico off-grid X energia solar autônoma mais armazenamento

Uma equipe de pesquisa alemã comparou o desempenho econômico de um sistema de célula de combustível fotovoltaico com o de uma contraparte autônoma de energia solar e armazenamento em um edifício no Níger. A análise mostrou que o hidrogênio descentralizado movido a energia fotovoltaica poderia atingir um custo nivelado de energia e um custo nivelado de armazenamento consideravelmente mais baixos do que o sistema de bateria fotovoltaica, com esses valores atingindo € 0,12 (US$ 13,1) /kWh e € 0,35/kWh, respectivamente.

Um grupo de pesquisadores da Universidade de Ciências Aplicadas da Alemanha investigou como os sistemas de células de combustível de eletrolisador fotovoltaico poderiam substituir os sistemas de energia solar mais armazenamento como soluções autônomas de fornecimento de energia para eletrificação descentralizada fora da rede e descobriu que a solução da célula de combustível poderia fornecer energia significativamente mais barata e custos de energia armazenada mais baixos do que a combinação de energia solar mais bateria.

Os cientistas consideraram a implantação de ambas as configurações do sistema em um prédio acadêmico de dois andares composto por 14 salas em Niamey, Níger. A radiação média anual no local é de cerca de 2.000 kWh/m2.

O edifício utiliza 19 condicionadores de ar, 75 lâmpadas, 23 ventiladores, 26 computadores, 2 laptops, 4 projetores de vídeo, 1 televisão, 5 impressoras, 2 geladeiras, 2 copiadoras, 3 scanners e 1 lâmpada externa. “O horário de funcionamento de todos os aparelhos é entre 06:00 e 21:00, exceto os refrigeradores, a lâmpada externa e a carga de espera”, especificaram os cientistas, observando que a carga nominal no período é constante em torno de 66,8 kW. “Como o prédio fecha aos domingos, apenas a carga do refrigerador e a carga de espera são consideradas durante o dia”.

Diferença entre Energia Solar: Térmica e Fotovoltaica

O sistema de hidrogênio movido a energia fotovoltaica consiste em um painel solar de 150 kW, um eletrolisador de membrana de troca de polímero (PEM) de 50 kW, um tanque de hidrogênio com capacidade total de armazenamento de 50 kg, uma célula de combustível de 20 kW e uma bateria de 5 kWh cobrindo pequenas cargas durante a noite para fins práticos. “Todos os dias, a bateria seria totalmente carregada antes de produzir hidrogênio, garantindo que eletricidade suficiente esteja disponível durante a noite”, destacou o grupo. “A quantidade de hidrogênio restante no final do dia após a operação da célula de combustível foi acumulada nos tanques todos os dias”.

O desempenho deste sistema de hidrogênio foi comparado, por meio de uma série de simulações, ao de uma contraparte autônoma de energia solar mais armazenamento que consiste em um painel fotovoltaico de 150 kW, um sistema de armazenamento de bateria de 513 kWh e um sistema de gerenciamento de energia. A análise considerou a estrutura de custos geral dos sistemas, o custo nivelado de energia (LCOE) e o custo nivelado de armazenamento (LCOS) de ambos os sistemas, bem como o custo nivelado de hidrogênio do sistema fotovoltaico-eletrolisador-célula de combustível sozinho.

A análise econômica mostrou que o sistema de hidrogênio movido a energia fotovoltaica é uma “escolha ideal” em relação ao sistema clássico de baterias fotovoltaicas, apesar de seus custos iniciais ligeiramente mais altos. “Embora o sistema de armazenamento de bateria forneça uma quantidade ligeiramente maior de eletricidade em comparação com o sistema de armazenamento de hidrogênio, a diferença é marginal em comparação com a relação custo-benefício superior da opção de hidrogênio”, disseram os cientistas.

Eles descobriram que o sistema de hidrogênio alcançou um LCOE de € 0,12 (US$ 13,1) /kWh e um LCOS de € 0,35/kWh, enquanto o sistema solar mais armazenamento alcançou valores de € 0,17/kWh e € 0,71/kWh. O LCOH da instalação de hidrogênio também variou entre € 8,21/kg e € 4,78/kg.

Razão do melhor desempenho do sistema de hidrogênio movido a energia fotovoltaica foi atribuída ao custo relativamente alto da bateria no sistema durante a vida útil do projeto. “Considerando os futuros desafios de fabricação associados ao sistema de armazenamento de bateria, investir hoje no sistema de armazenamento de hidrogênio pode ser uma escolha favorável”, afirmaram os pesquisadores. “A partir dos resultados deste estudo, pode-se concluir que o projeto proposto pode ser instalado de forma viável no local escolhido”.

Suas descobertas podem ser encontradas no estudo “Standalone electricity supply system with solar hydrogen and fuel cell: Possible to get rid of storage batteries?”, que foi publicado recentemente na International Journal of Hydrogen Energy. “A mensagem consistente que emerge dessas descobertas é a viabilidade econômica da produção de hidrogênio e sua utilização para aplicações de armazenamento de eletricidade”, concluíram os acadêmicos. (pv-magazine-brasil)