Diseños comparativos para cargas críticas independientes entre sistemas de PV/batería y sistemas de PV/hidrógeno
Autores: Lotfy, Ahmed; Anis, Wagdy Refaat; Newagy, Fatma; Mohamed, Sameh Mostafa
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Diseños comparativos para cargas críticas independientes entre sistemas de PV/batería y sistemas de PV/hidrógeno
Categoría
Energía
Subcategoría
Energías renovables
Palabras clave
Sistemas fotovoltaicos
Comparación
Almacenamiento de hidrógeno
Batería de plomo-ácido
Rentable
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Este estudio presenta el diseño y la comparación tecnoeconómica de dos sistemas fotovoltaicos (FV) independientes, cada uno suministrando una carga crítica de 1 kW con un 100% de fiabilidad bajo las condiciones climáticas de El Cairo. Estos sistemas se modelan tanto para los escenarios de carga constante como de carga nocturna, teniendo en cuenta las peores condiciones climáticas que implican 3.5 días consecutivos nublados. La comparación principal se centra en el almacenamiento tradicional de baterías de plomo-ácido frente al almacenamiento de hidrógeno verde a través de electrólisis, compresión y reconversión en pilas de combustible. Ambas configuraciones se simulan utilizando una herramienta basada en Python que calcula el balance energético horario, el dimensionamiento de componentes y el rendimiento económico a lo largo de una vida útil del proyecto de 21 años. Los resultados muestran que el sistema FV/H2 supera significativamente al sistema FV/batería de plomo-ácido tanto en costo como en fiabilidad. Para la carga constante, el Costo Nivelado de Electricidad (LCOE) disminuye de 0.52 USD/kWh a 0.23 USD/kWh (una reducción del 56%), y el período de recuperación se acorta de 16 a 7 años. Para la carga nocturna, el LCOE mejora de 0.67 a 0.36 USD/kWh (una reducción del 46%). También se realizó un análisis de costos suplementario utilizando baterías de iones de litio. Si bien las baterías de iones de litio mejoran la economía en comparación con las de plomo-ácido (LCOE de 0.41 USD/kWh para la carga constante y 0.49 USD/kWh para la carga nocturna), esto representa una reducción del 21% y del 27%, respectivamente. Sin embargo, el sistema de hidrógeno verde sigue siendo la solución de almacenamiento más rentable y escalable para lograr un 100% de fiabilidad en aplicaciones críticas fuera de la red. Estos hallazgos destacan el potencial del hidrógeno verde como una vía de almacenamiento de energía sostenible y económicamente viable, capaz de reducir los costos energéticos mientras asegura una resiliencia a largo plazo.
Descripción
Este estudio presenta el diseño y la comparación tecnoeconómica de dos sistemas fotovoltaicos (FV) independientes, cada uno suministrando una carga crítica de 1 kW con un 100% de fiabilidad bajo las condiciones climáticas de El Cairo. Estos sistemas se modelan tanto para los escenarios de carga constante como de carga nocturna, teniendo en cuenta las peores condiciones climáticas que implican 3.5 días consecutivos nublados. La comparación principal se centra en el almacenamiento tradicional de baterías de plomo-ácido frente al almacenamiento de hidrógeno verde a través de electrólisis, compresión y reconversión en pilas de combustible. Ambas configuraciones se simulan utilizando una herramienta basada en Python que calcula el balance energético horario, el dimensionamiento de componentes y el rendimiento económico a lo largo de una vida útil del proyecto de 21 años. Los resultados muestran que el sistema FV/H2 supera significativamente al sistema FV/batería de plomo-ácido tanto en costo como en fiabilidad. Para la carga constante, el Costo Nivelado de Electricidad (LCOE) disminuye de 0.52 USD/kWh a 0.23 USD/kWh (una reducción del 56%), y el período de recuperación se acorta de 16 a 7 años. Para la carga nocturna, el LCOE mejora de 0.67 a 0.36 USD/kWh (una reducción del 46%). También se realizó un análisis de costos suplementario utilizando baterías de iones de litio. Si bien las baterías de iones de litio mejoran la economía en comparación con las de plomo-ácido (LCOE de 0.41 USD/kWh para la carga constante y 0.49 USD/kWh para la carga nocturna), esto representa una reducción del 21% y del 27%, respectivamente. Sin embargo, el sistema de hidrógeno verde sigue siendo la solución de almacenamiento más rentable y escalable para lograr un 100% de fiabilidad en aplicaciones críticas fuera de la red. Estos hallazgos destacan el potencial del hidrógeno verde como una vía de almacenamiento de energía sostenible y económicamente viable, capaz de reducir los costos energéticos mientras asegura una resiliencia a largo plazo.