Diseño Integrado de Plantas para la Producción de Hidrógeno Verde y Generación de Energía en Sistemas Fotovoltaicos: Equilibrando el Dimensionamiento del Electrolizador y el Almacenamiento
Autores: Franco, Alessandro; Carcasci, Carlo; Ademollo, Andrea; Calabrese, Mattia; Giovannini, Caterina
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Diseño Integrado de Plantas para la Producción de Hidrógeno Verde y Generación de Energía en Sistemas Fotovoltaicos: Equilibrando el Dimensionamiento del Electrolizador y el Almacenamiento
Categoría
Energía
Subcategoría
Energías renovables
Palabras clave
Estudio
Sistemas fotovoltaicos-hidrógeno
Capacidad del electrolizador
Almacenamiento de energía
Producción de hidrógeno
Eficiencia operativa
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Este estudio evalúa el rendimiento y la viabilidad de sistemas híbridos de fotovoltaicos-hidrógeno integrados con instalaciones de 4.2 MW de energía solar, centrándose en la interacción entre la capacidad del electrolizador, el almacenamiento de energía y la producción de hidrógeno. Los hallazgos clave revelan que reducir el tamaño de los electrolizadores, como usar una unidad de 1 MW en lugar de un modelo de 2 MW, aumenta la eficiencia operativa al extender el uso de la potencia nominal, aunque reduce la producción total de hidrógeno en aproximadamente un 50%. Mientras tanto, la expansión de los sistemas de almacenamiento de energía muestra rendimientos decrecientes, con una capacidad adicional que ofrece ganancias mínimas en la producción de hidrógeno y genera preocupaciones económicas. El rendimiento del sistema es altamente dependiente del clima, con una producción diaria de hidrógeno que varía de 26 kg en días nublados de invierno a 375 kg durante condiciones soleadas de verano. La exportación de energía excedente a la red alcanza un máximo de 3300 kWh durante períodos de alta generación solar, pero es mínima en otros momentos. Para la viabilidad económica y operativa, el diseño del sistema debe priorizar la dirección de la mayor parte de la energía solar a la producción de hidrógeno mientras se minimiza la exportación a la red, requiriendo una asignación mínima del 50% de la energía solar a la cadena de valor del hidrógeno. El análisis de costos estima un Costo Nivelado de Hidrógeno (LCOH) tan bajo como 6 EUR/kg con una configuración optimizada de un electrolizador de 2 MW y una batería de 2 MWh. Aunque los altos costos de producción desafían la sostenibilidad económica, la optimización cuidadosa de los componentes y políticas de apoyo pueden permitir precios competitivos de hidrógeno y un valor presente neto (VPN) positivo a lo largo de la vida útil del sistema.
Descripción
Este estudio evalúa el rendimiento y la viabilidad de sistemas híbridos de fotovoltaicos-hidrógeno integrados con instalaciones de 4.2 MW de energía solar, centrándose en la interacción entre la capacidad del electrolizador, el almacenamiento de energía y la producción de hidrógeno. Los hallazgos clave revelan que reducir el tamaño de los electrolizadores, como usar una unidad de 1 MW en lugar de un modelo de 2 MW, aumenta la eficiencia operativa al extender el uso de la potencia nominal, aunque reduce la producción total de hidrógeno en aproximadamente un 50%. Mientras tanto, la expansión de los sistemas de almacenamiento de energía muestra rendimientos decrecientes, con una capacidad adicional que ofrece ganancias mínimas en la producción de hidrógeno y genera preocupaciones económicas. El rendimiento del sistema es altamente dependiente del clima, con una producción diaria de hidrógeno que varía de 26 kg en días nublados de invierno a 375 kg durante condiciones soleadas de verano. La exportación de energía excedente a la red alcanza un máximo de 3300 kWh durante períodos de alta generación solar, pero es mínima en otros momentos. Para la viabilidad económica y operativa, el diseño del sistema debe priorizar la dirección de la mayor parte de la energía solar a la producción de hidrógeno mientras se minimiza la exportación a la red, requiriendo una asignación mínima del 50% de la energía solar a la cadena de valor del hidrógeno. El análisis de costos estima un Costo Nivelado de Hidrógeno (LCOH) tan bajo como 6 EUR/kg con una configuración optimizada de un electrolizador de 2 MW y una batería de 2 MWh. Aunque los altos costos de producción desafían la sostenibilidad económica, la optimización cuidadosa de los componentes y políticas de apoyo pueden permitir precios competitivos de hidrógeno y un valor presente neto (VPN) positivo a lo largo de la vida útil del sistema.