Technologie czystej energii, takie jak fotowoltaika (PV) i ogniwa paliwowe, są niezbędne dla zrównoważonej przyszłości, ale optymalizacja ich wydajności jest kluczowa. Jednym ze sposobów optymalizacji tych technologii jest zmaksymalizacja ekstrakcji energii poprzez strategię maksymalnego śledzenia punktów mocy (MPPT), która zapewnia, że urządzenia te działają przy ich najwyższej możliwej mocy w pewnym stanie. MPPT jest szeroko stosowany w komórkach PV, aby zmaksymalizować konwersję energii ze światła słonecznego. Jednak jego zastosowanie w ogniwach paliwowych, szczególnie bezpośrednie ogniwa paliwowe (DMFC), jest mniej proste. Poprzez badanie krytycznych wskaźników wydajności, badanie to porównuje skuteczność MPPT w obu technologiach, rzucając światło na ich wydajność operacyjną i wyjątkowe wyzwania.
Naukowcy przeprowadzili krytyczną analizę strategii MPPT w PV i ogniwach paliwowych, wykorzystując kluczowe wskaźniki wydajności do oceny i porównywania tych dwóch technologii energetycznych. Badanie, prowadzone przez dr Zuhair Alyousef z King Fahd University of Petroleum & Minerals oraz profesor Oscar Crisalle z University of Florida, zostało opublikowane w czasopiśmie Energy Reports.
Dr Alyousef i profesor Crisalle przeprowadzili szczegółowe analizy w celu zbadania skuteczności algorytmów MPPT w komórkach PV i DMFC, dobrego reprezentatywnego przedstawiciela rodziny wodorowych ogniw paliwowych. Dążyli do ustalenia porównawczego i kontrastowego badania wydajności tych technologii w warunkach maksymalnego punktu mocy (MPP) dla różnych scenariuszy operacyjnych. Badanie dotyczy zmiennych krytycznych wpływających na energię elektryczną w tych urządzeniach, w tym temperaturę, napromienianie słoneczne (dla komórek PV) i stężenie metanolu (dla DMFC).
Poprzez analizę naukowcy potwierdzili, że komórki PV utrzymują dobrą jakość napięcia w MPP, zachowując większość napięcia obwodu otwartego. I odwrotnie, badanie pokazuje, że wydajność DMFC znacznie się pogarsza w MPP, tracąc znaczną część napięcia otwartego obwodu. Analiza czynnikowa wypełnienia również poparła te wyniki, przy czym komórki PV osiągnęły wysoki współczynnik wypełnienia, podczas gdy DMFC wykazywały znacznie niższe wartości.
„Komórki PV wykazują wysokie napięcia, duże współczynniki wypełnienia i maksymalną wydajność konwersji słonecznej w sile w reżimach MPP”, powiedział dr Alyousef. „Jednak ogniwa paliwowe wykazują różne zachowania, wykazujące znaczące straty napięcia i niższe współczynniki wypełnienia w strefach MPP”.
Badanie wykazało, że temperatura ma głęboki wpływ na wydajność zarówno komórek PV, jak i DMFC. Komórki PV wykazywały lepszą wydajność w niższych temperaturach, podczas gdy DMFC wykazywały lepszą wydajność wraz ze wzrostem temperatury ze względu na zwiększoną kinetykę reakcji. Jednak DMFC stoją przed wyzwaniami, takimi jak powódź katodowa przy wyższych prądach, gdzie większość przestrzeni porów w warstwie dystrybucji cieczy jest zajęta wodą, co prowadzi do degradacji wydajności.
Wromaginiki słoneczne znacząco wpływa na wydajność komórek PV, przy czym wyższe poziomy napromieniowania prowadzi do zwiększonej mocy wyjściowej. W przypadku DMFC stężenie metanolu odgrywa kluczową rolę, a wyższe stężenia powodują wyższe napięcia. Jednak optymalne stężenie musi być starannie zrównoważone, aby zapobiec stratom krzyżowym metanolu.
Wyniki badania podkreślają potrzebę zoptymalizowanych warunków operacyjnych dla obu technologii w celu maksymalizacji ich wydajności. Dr Alyousef i profesor Crisalle przedstawili kilka zaleceń dotyczących dalszego rozwoju i badań MPPT w PV i ogniwach paliwowych, podkreślając znaczenie rozwiązania określonych wyzwań związanych z każdą technologią. Kompleksowa analiza przedstawiona w tym badaniu zapewnia cenny wgląd w skuteczność algorytmów MPPT w różnych technologiach energetycznych i podkreśla wyjątkowe wyzwania i możliwości związane z każdym z nich.
Referencje dziennika
Alyousef, Z. i Crisalle, OD (2023). Krytyczna analiza oceny strategii śledzenia maksymalnego punktu mocy w fotowoltaikach i ogniwach paliwowych za pomocą kluczowych wskaźników wydajności. Raporty energetyczne, 10, 4692-4703. Doi: https://doi.org/10.1016/j.egyr.2023.11.009
