Das deutsche Forscherteam hat ein photovoltaisch-elektrochemisches Gerät für die alkalische Wasserelektrolyse entwickelt, das mit einem Batteriespeicher gekoppelt werden kann. Die vorgeschlagene Systemkonfiguration kann unter anderem die Effizienz der solaren Wasserstofferzeugung verbessern.
Eine aktuelle Studie von Wissenschaftlern des Jülicher Instituts für Energie- und Klimaforschung (IEK-5) schlägt die Integration von Batteriespeichern in Systeme zur Wasserstoffproduktion vor, die eine photovoltaische (PV) mit einer elektrochemische (EC) Zelle kombinieren. Den Forschern zufolge könnte die direkte Integration von Batterien in diese Systeme ohne zusätzliche Leistungsmanagement-Elektronik dazu beitragen, PV-Leistungsschwankungen zu glätten und gleichzeitig die Leistung der EC-Komponenten zu stabilisieren. „Diese Kombination kann als Grundeinheit einer PV-gesteuerten Stromquelle mit Kurzzeit- und Langzeit-Energiespeicherfunktionen betrachtet werden“, so die Forscher.
In der vorgeschlagenen Systemkonfiguration ist die PV-Zelle parallel zu der EC-Einheit und der Batterie geschaltet. Letztere kann den Arbeitspunkt in Richtung einer niedrigeren Arbeitspunktspannung verschieben, was nach Ansicht der Forscher für den Wirkungsgrad der Solar-Wasserstoff-Anlage von großer Bedeutung ist. „Wir können sehen, dass die Batterie die Kopplung in einem ansonsten nicht angepassten PV-EC-System verbessern kann, was ein besonderer Fall der Anpassung von PV an eine Last mit Hilfe einer Batterie ist“, so das Team.
Die Photovoltaik-Einheit des Geräts wurde mit einer Silizium-Dreifach-Solarzelle mit einem Wirkungsgrad von 11,3 Prozent, einer Leerlaufspannung von 2,25 Volt, einem Kurzschlussstrom von 7,4 Milliampere pso Quadratzentimeter und einem Füllfaktor von 67,9 Prozent gebaut. Die elektrochemische Zelle wurde aus Polyetheretherketon hergestellt, gefüllt mit einer Kaliumhydroxidlösung und einem Nickelkatalysatorpaar. Die Lithium-Ionen-Batterie wurde mit einer handelsüblichen Lithium-Ferrophosphat-Kathode, einer Lithium-Titanat-Anode und einem Separator auf Basis einer mit dem handelsüblichen Elektrolyt LP30 getränkten Glasfasermembran aufgebaut. Jede der drei Komponenten ist mit einer Fläche von einem Quadratzentimeter und weniger sehr klein.
Wenn das Sonnenlicht tagsüber auf die Solarzelle trifft, liefert die PV-Einheit eine Spannung von etwa 2,0 Volt über die EC-Zelle und die Batterie, während ein Strom von 3,8 Milliampere durch die EC-Zelle und 0,6 Milliampere durch die Batterie fließt, erklären die Wissenschaftler. Wenn der volle Ladezustand erreicht ist, liegt der Batteriestrom fast 40 Minuten lang bei Null und die EC-Zelle erhält den gesamten Strom von der PV-Zelle. Sobald das Licht ausgeschaltet und die Solarzelle abgeklemmt ist, beginnt die Entladephase.
Quelle: https://www.pv-magazine.de