Šaltinis: sec.ucf.edu
Saulės energija vandenilio gamybai gali būti naudojama dviem procesais: vandens elektrolizė naudojant saulės energiją ir tiesioginis saulės vandens padalijimas. Svarstant saulės energiją, beveik visi kalba apie PV elektrolizę. Procesas veikia. Iš tikrųjų tai pirmą kartą buvo pademonstruota Floridos saulės energijos centre 1983 m., Finansuojant per NASA Kennedy kosmoso centrą. Nors tai įmanoma technologiškai, ji dar nėra ekonomiškai perspektyvi. Be išlaidų, kyla klausimas, kodėl elektrą, labai efektyvų energijos nešėją, naudoti vandeniliui, dar vienam energijos nešėjui, gaminti, o vėliau vėl paversti elektra naudoti? Kitaip tariant, elektra yra tokia vertinga, kaip elektra, labiausiai pageidaujamas energijos nešėjas, todėl galbūt nenorime jos naudoti niekam kitam. Tai ypač aktualu, jei elektra gaminama iš fotoelektros. PV, kaip energijos šaltinis, atitinka didžiausią šalies oro kondicionavimo sistemos apkrovą' Geriau naudoti PV elektrą kaip elektrą, nes ją naudoti kitaip yra per daug švaistoma.
Kada bus prasminga vandenilį gaminti iš saulės energijos? Atsakymas yra tai, kad vandenilį norėsime gaminti bet kuriuo metu, kai nebus galima naudoti elektros energijos - piko metu atokiose vietovėse ir sezoninių pokyčių metu. Vandenilis, gaunamas iš vėjo, hidroelektrinės, geoterminės ar bet kurios kitos saulės generuojamos elektros energijos, yra vertingas, kai šaltinis neatitinka elektros tinklo apkrovos profilio.
Jei saulės energija per PV-elektrolizės kuro elementą neturi prasmės, ką daryti su PV-elektrolitiniu vandeniliu? Tiesą sakant, daugiausia diskusijų apie PV elektrolizę yra susijusi su vandenilio gamyba, skirta naudoti kaip automobilių degalus. Vėlgi, neatrodo, kad šis scenarijus būtų perspektyvus. Panagrinėkime atvejį, kai vandenilio degalinė per dieną išleidžia 1000 litrų benzino - maždaug pusę šalies vidurkio. Atkreipkite dėmesį, kad viename galone benzino yra beveik tiek pat energijos, kiek viename kilograme (kg) vandenilio. Taigi degalinei per dieną reikės apie 1000 kg vandenilio. Naudojant mažesnę vandenilio kaitinimo vertę, elektros energija, reikalinga vienam kg vandenilio pagaminti, yra 51 kWh (naudojant 65% elektrolizatoriaus efektyvumą). Tai reiškia, kad 1000 kg per dieną vandenilio reikės 51 000 kWh per dieną elektros energijos. PV kiekį, reikalingą 51 000 kWh tiekti, galima apskaičiuoti padalijus kWh iš 5 valandų per dieną. Taigi, norint eksploatuoti 1000 kg per parą vandenilio degalinę, reikės 10 200 kWp arba 10,2 megavatų PV galios. Atkreipkite dėmesį, kad 1 kWp reikia maždaug 10 kvadratinių metrų ploto, kad PV būtų 10% efektyvus.
Antroji kategorija, tiesioginis saulės vandens dalijimasis, reiškia bet kokį procesą, kurio metu saulės energija yra tiesiogiai naudojama vandeniliui iš vandens gaminti neišeinant tarpinio elektrolizės etapo. Pavyzdžiai:
fotoelektrocheminis vandens padalijimas - ši technika naudoja puslaidininkinius elektrodus fotoelektrocheminėse ląstelėse, kad šviesos energija būtų paversta chemine vandenilio energija. Iš esmės yra dviejų tipų fotoelektrocheminės sistemos - viena naudoja puslaidininkius ar dažus, o kita - ištirpusius metalų kompleksus.
fotobiologinis - tai apima vandenilio susidarymą iš biologinių sistemų, naudojant saulės spindulius. Tam tikros dumbliai ir bakterijos gali gaminti vandenilį tinkamomis sąlygomis. Dumbliuose esantys pigmentai sugeria saulės energiją, o ląstelėje esantys fermentai veikia kaip katalizatoriai, suskaidydami vandenį į jo vandenilio ir deguonies komponentus.
aukštos temperatūros termocheminiai ciklai - šie ciklai naudoja saulės šilumą vandeniliui gaminti skaidant vandenį, naudojant termocheminius veiksmus.
biomasės dujinimas - naudojant šilumą biomasė paverčiama sintetinėmis dujomis, kuriose gausu vandenilio.
Fotoelektrocheminiai ir fotobiologiniai procesai yra tie, kurie turi būti sukurti siekiant patenkinti ilgalaikius energijos poreikius. Šiandien' sistemos yra mažiau nei 1 proc. Efektyvios (nuo saulės iki vandenilio), todėl jos turi būti daug efektyvesnės, kad būtų ekonomiškos. Be to, nėra didelės apimties nei vienos, nei kitos technologijos.
Aukštos temperatūros termocheminiai ciklai gali pasiekti puikų efektyvumą (daugiau nei 40 proc.), Tačiau jie turi naudoti koncentruotus saulės imtuvus / reaktorius, galinčius pasiekti aukštesnę nei 800 ºC temperatūrą. Ištirta daugybė termocheminių ciklų. (Žr. Vandenilio gamyba naudojant saulės termocheminius vandens skaidymo ciklus).
Biomasės dujinimas naudoja šilumą, kad biomasė (mediena, žolės ar žemės ūkio atliekos) taptų sintetinėmis dujomis. Dujų sudėtis priklauso nuo žaliavos tipo, deguonies buvimo, reakcijos temperatūros ir kitų parametrų. Biomasės dujofikatoriai buvo sukurti kaip fiksuotojo, skystojo ir vidinio sluoksnio reaktoriai.
