Un team di ricercatori cileni ha sviluppato un sistema su scala residenziale per produrre idrogeno verde utilizzando moduli fotovoltaici dismessi.
La soluzione proposta combina pannelli solari a fine vita, che conservano ancora dall’80% al 90% della loro capacità originale, con un elettrolizzatore a membrana a scambio protonico (PEM). A differenza dei sistemi convenzionali, che si basano su componenti elettronici di potenza come inverter o inseguitori del punto di massima potenza, questo approccio utilizza una riconfigurazione interna del modulo fotovoltaico per adattare la sua curva tensione-corrente alle esigenze dell’elettrolizzatore. Ciò elimina la necessità di componenti aggiuntivi e riduce la complessità del sistema, hanno spiegato gli scienziati.
La configurazione del sistema modifica l’architettura elettrica del pannello collegando in parallelo sottoinsiemi di celle, consentendo un accoppiamento più efficiente con l’elettrolizzatore. “Accedendo alle barre collettrici interne per creare sottostringhe parallele personalizzate, questa strategia di adattamento di tensione può essere generalizzata ad altre architetture standard, come i moduli a 60 o 96 celle”, ha affermato il team di ricerca. “Questa flessibilità consente al sistema di superare l’eterogeneità dei pannelli di scarto, permettendo un adattamento di tensione personalizzato e l’isolamento dei guasti localizzati delle celle in diverse tecnologie fotovoltaiche.”
Secondo i ricercatori, il sistema raggiunge una resa energetica annua pari all’88% di quella ottenuta con l’ottimizzazione basata sull’elettronica di potenza, pur mantenendo la semplicità di funzionamento, che rappresenta un vantaggio fondamentale per l’uso residenziale.
I risultati sperimentali, validati in condizioni reali, mostrano una produzione giornaliera di idrogeno di circa 345 litri. Questo valore supera significativamente il fabbisogno di base stimato per usi domestici essenziali come cucinare o riscaldare, che si aggira intorno ai 120 litri al giorno. Il sistema raggiunge un’efficienza di conversione dell’energia solare in idrogeno di circa il 7%, superando il 70% del massimo teorico per configurazioni semplificate.
Dal punto di vista economico, il sistema offre un costo livellato dell’idrogeno (Lcoh) di circa 5,8 $/kg, con una riduzione del 18% rispetto a sistemi di riferimento più complessi. Il vantaggio in termini di costi è dovuto principalmente all’eliminazione dell’elettronica di potenza e al riutilizzo dei moduli fotovoltaici esistenti.
Secondo i ricercatori, questo concetto potrebbe contribuire ad affrontare contemporaneamente due sfide: il crescente volume di rifiuti fotovoltaici e l’elevato costo dell’idrogeno verde. Il riutilizzo dei pannelli ne prolunga la durata e riduce la pressione sulle catene di approvvigionamento delle materie prime.
Tuttavia, gli autori evidenziano alcune limitazioni, tra cui una minore efficienza rispetto ai sistemi con controllo elettronico avanzato e la dipendenza dalla variabilità dell’irradiazione solare. Nonostante ciò, ritengono che la semplicità, il basso costo e la facilità di integrazione del sistema lo rendano un’opzione promettente per applicazioni decentralizzate.
Lo studio, intitolato ” Produzione di idrogeno verde utilizzando pannelli fotovoltaici dismessi per applicazioni domestiche”, è stato pubblicato sulla rivista Energy Conversion and Management .
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