利用减损技术改善基于PV的制氢

澳大利亚国立大学(ANU)的研究人员已经量化了基于PV的太阳能制氢系统的损失，并提出了一系列减损技术来提高太阳能到氢(STH)的转换效率。

在《高级能源与可持续性研究》发表的《量化和比较基本损耗机理以使太阳能到氢的转化效率达到20%以上的研究中，使用钙钛矿-硅串联吸收器》中，科学家们确定了STH效率是需要改进的关键因素降低光伏发电氢气的总体成本。他们指出：“美国能源部设定了到2020年STH效率达到20%的目标，最终目标为25%，以确保用于大规模制氢的基于PV的太阳能制氢的经济可行性。”效率水平为10%至15%。

根据澳大利亚研究小组的研究，通过使用钙钛矿-硅串联光伏组件，已经达到了大约18%的更高的STH效率。“然而，尽管取得了良好的进展，但仍需要进一步的进步，以使低成本材料的STH效率达到20%以上，”它进一步解释道。

ANU研究人员继续说，了解影响STH转化的不同损失机制仍然是有问题的，并且目前正在使用的减少损失技术增加了基于PV的氢气生产的成本和复杂性。

科学家确定的两个最重要的损失与光伏装置中的热损失以及光伏装置与水分解反应之间的电流和电压匹配要求有关。为了缓解第一个问题，他们提出了一种热集成技术，以提高电解质温度并改善水分解的反应动力学，而第二个问题则建议利用电源管理单元将PV单元与反应脱钩。

开发了理想系统的温度相关模型，以评估损失的程度以及所提出的缓解技术的效果。根据他们的测量，标准系统在没有任何损失减轻的情况下，显示出17.5%的STH效率。但是，随着温度的升高，效率下降到10.9%，只有通过应用热集成技术，学者们才能将其提高到13.4%。

通过电源管理单元，他们还可以在不进行任何热集成的情况下将其进一步提高到室温下的20.3%和高温下的17.9%。该研究小组解释说：“将两种不同的损耗机制技术结合在一起，可以最大程度地提高效率，在343 K的实际工作温度下，热集成解耦系统的STH效率为19.4%。”

实验证实，使用这两种技术会增加基于PV的制氢的复杂性和成本。研究人员总结说：“由于新兴技术的成本估算困难且缺乏通用性，因此我们避免了此处考虑的系统的详细技术经济比较。”“但是，了解用于商业系统的不同减损技术的经济性很重要。”