Forscher des belgischen Instituts Imec haben eine Wasserelektrolyse mit Anionenaustauschmembranen (AEM) zur Wasserstofferzeugung entwickelt. Sie erklärten, dass ihr Ansatz mit der solaren Erzeugung in einer Photovoltaik-Elektrolyseur-Konfiguration (PV-EC) kombiniert werden kann.
„Die Neuheit unseres Ansatzes besteht darin, dass wir großflächige, geschindelte Silizium-Photovoltaik in Standardgröße verwenden, um über 1,23 Volt für die Wasserspaltung in Kombination mit kostengünstiger Anionenaustausch-Wasserelektrolyse bereitzustellen, die die höheren Betriebsstromdichten der Polymerelektrolytmembran (PEM) mit kostengünstigen Materialien aus der alkalischen Elektrolyse kombiniert“, erklärte Forscherin Nina Plankensteiner auf Anfrage von pv magazine.
Die Wissenschaftler präsentierten ihre Ergebnisse in „Photovoltaic-Electrolyzer System Operated at >50 mA cm-2 by Combining Large-Area Shingled Silicon Photovoltaic Module with High Surface Area Nickel Electrodes for Low-Cost Green H2 Generation„, das kürzlich in „RRL Solar“ veröffentlicht wurde. Sie erklärten, dass PV-ECs unter allen Elektrolyseur-Technologien den höchsten technologischen Bereitschaftsgrad und die höchsten Wirkungsgrade bei der Umwandlung von Sonnenenergie in Wasserstoff bieten.
„In PV-EC-Systemen sind in Reihe geschaltete Silizium-Solarzellen, die eine Spannung von mehr als 1,23 Volt für die Wasserspaltung liefern, die Photovoltaik-Technologie der Wahl, die kommerziell kostengünstigen Strom mit stabilen Wirkungsgraden von 20 bis 25 Prozent bei 30 bis 40 Milliampere pro Quadratzentimeter liefert“, so der Forscher Joachim John. „Im nächsten Jahrzehnt könnten Silizium-Tandem-Konfigurationen mit Perowskit-Top-Zellen eine zusätzliche Rolle spielen, mit Umwandlungswirkungsgraden von nahezu 30 Prozent. Sie beschrieben das vorgeschlagene System als eine „kommerziell relevante Konfiguration“.
„Die serienmäßige Verschindelung von Silizium-Solarzellen ist ein besonders attraktiver Ansatz für Anwendungen der solaren Wasserspaltung, da eine ausreichend hohe Spannung pro Standard-Zellenfläche erreicht werden kann“, so die Forscher über die geschindelten Solarmodule.
Bei den Modulen handelt es sich um busbar-freie Strukturen, bei denen nur ein kleiner Teil der Zellen nicht dem Sonnenlicht ausgesetzt ist. Die Zellen werden zu einem geschindelten Strang hoher Dichte verklebt, und die so entstandenen Streifen werden durch einen leitfähigen Klebstoff verbunden. Die reduzierte Anzahl von Stromschienen verringert die Abschattungsverluste.
Der von den Wissenschaftlern entwickelte einzellige Elektrolyseur im Labormaßstab verfügt über zwei 4 Mikrometer dünne Nickel-Nanomesh-Elektroden mit großer Oberfläche. Außerdem verfügt er über sechs Silizium-Heteroübergangszellen mit Schindeln von 38,5 Quadratzentimetern, die aus 15,6 mal 15,6 Quadratzentimeter großen Standardzellen geschnitten wurden.
„Die Zellen wurden in Reihe geschaltet und überspannen einen variablen Leerlaufspannungsbereich von 0,7 bis 4,3 Volt, je nach Anzahl der angeschlossenen Zellen“, erklärten die Wissenschaftler. Sie wiesen darauf hin, dass die Zellen einen durchschnittlichen Wirkungsgrad von rund 20 Prozent und einen Füllfaktor von etwa 80 Prozent erreichen. „Die Strom-Spannungs-Kennlinien des Elektrolyseurs zeigten, dass 1,8 bis 2,2 Volt erforderlich sind, um eine Stromdichte zwischen 20 und 100 Milliampere pro Quadratzentimeter zu erreichen. Dieser Mindestspannungsbedarf kann durch die Reihenschaltung von drei oder vier Siliziumzellen erreicht werden.“
Bei Tests unter Standardbeleuchtungsbedingungen konnte das PV-EC-System Berichten zufolge etwa 20 Stunden lang Wasserstoff erzeugen und erreichte einen Wirkungsgrad von 10 Prozent bei einer Stromdichte von etwa 60 Milliampere pro Quadratzentimeter, die das Team als die höchste in der Literatur für PV-EC-Systeme angegebene Stromdichte bezeichnet.
Der Solar-Wasserstoff-Wirkungsgrad wurde durch In-situ-Überwachung der wichtigsten Systemparameter wie Betriebsstrom, Spannung und Wasserstoffgasfluss ermittelt. Die Forscher erklärten, dass die genaue Bestimmung dieser Kennzahl wichtig ist, um PV-EC-Systeme miteinander zu vergleichen. Sie wiesen darauf hin, dass längere Stabilitätsmessungen bei ausreichend hohen Stromdichten durchgeführt werden sollten, um das System zu belasten.
Die Forscher führten auch eine Reihe von dynamischen Leistungstests mit allmählichen und abrupten Änderungen der Leistungsaufnahme über ein halbes Jahr Sonneneinstrahlung durch. Sie behaupten, dass die Tests gezeigt haben, dass Änderungen der Zellspannung vernachlässigbar sind und einen sehr geringen Einfluss auf den Betrieb der PV-EC und die Wasserstoffproduktion haben.
„Die nächsten Schritte auf dem Weg zur Kommerzialisierung des vorgestellten PV-EC-Systems sind langfristige Stabilitätstests im Freien zusammen mit längeren dynamischen Lastmessprotokollen“, schlussfolgerten sie.
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Warum machen wir in Europa nicht das was wir von anderen Länder einführen das könnte man alles selber machen Unabhängig von 3D. Ländern nicht den Lobbyisten und Kurupte Politiker die Taschen voll machen das würde alles gehen Mal Auf Mittelständler hören nicht immer auf die Großen wo viele Manager sich die Taschen voll machen und die faulen Harz 4 Empfänger nicht in den Arsch. ……..2 Jahre und dann Schluss Arbeiten oder ver………..n.und viele andere Dinge müssten noch gemacht werden .
V or allen Dingen die Polizei müßte vom Staat besser geschützt werden usw Bitte Drüber Nachdenken wir können vieles Verändern es ist nie zu Spät