Hydrogen production through water electrolysis using solar photovoltaic energy

Tendo em vista a Economia do Hidrogênio e sua infinidade de possibilidades, este trabalho estuda a geração de hidrogênio utilizando a energia solar fotovoltaica. Tendo em vista o consumo mundial de energia crescente, novos métodos de produção energética tem que ser levados em consideração, como o fato do hidrogênio ser um vetor energético de baixo impacto ambiental. Por outro lado, as reservas de combustíveis fósseis não serão capazes de satisfazer essa demanda em longo prazo e seu uso contínuo produz efeitos colaterais, como a poluição que ameaça a saúde humana e os gases de efeito estufa associados à mudança climática. No contexto do Brasil, a eletrólise da água combinada com as energias renováveis e células a combustível seriam uma boa base para melhorar o fornecimento de energia distribuída. Propõe-se, no presente trabalho, produzir hidrogênio por energia renovável, especificamente pelo acoplamento direto de um gerador fotovoltaico a um eletrolisador alcalino de água experimental, concebido localmente. Busca-se entender as características inerentes da interação desses dispositivos, encontrar as eficiências de cada etapa do sistema montado, assim como a eficiência global, adquirindo uma noção mais precisa e prática do uso da energia solar fotovoltaica na alimentação de um eletrolisador. Os resultados experimentais evidenciaram que a transferência da energia do gerador fotovoltaico ao eletrolisador depende fortemente das condições instantâneas climáticas e do modo como estes estão conectados. A interdependência entre variáveis foi reproduzida pelas investigações com destaque para: densidade de corrente no eletrolisador, potencial elétrico, irradiância solar, concentração do eletrólito, área do eletrodo e dimensões da célula eletrolítica. A eficiência do eletrolisador alcançada foi de 21%. A eficiência global (irradiância solar - hidrogênio) foi de 2%. O presente estudo dá subsídios para que seja dimensionado o acoplamento do sistema eletrolisador - gerador FV a partir de uma célula eletrolítica buscando-se minimizar perdas.In view of the Hydrogen Economy and its endless possibilities, this work studies the hydrogen production using solar photovoltaic energy. With increasing global energy consumption, new methods of energy production have got to be taken into consideration, as hydrogen that it is an energy carrier with low environmental impact. On the other hand, fossil fuel reserves will not be able to meet this demand in the long term and its continuous use produces side effects such as pollution that threatens human health and greenhouse gases which are associated with climate change. For Brazilian energy context, electrolysis combined with renewable power source and fuel cell power generation would be a good basis to improve the distributed energy supply. It is proposed in this paper, to produce hydrogen by a direct coupling of a PV array with an experimental alkaline electrolyzer designed locally. It seeks to understand the inherent characteristics of the interaction of these energy forms, find the efficiencies of each step of the assembled system, as well as the global efficiency, acquiring a more precise notion and practice of the use of solar photovoltaic coupled with an electrolyzer. The experimental results showed that the transfer of energy from the PV array to the electrolyzer depends heavily on instant climatic conditions and how they are connected. The interdependence between variables was reproduced by the investigations, considering especially: current density, electric potential, solar irradiance, concentration of electrolyte, the electrode area and size of the electrolytic cell. The electrolyzer achieved an efficiency of 21%, approximately one-third of a commercial electrolyser efficiency. The overall efficiency (sol-hydrogen) was 2%. The present study gives subsidies to design an electrolyser PV generator system based on a given electrolytic cell seeking low losses