Development of an operation strategy for hydrogen production using solar PV energy based on fluid dynamic aspects

Alkaline water electrolysis powered by renewable energy sources is one of the most promising strategies for environmentally friendly hydrogen production. However, wind and solar energy sources are highly dependent on weather conditions. As a result, power fluctuations affect the electrolyzer and cause several negative effects. Considering these limiting effects which reduce the water electrolysis efficiency, a novel operation strategy is proposed in this study. It is based on pumping the electrolyte according to the current density supplied by a solar PV module, in order to achieve the suitable fluid dynamics conditions in an electrolysis cell. To this aim, a mathematical model including the influence of electrode-membrane distance, temperature and electrolyte flow rate has been developed and used as optimization tool. The obtained results confirm the convenience of the selected strategy, especially when the electrolyzer is powered by renewable energies.La electrólisis del agua alcalina alimentada por fuentes de energía renovables es una de las estrategias más prometedoras para la producción de hidrógeno respetuosa con el medio ambiente. Sin embargo, las fuentes de energía eólica y solar dependen en gran medida de las condiciones meteorológicas. En consecuencia, las fluctuaciones de energía afectan al electrolizador y provocan varios efectos negativos. Teniendo en cuenta estos efectos limitantes que reducen la eficiencia de la electrólisis del agua, en este estudio se propone una novedosa estrategia de funcionamiento. Se basa en el bombeo del electrolito en función de la densidad de corriente suministrada por un módulo solar fotovoltaico, con el fin de conseguir las condiciones de dinámica de fluidos adecuadas en una célula de electrólisis. Para ello, se ha desarrollado un modelo matemático que incluye la influencia de la distancia electrodo-membrana, la temperatura y el caudal de electrolito y se ha utilizado como herramienta de optimización. Los resultados obtenidos confirman la conveniencia de la estrategia seleccionada, especialmente cuando el electrolizador es alimentado por energías renovables