Optimization of hydrogen production with polymer exchange water electrolyzer and photovoltaic system

Abstract

[ES] En este proyecto se va a estudiar la generación de hidrógeno verde a través de energía solar fotovoltaica a nivel teórico y experimental. El hidrógeno es un vector energético que necesita energía para su producción. Esta energía se conseguirá por medio de paneles fotovoltaicos que proporcionarán la energía eléctrica necesaria para la generación de hidrógeno por electrólisis del agua. La disociación del agua en oxígeno e hidrógeno se realizará en un electrolizador PEM, que utiliza una membrana de intercambio de protones. En primer lugar, se estudiará teóricamente la transformación de la energía solar en energía eléctrica en la célula fotovoltaica. Se caracterizará el comportamiento de la célula mediante el análisis de la curva intensidad-tensión, con el fin de entender cómo se consigue maximizar su potencia y rendimiento. El marco teórico se completará con un estudio de la electrólisis del agua. Se analizará el rendimiento del electrolizador en base al volumen de hidrógeno generado, y finalmente se valorará su potencial de aplicación para transporte. El análisis teórico de este proceso de generación de hidrógeno verde se validará de forma experimental. Se realizarán diversas medidas a escala de laboratorio para determinar la eficiencia, tanto del electrolizador como de la placa solar. Se efectuará la electrólisis del agua a distintas tensiones para determinar el volumen de hidrógeno generado en función de la tensión aplicada y así calcular la eficiencia del electrolizador. La eficiencia de la placa se calculará midiendo la tensión e intensidad, para distintas resistencias, obteniendo así el punto de máxima potencia de la placa.

[EN] This project will study the generation of green hydrogen through photovoltaic solar energy at a theoretical and experimental level. Hydrogen is an energy vector that requires energy for its production. This energy will be obtained by means of photovoltaic panels that will provide the necessary electrical energy for the generation of hydrogen by electrolysis of water. The dissociation of water into oxygen and hydrogen will be carried out in a PEM electrolyser, which uses a proton exchange membrane. First, the transformation of solar energy into electrical energy in the photovoltaic cell will be studied theoretically. The behaviour of the cell will be characterised by analysing the intensity-voltage curve in order to understand how to maximise its power and efficiency. The theoretical framework will be completed with a study of water electrolysis. The performance of the electrolyser will be analysed based on the volume of hydrogen generated, and finally, its potential application for transport will be assessed. The theoretical analysis of this green hydrogen generation process will be validated experimentally. Various laboratory-scale measurements will be carried out to determine the efficiency of both the electrolyser and the solar cell. Water electrolysis will be carried out at different voltages to determine the volume of hydrogen generated as a function of the voltage applied and thus calculate the efficiency of the electrolyser. The efficiency of the cell will be calculated by measuring the voltage and current, for different resistances, thus obtaining the maximum power point of the cell.