Modelling year-long operation of a PV-based district with H2 storage

During the past few years, interest in Building-Integrated PV (BIPV) technology has increased in Europe, as they can produce clean energy and replace conventional building envelope materials. In light of the fact energy storage is an essential component in renewable-based energy systems, this thesis investigates the adoption of a hybrid hydrogen storage system BIPV technology for an urban district project named "Vitality District" located in Vienna (Austria). The analysis looks both the the BIPV design for improved exploitation of the solar source and at the use of hydrogen via electrolysis for peak clipping and storage. The district is able to provide about 925.5 kWh of electricity generated from rooftops and facades , which corresponds to supply about 32% of the electrical load (excluding heating and cooling). 24% of the total production to be stored in the form of hydrogen fuel which will be utilized by fuel cells. This work compares different optimization strategies aiming to find the optimum capacities for the hydrogen storage system components from the technical as well as the economic point of view under some specific constraints directing the system to depend mainly on the generated electricity and decrease the dependency on grid supply.

Negli ultimi anni, si e sviluppato l’interesse per la tecnologia BIPV (Build-Integrated PV) in Europa, poiché queste producono energia pulita e sostituiscono i tradizionali impianti materiali edilizi. Alla luce del fatto che lo stoccaggio in energia rinnovabile è un componente essenziale, questa tesi fornisce una valutazione preliminare di uno stoccaggio ibrido di idrogeno con tecnologia BIPV per un progetto situato a Vienna ancora in fase di progettazione iniziale sotto il nome di "Vitality District". Questa tesi studia la tecnologia BIPV progettata per lo sfruttamento della sorgente energetica solare e l’uso dell’idrogeno tramite elettrolisi per tagliare e conservare i picchi. Il distretto è in grado di fornire circa 925.5 kWh di elettricità generata dai tetti e facciate, che corrispondono a un carico di circa 32% del carico elettrico (escludendo riscaldamento e raffreddamento). Il 24% della produzione totale è conservata sotto forma di idrogeno che sarà utilizzato dalle celle a combustibile. Questo lavoro confronta diverse strategie di ottimizzazione per trovare le capacità ottimali dei componenti del sistema di stoccaggio dell’idrogeno, sia dal punto di vista tecnico sia dal punto di vista economico, sotto vincoli specifici che indirizzano il sistema a dipendere principalmente dall’elettricità generata e diminuire così la dipendenza dalla rete.