Energia słoneczna z paneli fotowoltaicznych może zostać wykorzystana do produkcji wodoru. W tym przypadku łączymy system fotowoltaiczny z elektrolizą wody, dzięki której powstaje gazowy wodór, pozwalając w ten sposób magazynować energię elektryczną w formie gazowej (podobnie jak magazynowanie energii w bateriach akumulatorów).
Magazynowanie energii jest jednym z największych wyzwań związanych z wykorzystaniem energii odnawialnej, w związku z ograniczeniami związanymi z powtarzalnością produkcji energii ze słońca lub z wiatru. Ponieważ energia słoneczna nie zawsze jest dostępna (np. w nocy lub przy złej pogodzie), dlatego wodór może stanowić nośnik magazynujący tę energię (spalając wodór możemy wytworzyć energię elektryczną w dowolnym momencie, kiedy ją potrzebujemy). Dodatkowo podczas spalania lub przy zastosowaniu wodoru w ogniwach paliwowych, produktem ubocznym jest wyłącznie woda (nie są emitowane do atmosfery gazy cieplarniane).
Reakcja elektrolizy wody zachodzi w naczyniu wypełnionym elektrolitami przewodzącymi (solami, kwasami, zasadami) i zawierającymi dwie elektrody zasilane prądem stałym, w szczególności:
KATODA
ANODA
Elektrony uwalniane są na anodzie i następnie ponownie absorbowane przez katodę co daje wynikową reakcja chemiczną:
Dostępne na rynku technologie elektrolizy pozwalają na wyprodukowanie 1 kg wodoru przy zużyciu ok. 40 – 55 kWh energii elektrycznej. Do produkcji wodoru wykorzystywana jest woda dejonizowana, czyli woda, z której usunięto obce jony w wyniku wielokrotnej destylacji.
Z kolei podczas spalania 1 kg wodoru zostanie uwolnione ok. 39 kWh energii elektrycznej. Tak więc aktualnie osiągane sprawności konwersji energii są na poziomie co najmniej 70 % (wybrani producenci elektrolizerów podają sprawności na poziomie przekraczających nawet 90 %).
Przy czym energia którą uzyskujemy podczas spalania wodoru to nie tylko energia elektryczna. Część tej energii przybiera formę energii cieplnej (świetnie się nadaje do stosowania w okresie zimowym, kiedy potrzebujemy zarówno energii elektrycznej jak i cieplnej).
Ponadto udoskonalone technologie elektrolizy H2, wykorzystujące elektrolizery PEM (membrana do wymiany protonów), oferują większą wydajność i lepiej nadają się do pracy przerywanej ze źródłami energii odnawialnej (fotowoltaika oraz wiatr).
Jednym z minusów stosowania wodoru jest konieczność jego przechowywania pod wysokimi ciśnieniami. W temperaturze pokojowej wodór ma postać gazową, a w ciecz przechodzi dopiero w temperaturze -252 °C. Dlatego gęstość energii w temperaturze pokojowej jest bardzo niska i wynosi ok. 3,5 kWh/m3. Jest to główny powód dlaczego współczesne systemy wodorowe wymagają sprężenia wodoru do 400 lub nawet 700 barów, co z kolei kosztuje energię (energia magazynowania może osiągnąć nawet 15 % i wynika z konieczności stosowania wysokowydajnych pomp oraz specjalnych zbiorników).
Wodór może znaleźć zastosowanie w różnych sektorach, m.in. w transporcie, przemyśle czy ciepłownictwie. Dodatkowo biorąc pod uwagę fakt, że wodór można przechowywać i transportować w istniejących sieciach gazowych, to przejście na gospodarkę wodorową nie wymaga dużych inwestycji w nową infrastrukturę transportową.
Można przypuszczać, że w przyszłości fotowoltaiczna technologia wodorowa będzie odgrywać kluczową rolę w zrównoważonych dostawach energii elektrycznej i cieplnej. Już dzisiaj można spotkać na rynku małe elektrolizery, które służą do uzdatniania wody pitnej (wodorowania wody pitnej). Każdy prosument może posiadać instalację do wytwarzania wodoru, która może być przeznaczona zarówno do ładowania samochodów na wodór, jak również do ogrzewania domu (jako zamiennik gazu ziemnego, przeznaczonego do celów grzewczych) i oczywiście do wytwarzania energii elektrycznej.
