Технико-экономическое сравнение производства «зелёного» водорода с использованием стационарных и поворотных фотоэлектрических систем: интегрированный анализ PVsyst–MATLAB

Солнечный свет, превращённый в чистое топливо

Многие страны с обильным солнечным освещением ищут способы преобразовать этот свет в чистое топливо, которое могло бы снабжать энергией заводы, грузовики и даже целые города без выбросов углерода. В этом исследовании рассматривается, как лучше всего использовать солнечные панели для производства зелёного водорода — топлива, получаемого из воды с помощью возобновляемой электроэнергии. Сравнивая два распространённых способа монтажа панелей — один стационарный и один с отслеживанием солнца — авторы показывают, какая конфигурация обеспечивает больше водорода при более низкой стоимости для солнечных регионов вроде Кандагара в Афганистане.

Два способа ловить солнце

В основе работы — параллельное сравнение двух солнечных систем, питающих промышленный прибор, называемый электролизёром, который расщепляет воду на водород и кислород. В одной системе панели зафиксированы под заданным углом наклона. В другой панели движутся на двухосной поворотной конструкции, чтобы в течение дня поворачивать их к солнцу. Обе системы имеют одинаковую номинальную мощность — 10 киловатт — и обе направляют свою электроэнергию непосредственно на установку для производства водорода, которая работает только при достаточно сильном солнечном освещении. Это делает сравнение честным и реалистичным для отдалённых автономных проектов по производству зелёного водорода, не подключённых к сети.

Цифровой двойник солнечно-водородной установки

Чтобы понять показатели подробно, авторы создают цифровой двойник всей цепочки — от солнечного света до водорода. Они используют специализированный инструмент для проектирования солнечных систем, чтобы посчитать, сколько электроэнергии выдаст каждая конфигурация в Кандагаре покадрово за год, учитывая местные уровни инсоляции, температуры и потери в системе. Эти профили мощности затем передаются во вторую модель, созданную в MATLAB, которая переводит энергию в выход водорода и суммирует расходы за срок службы оборудования. Такой комбинированный подход позволяет отследить, как решения в проектировании солнечной части влияют на производство топлива, общую эффективность и затраты на единицу энергии.

Больше движущихся частей — намного больше энергии

Моделирование показывает, что в солнечном климате система со слежением окупается ощутимо. В то время как стационарные панели производят примерно 11 253 киловатт‑часа электроэнергии в год, система с трекерами достигает около 15 300 киловатт‑часов — рост примерно на 36% при той же номинальной мощности. Движущиеся панели собирают полезный солнечный свет дольше в течение дня как зимой, так и летом, поэтому они дольше и более стабильно поддерживают работу электролизёра. В результате годовое производство водорода увеличивается с примерно 240 килограммов при стационарных панелях до около 320 килограммов при использовании трекеров, несмотря на то, что механическая система чуть сложнее и несёт незначительно большие внутренние потери.

Сравнение затрат и углеродного следа

Дополнительная механика делает систему со слежением дороже в строительстве и обслуживании, но дополнительная энергия, которую она даёт, со временем более чем компенсирует эти расходы. Когда все инвестиции, эксплуатационные и замещающие расходы распределены на весь срок службы, стоимость электроэнергии от стационарных панелей составляет примерно 4,8 цента за киловатт‑час, тогда как у трекеров эта цифра падает до примерно 3,6 цента. На стороне топлива стоимость зелёного водорода снижается с примерно $5,82 за килограмм при стационарных панелях до примерно $4,37 за килограмм при использовании трекеров. Поскольку система со слежением генерирует больше чистой электроэнергии, она также предотвращает больше выбросов углерода в год — почти 5 метрических тонн CO2 против около 3,6 тонн для стационарной схемы.

Что это значит для солнечных регионов

Для тех, кто интересуется, как можно «хранить» солнечный свет и перемещать его туда, где он нужен, это исследование даёт чёткое послание. В местах с интенсивными и стабильными солнечными ресурсами использование панелей со слежением для производства водорода из воды может обеспечить больше топлива при более низких долгосрочных затратах и одновременно сократить больше выбросов, чем простые стационарные системы той же площади. Хотя трекеры требуют больших первоначальных вложений и более тщательной проработки, их способность следовать за солнцем позволяет эффективнее использовать каждый квадратный метр земли и каждый вложенный доллар. Для политиков и планировщиков в солнечных развивающихся регионах результаты указывают, что умные подвижные солнечные поля в сочетании с водородными установками могут стать практической опорой будущих чистых энергетических систем.

Цитирование: Irshad, A.S., Hilali, A., Ahmadullah, A.B. et al. Techno-economic benchmarking of green hydrogen production using fixed and tracking PV systems: a PVsyst–MATLAB integrated analysis. Sci Rep 16, 15620 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46077-w

Ключевые слова: зелёный водород, солнечное слежение, фотоэлектрические системы, энергетическая экономика, снижение CO2