توسعه یک ژنراتور هیدروژن هیبریدی (قسمت اول)

توسعه یک ژنراتور هیدروژن هیبریدی (قسمت اول) - ساختمان سبز ایرانیان

ساختمان‌های پایدار
By negareh
نظر (0)

چکیده

توسعه یک ژنراتور هیدروژن هیبریدی جدید ، با استفاده از فرآیند فوتوالکتروشیمیایی و الکترولیز معمولی، ادغام شده در یک سیستم ترکیبی برای ساختمان‌ها، گام بزرگی به جلو در تلاش برای راه‌حل‌های انرژی پایدار در شهرهایی است که به طور خاص طراحی، اجرا و ارزیابی شده است تا در آن ادغام شود. سیستم های اجتماعی پایدار مزیت قابل توجه این مولد هیدروژن توانایی تولید مداوم هیدروژن بدون در نظر گرفتن عدم وجود تابش خورشیدی است . علاوه بر این، هر دو الکترولیز به افزایش مقدار هیدروژن تولید شده کمک می کنند. علاوه بر این، استفاده از الکترولیز PEC برای تولید هیدروژن منجر به کاهش قابل توجهی در نیاز کلی قدرت سیستم می شود. این مطالعه جدید به بررسی یک سیستم قدرت یکپارچه می‌پردازد که برق را از انرژی خورشیدی تولید می‌کند و با مسائل مربوط به تامین آب شیرین، تولید هیدروژن و نیازهای گرمایش/سرمایش مقابله می‌کند. هدف از این تحقیق، ادغام اجزای سیستم پیشرفته، از جمله یک سیستم برج انرژی خورشیدی ، یک چرخه ترکیبی برایتون-رانکین، یک واحد نمک‌زدایی چند اثره (MED)، یک سیستم جدید مولد هیدروژن هیبرید، یک چرخه خنک‌کننده جذبی (ACS) است. و یک ذخیره سازی هیدروژن و ایستگاه سوخت گیری . راندمان انرژی کلی 49٪ تعیین شده است، در حالی که راندمان اگزرژی46.2٪ می شود.

کلمات کلیدی

ساختمان ها

جامعه

انرژی خورشیدی

تولید هیدروژن

الکترولیز

انرژی

اگزرژی

کارایی

نامگذاری

الف

مساحت (متر ^مربع )

$\overset{Unknown node type: font}{Unknown node type: font} {Unknown node type: font}_{Unknown node type: font}$

نرخ تخریب اکسرژی (کیلو وات)

ج _ب

تابش افقی جهانی (W/ ^m2 )

آنتالپی خاص (کیلوژول بر کیلوگرم)

سرعت جریان جرمی (کیلوگرم بر ثانیه)

تعداد کلی هلیواستات ها

فشار (کیلو پاسکال)

نرخ حرارت (کیلووات)

آر

ثابت گاز جهانی (kJ/mol K)

اس

آنتروپی (kJ/K)

نرخ تولید آنتروپی (kW/K)

دما ( ^o C یا K)

توان یا نرخ کار (کیلووات)

غلظت مولی

اشتراک ها

الف

آند

جاذب

کاتد

تخریب

انرژی

ایو

اواپراتور

سابق

اگزرژی

fgi

مرحله قبل

جی

ژنراتور

ژنرال

نسل

HEX

مبدل حرارتی

ساعت

هلیوستات

من

جاری

در

ورودی

خروجی

پمپ

خیابان

برج خورشیدی

سوئی

آب دریا

بخار

تی

توربین

حروف یونانی

بهره وری انرژی

بازده اکسرژی

انتشار

ثابت استفان بولتزمن

کلمات اختصاری

جریان جایگزین

CSP

سیستم های انرژی خورشیدی متمرکز

EES

نرم افزار معادلات مهندسی

EBE

معادله تعادل انرژی

EnBE

معادله تعادل آنتروپی

ExBE

معادله تعادل اکسرژی

GHI

تابش افقی جهانی

HTF

نمک زدایی چند اثره

PEC

فوتوالکتروشیمیایی

فتوولتائیک

سام

مدل مشاور سیستم

SOFC

پیل سوختی اکسید جامد

SRC

چرخه رانکین بخار

SPT

برج برق خورشیدی

TES

ذخیره انرژی حرارتی

1 . مقدمه

توجه جهانی به انرژی‌های پاک و راه‌حل‌های انرژی پاک در سال‌های اخیر به‌دلیل اذعان به پیامدهای زیست‌محیطی مهم مرتبط با منابع انرژی متعارف مشتق‌شده از سوخت‌های فسیلی، به‌شدت افزایش یافته است [1] . افزایش نگرانی ها در مورد تغییرات آب و هوا ، آلودگی هوا، و فرسودگی منابع باعث ایجاد تغییر اساسی در تفکر نسبت به انتخاب های انرژی پایدار و کم کربن شده است [2] . در سال‌های اخیر، به دلیل نگرانی‌های روزافزون در مورد آلودگی محیط زیست و کاهش منابع سوخت فسیلی ، تمرکز فزاینده‌ای بر یافتن منابع انرژی پایدار و پاک شده است [3] . هیدروژن که به دلیل پتانسیل خود به عنوان حامل انرژی پاک مورد ستایش قرار می گیرد، به دلیل محتوای انرژی بالا و انتشار گازهای گلخانه ای کم هنگام احتراق، توجه قابل توجهی را به عنوان جایگزینی برای سوخت های فسیلی سنتی به خود جلب کرده است [4] . یکی از موضوعات تحقیقاتی در حال انجام و حیاتی در فناوری های انرژی های تجدیدپذیر ، اکتشاف روش های سازگار با محیط زیست و کارآمد برای تولید هیدروژن است [5] .

تحقیقات فشرده ای برای کشف تکنیک های جایگزین تولید هیدروژن برای دستیابی به آینده انرژی پایدار و سازگار با محیط زیست در حال انجام است. سیستم های فوتوالکتروشیمیایی (PEC) به عنوان یک جزء کلیدی در این پیگیری ظاهر شده اند [6] . این سیستم‌ها بسیار حیاتی در نظر گرفته می‌شوند، زیرا مستقیم و کارآمد نور خورشید را به انرژی شیمیایی ذخیره‌شده در هیدروژن تبدیل می‌کنند . فناوری PEC بر خلاف روش‌های دیگر، از فوتوالکترودهای مبتنی بر نیمه‌رسانا برای بهینه‌سازی جذب نور در محدوده وسیعی استفاده می‌کند [7] . علیرغم مزایای پایدار و انرژی خورشیدی، سیستم های PEC با موانعی مانند نور متناوب خورشید، راندمان کوانتومی پایین ، فرسودگی مواد و ساخت و ساز پیچیده مواجه می شوند. مطالعات فناوری PEC که در زیر ذکر شده است، نوید آن را به عنوان یک تکنیک تولید هیدروژن پایدار و کارآمد نشان می دهد. سیستم‌های PEC باید در نوآوری مواد، بهبود راندمان کوانتومی، بهینه‌سازی کاتالیزورها، ادغام با روش‌های مرسوم، رسیدگی به مسائل مقیاس‌پذیری و ارزیابی عوامل محیطی و اقتصادی برای عملی شدن و کمک به آینده انرژی پاک‌تر و پایدارتر شرکت کنند.

توجه به این نکته مهم است که سیستم های هیبریدی پتانسیل قابل توجهی برای مشارکت فعال در انتقال انرژی ساختمان ها دارند [8] . ساختمان ها ممکن است به عنوان قطب های انرژی توزیع شده عمل کنند و هیدروژن را به صورت محلی از منابع تجدیدپذیر برای کاهش وابستگی انرژی به شبکه های برق تولید کنند [9] . با ترکیب محلول‌های ذخیره هیدروژن در سازه‌های ساختمان یا استفاده از گرمای اضافی برای گرمایش فضا، سیستم‌ها و ساختمان‌های مولد هیدروژن ممکن است به طور هم‌افزایی کار کنند [10] .

ذکر این نکته حائز اهمیت است که ادغام PEC در ژنراتورهای هیدروژن سنتی نشان دهنده پیشرفتی حیاتی در دستیابی به جایگزین های انرژی پایدار، کارآمد و سازگار با محیط زیست است. این استراتژی ترکیبی مزایای هر دو فناوری را ترکیب می‌کند و بازده تولید هیدروژن را به حداکثر می‌رساند و در عین حال اثرات منفی آن را بر محیط زیست کاهش می‌دهد و پایداری انرژی را بهبود می‌بخشد. با پیشرفت مداوم در تحقیق و توسعه، این سیستم‌ها در موقعیتی قرار می‌گیرند که تأثیر قابل‌توجهی بر تغییر در سراسر جهان به سمت آینده انرژی پایدار داشته باشند. مهمترین بخش سیستم طراحی شده یک راکتور هیدروژنی جدید است و با چرخه های قدرت زیادی یکپارچه شده است. علاوه بر این، مطالعه ادبیات به دو روش انجام می‌شود: الکترولیز PEC و سیستم‌های چند نسلی . افزایش کارایی ژنراتورهای هیدروژن PEC یک تمرکز حیاتی در تحقیق و توسعه است. تاکتیک ها و روش های متعددی برای بهینه سازی کارایی PEC وجود دارد.

رابل و همکاران [11] مطالعه ای را برای ارزیابی اثر روی (روی) بر کارایی واکنش های فوتوکاتالیستی و خواص سیستم های PEC انجام داد. فوتوالکترودها با استفاده از روش سل-ژل برای فعال کردن تولید هیدروژن توسط نور خورشید ساخته شدند. برای تقویت فعالیت فوتوکاتالیستی، نسبت بیشتری از آلومینیوم به عنوان ماده فعال انتخاب شد. افزایش مقدار آلومینیوم منجر به افزایش متناسب در جریان الکترولیت شد. در نتیجه، مشخص شد که فوتوالکترودهای ساخته شده از آلیاژ Al-Zn که دارای غلظت بالایی از آلومینیوم است، راندمان قابل توجهی در تولید جریان نوری بهبود یافته است . به طور خاص، راندمان جریان نوری 6.6 برابر بیشتر از فوتوالکترودهایی بود که صرفاً از اکسید روی (ZnO) به منظور تولید هیدروژن تشکیل شده بودند. بیسموت وانادات (BVO ₄ ) به دلیل رسانایی بالا برای پوشش آندهای نوری استفاده می شود. طیبی و همکاران [12] اتم های Ag را با درصدهای مختلف به شبکه کریستالی نانومواد_{BiVO 4 اضافه کرد}. سطح اکسید قلع دوپ شده با فلوئور (FTO) با استفاده از یک ماده پوششی مقرون‌به‌صرفه و ساده با روش غوطه‌وری از ترکیب‌های مختلف پوشش داده شد. الکترولیز PEC با استفاده از مواد پوشش داده شده و افزایش درصد نقره، کارایی هیدروژن را 5.5 برابر افزایش داد. این تحقیق نشان داد که سلول با استفاده از تابش خورشیدی به مدت 2 ساعت، 5.2 میکرومول در مکعب هیدروژن تولید^کرد . این گجت از الکترود 2% Ag-BVO ₄ استفاده می کرد .

قوتی و همکاران [13] عملکرد فوتوآندی نانوکامپوزیت LieCdS/Ti را بررسی کرد . سه ترکیب با افزودن مواد نانوکامپوزیت و مواد اضافی در نسبت‌های مختلف ایجاد شد و تولید هیدروژن آنها مورد آزمایش قرار گرفت. میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FE-SEM)، تجزیه و تحلیل پراش اشعه ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی عبوری با وضوح بالا (HR-TEM) برای مشخص کردن سطح اکسید قلع (FTO) با فلوئور پوشش داده شده با تیغه استفاده شد. . این تحقیقات خواص پوشش را ارزیابی کردند. در آزمایش‌های تکامل هیدروژن _{، تیوسولفات}سدیم آبی (Na2SO3₎ و سولفیت سدیم (Na2S _{) با}تابش خورشیدی استفاده شد . مطالعات تجربی نشان داد که سلول الکترولیز با بالاترین نسبت لیتیوم 61/38 میلی‌لیتر بر گرم در ساعت H2 تولید_{می‌کند} . قریشی و دینسر [14] یک سلول فوتوالکتروشیمیایی با یک فوتوکاتد از نوع گنبدی و یک آند دیسکی مدور غوطه ور در هیدروکسید پتاسیم در دو محفظه استوانه ای اختراع کردند. راکتور جدید تکامل هیدروژن و راندمان تبدیل خورشید به هیدروژن را افزایش می دهد. عملکرد راکتور با استفاده از مدل‌های انرژی، اگزرژی، الکتروشیمیایی و جریان سیال بررسی می‌شود. گردش جریان پیشنهادی پوشش حباب هیدروژن را کاهش می دهد . این تحقیق بررسی می کند که چگونه مساحت سطح فوتوکاتد روشن، شار تابش خورشیدی و بازده کوانتومی بر سرعت تکامل هیدروژن و بازده خورشید به هیدروژن تأثیر می گذارد. این مطالعه نرخ تولید هیدروژن 42.1 میلی گرم بر ثانیه و بازده سیستم انرژی 4.9 درصد را در تابش خورشیدی 600 وات بر متر^مربع و منطقه روشن 840 سانتی متر ^مربع نشان داد . حداکثر سرعت تکامل هیدروژن، 60.20 میلی گرم در ثانیه، در 1200 سانتی متر ^مربع از ناحیه فوتوکاتد روشن رخ می دهد. بیشترین بازده انرژی راکتور 6.52 درصد در بازده کوانتومی 20 درصد است. این تحقیق نشان داد که بازده انرژی خورشید به هیدروژن و نرخ تولید هیدروژن با ناحیه فوتوکاتد و تابش خورشید افزایش می‌یابد.

گوانوان و همکاران [15] از طریق رسوب الکتروشیمیایی مس (Cu)، ایندیم (In)، و سولفوریزاسیون، لایه‌های نازک سولفید ایندیم مس (CuInS2 ₎روی شیشه مولیبدن ساخته شد. این فیلم ها به عنوان فوتوکاتدهای شکافتن آب عمل می کردند. خواص و رفتار ماده با فرآیند سولفوریزاسیون، که شامل استفاده از تیوره ، گوگرد، و سولفید هیدروژن (H2S₎ و همچنین اصلاح با استفاده از Pt-In _2S3_بود ، تغییر یافت . فرآیند سولفوراسیون، با استفاده از اصلاح H2S و پلاتین-ایندیوم سولفید (Pt-In 2S3 ₎_، نتایج _بسیار مطلوبی را تولید کرد. اینها شامل جریان نوری 18 میلی آمپر سانتی متر مربع ^،بازده ABPE 3 درصد، IPCE 47.2 درصد (بازده تبدیل فوتون به جریان حادثه)، 467 میکرومول گاز هیدروژن (H2 ₎ و 230.1 میکرومول گاز اکسیژن (O2 _{) است}. این ماده دارای ظرفیت شکافتن آب استثنایی است که ممکن است برای تولید سوخت هیدروژنی مفید برای محیط زیست استفاده شود .

تولید هیدروژن فوتوالکتروکاتالیستی و اکسیداسیون آلاینده آلی در فاضلاب میدان نفتی توسط Jaramillo-Gutierrez و همکاران مورد مطالعه قرار گرفت. [16] با استفاده از فتوآندهای مبتنی بر دی اکسید تیتانیوم (TiO2 ₎ در یک راکتور فیلتر پرس پیوسته. پوشش‌های TiO ₂ با پوشش غوطه‌ور ژل روی شبکه‌های منبسط کننده فولاد ضد زنگ AISI/SAE 304 که به عنوان کاتد نیکل شده بودند. اولین تحقیقات از فاضلاب مصنوعی با فنل به عنوان یک آلاینده معرف و شوری قابل مقایسه با فاضلاب میدان نفتی استفاده کردند. تحقیقات میکروالکترولیز محدوده‌های پتانسیل کاتدی و آندی را شناسایی کردند، در حالی که مطالعات ماکرو الکترولیز نسبت‌های سطح کاتد/آند را برای نرخ‌های جریان متفاوت ارزیابی کردند. پس از 2 ساعت، تولید هیدروژن از 5.98 تا 12.36 mol/h در 0.76 L/min و جریان سلولی 32.44 میلی آمپر متغیر بود. بهترین تنظیمات (0.76 لیتر در دقیقه، 32.44 میلی آمپر) 9.11 مول در ساعت هیدروژن از فاضلاب میدان نفتی تولید کرد. سواتی و همکاران [17] آزمایش‌هایی را با استفاده از یک راکتور فیلتر-پرس با الکترودهای مبتنی بر شبکه فولادی ضد زنگ برای تولید هیدروژن فوتوالکتروشیمیایی و اکسیداسیون آلاینده‌های آلی از فاضلاب میدان نفتی تحت شرایط مختلف هیدرودینامیکی انجام داد . تولید هیدروژن و محدوده اکسیداسیون آلاینده آلی با استفاده از فاضلاب مصنوعی تعیین شد. در لامپ 450 وات Xe-Hg، سولفید منگنز (MnS) در 4 میلی لیتر هیدرات هیدرازین (HZH) 223.4 mmol.h ^-1 هیدروژن فوتوکاتالیستی تولید کرد. Ensaldo-Rentería و همکاران. [18] مطالعه ای در مورد استفاده از پیکربندی سه الکترودی برای اکسیداسیون 50 سبز اسیدی با استفاده از الکترودهای Ti/TiO2 -NT انجام _داد. محققان با موفقیت به سطح بالایی از حذف رنگ دست یافتند. نمک زدایی، تمیز کردن و سم زدایی پساب نساجی تصفیه شده بیولوژیکی (BTTWW) برای کشاورزی هیدروپونیک توسط آیدین و همکاران آزمایش شد. [19] با استفاده از یک راکتور منحصر به فرد PECM. تبادل یونی آنیونی (IEX) رنگ‌های باقی‌مانده را حذف کرد و آزمایش Vibrio fischeri، Microtox® کاهش 78.7 تا 14.6 درصدی سمیت را پس از درمان PECM نشان داد. فرآیند نمک‌زدایی فوتوکاتالیستی راکتور منجر به کاهش 52 درصدی COD (نیاز به اکسیژن شیمیایی) و کاهش 63 درصدی در TOC (کربن آلی کل) شد که اثربخشی آن را به عنوان یک روش پایدار و سازگار با محیط زیست برای آبیاری محصولات هیدروپونیک نشان داد. فوتوالکترولیز محلول های آبی با استفاده از الکترودهای نیمه هادی در یک راکتور PEC دارای بازده انرژی عالی، سادگی و مقرون به صرفه بودن بالقوه برای تولید هیدروژن است. کارور و همکاران [20]این مطالعه را با تمرکز بر معماری راکتور PEC و یافته‌های مدل‌سازی اولیه، به‌ویژه بررسی توزیع‌های پتانسیل و چگالی جریان انجام داد. مدل‌سازی مشکل را در مقیاس‌بندی آند 0.1 x 0.1 متر ^{مربع بر روی}لایه‌های شیشه‌ای پوشش‌داده‌شده با اکسید قلع با فلوراید ضعیف رسانا به دلیل کاهش چگالی جریان سریع به سمت مرکز برجسته کرد. کارایی جذب فوتون فوتوالکترود با مدل‌سازی توزیع‌های فضایی غلظت اکسیژن محلول برای بهینه‌سازی شرایط عملیاتی و کاهش تشکیل حباب بهبود یافت . وقوع پیش‌بینی‌شده اشباع اکسیژن در سطح الکترولیت فوتوآند در چگالی جریان کم‌تر از 2×103 ^A /m2 ^{پیش‌بینی} می‌شد .

از سوی دیگر، تحقیقات متعددی در حوزه عمومی با هدف صریح تولید نتایج ارزشمند چندگانه با استفاده از پیکربندی‌های مختلف سیستم‌های چند نسلی منتشر شده است. خانم محمدی و همکاران [21] یک سیستم تولید انرژی جدید را توسعه داد که قادر به تولید خروجی های متعدد است که یکی از آنها یک واحد تولید هیدروژن است. سیستم پیشنهادی توسط یک برج خورشیدی کار می‌کند و از شش زیرسیستم مجزا تشکیل شده است: چرخه فشرده‌سازی مجدد دی‌اکسید کربن فوق بحرانی (sCO2 _{) ، چرخه}تبرید جذب آب آمونیاک ، تولید هیدروژن، تولید بخار، فرآیند خشک‌کردن، و ژنراتور ترموالکتریک. (TEG). این سیستم برای سه مکان خاص مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت: دوحه، ایسپارتا و تهران. سیکل های پیشنهادی برق بیشتری را در مقایسه با سیکل فشرده سازی مجدد استاندارد با مقادیر 64.59 کیلووات، 47.33 کیلووات و 52.25 کیلووات برای دوحه، ایسپارتا و تهران ارائه می کنند. علاوه بر این، ارزیابی ها نشان داد که سیستم پیشنهادی به نرخ بهره وری انرژی 32.29 درصد، 32.28 درصد و 32.29 درصد دست یافته است.

های و همکاران [22] یک نیروگاه تولید برق ساخته و پالایش کرده‌اند که از چرخه بریتون بسته فوق بحرانی (CBC) که توسط میدان هلیواستات خورشیدی هدایت می‌شود، استفاده می‌کند. این گیاه به طور خاص برای ترکیب با الکترولیز و به منظور تولید هیدروژن سبز طراحی شده است . برای افزایش عملکرد CBC، گرمای اتلاف تولید شده با استفاده از یک چرخه رانکین آلی برای تامین توان اضافی و یک چیلر جذبی برای خنک کردن ورودی کمپرسور استفاده می‌شود . چرخه یکپارچه پیشنهادی برای بازیابی گرمای اتلاف از CBC منجر به کاهش قابل توجه 51.0 % در تخریب اکسرژی می شود .

یک سیستم چند نسلی با انرژی تجدیدپذیر توسط Abid و همکاران. [23] ارزیابی های انرژی و اگزرژی را انجام دادند. این سیستم برق، سرمایش و آب گرم خانگی را از یک چرخه گاز، چرخه بخار، چیلر جذبی دو اثره و دو بخاری آب گرم خانگی تامین می کند. طراحی چند نسلی ارائه شده در این تحقیق، بازده انرژی کلی 55.94 درصد را نشان داد که بسیار بیشتر از زیرسیستم های جداگانه است. یک منبع انرژی بدون انتشار، یک چرخه انرژی ترکیبی سه گانه با انرژی خورشیدی، تمرکز مطالعه ترمودینامیکی شوکلا و همکاران [24] بود. سیستم ترکیبی سه چرخه شامل چرخه برایتون است که در بالا قرار دارد و SRC و ORC که در پایین قرار دارند. حداکثر بازده کاری و کل راندمان حرارتی سیکل ترکیبی سه گانه مبتنی بر انرژی خورشیدی به ترتیب 218.98 کیلوژول بر کیلوگرم هوا و 21.89 درصد بود. شریفی سورابی و همکاران. [25] یک سیستم چند نسلی با استفاده از انرژی خورشیدی و زمین گرمایی برای تولید چندین کالا برای سازه‌های مسکونی طراحی کرد. این سیستم 3358 کیلووات آب گرم، 1497.4 کیلووات گرمایش، 927.4 کیلووات سرمایش، 3183 کیلووات برق و 3.547 کیلووات هیدروژن تولید کرد.

همانطور که قبلاً توضیح داده شد، مطالعات مختلفی برای نشان دادن پیاده‌سازی سیستم‌های یکپارچه انجام شده است که می‌توانند خروجی‌های متنوعی را با استفاده از ترکیبی از منابع تجدیدپذیر و غیر قابل تجدید ارائه دهند. این تحقیق بر ایجاد سیستم‌های ترکیبی متمرکز است که مزایای بسیاری از روش‌ها را ترکیب می‌کند. این مقاله ارزیابی یک فناوری نوآورانه، ژنراتور هیدروژن معمولی PEC هیبرید شده جدید را بررسی می کند. یک راکتور هیدروژن هیبرید شده جدید ایجاد شد که ویژگی‌های سودمند PEC و تکنیک‌های الکترولیز معمولی را ادغام کرد و مزایای متمایز ارائه کرد. یک مزیت قابل توجه توانایی تولید مداوم هیدروژن بدون در نظر گرفتن عدم وجود تابش خورشیدی است. علاوه بر این، هر دو الکترولیز به افزایش مقدار هیدروژن تولید شده کمک می کنند. علاوه بر این، استفاده از الکترولیز PEC برای تولید هیدروژن منجر به کاهش قابل توجهی در نیاز کلی به توان سیستم می‌شود. فوتوکاتد تابش خورشید را جذب می کند و منجر به تولید الکترون و حفره می شود. الکترون‌ها و حفره‌ها کاتالیزورهای اولیه برای پیش‌برد فرآیند الکترولیز هستند. یکی دیگر از ویژگی های قابل توجه ادغام دو سلول الکترولیز متمایز در سیستم است که با استفاده از یک الکترود آند مشترک (دو قطبی) انجام می شود. سیستم الکترولیز معمولی هیبرید شده PEC یک پیشرفت تکنولوژیکی پیشرفته برای تولید هیدروژن است. برخلاف روش‌های الکترولیز سنتی، از ترکیبی از انرژی خورشیدی و روش‌های الکترولیز معمولی برای افزایش کارایی، کاهش هزینه‌های انرژی و ارتقای پایداری استفاده می‌کند. سلول های PEC نسبت به بسیاری از شرایط محیطی و تخریب تدریجی اجزا با گذشت زمان حساسیت نشان داده اند. یکی از راه‌حل‌های ممکن برای این مشکل، ترکیب PEC با الکترولیز سنتی است، زیرا این یکپارچگی به سیستم اجازه می‌دهد تا عملکرد ثابت خود را حتی زمانی که جزء PEC با چالش‌هایی مواجه است، حفظ کند. علاوه بر این، استفاده از این سیستم‌های هیبریدی امکان کنترل بهتر بر فرآیند واکنش را فراهم می‌کند و از این رو امکان استفاده کارآمد از منابع انرژی تجدیدپذیر متناوب را فراهم می‌کند.. علاوه بر این، آنها ممکن است از برق اضافی از شبکه در دوره های کم تقاضا برای تولید هیدروژن استفاده کنند. به طور کلی، سیستم هیبریدی یک رویکرد قوی و سازگار برای تولید هیدروژن تجدید پذیر ارائه می دهد، از این رو قابلیت اطمینان و ادغام انرژی خورشیدی در صنعت انرژی را افزایش می دهد. اهداف دقیق این مطالعه، در این زمینه، به شرح زیر برشمرده شده است: (1) توسعه یک سیستم چند نسلی یکپارچه نوآورانه جدید که دارای یک الکترولیز هیبرید شده جدید برای مهار کارآمد انرژی خورشیدی برای تولید برق، هیدروژن، آب شیرین، گرمایش و سرمایش است. (2) انجام مدل‌سازی و تجزیه و تحلیل هر جزء مجزا برای تعیین بازده انرژی و اگزرژی زیرسیستم‌ها و سیستم کلی. (3) انجام تحلیل‌های پارامتریک برای نشان دادن روابط بین بازده و خروجی‌ها با عوامل طراحی و ورودی‌های انرژی تجدیدپذیر. (4) ارزیابی عملکرد کلی سیستم با تجزیه و تحلیل بازده انرژی و اگزرژی.