نمذجة نظام هجين باستخدام الطاقة الشمسية الكهروضوئية وخلية وقود الهيدروجين

نوع المستند : Original Article

المؤلفون

1 مدرس - كلية زراعة سابا باشا - جامعة الإسكندرية. - مصر.

2 أستاذ - قسم هندسة زراعية - كلية الزراعة - جامعة الإسكندرية ، مصر.

3 باحث - معهد بحوث الهندسة الزراعية – مركز البحوث الزراعية – وزارة الزراعة - مصر.

المستخلص

يهدف هذا البحث إلى. التحقق من. آداء النموذج الرياضي. الخاص ببرنامج الكمبيوتر. المسمى بـPV-FC SYSTEM. وهو برنامج كمبيوتر قادر على التنبؤ بأداء منظومة من الطاقة الهجينة لنظام الطاقة المتجددة من الطاقة الشمسية المستخدمة نهارا وطاقة خلايا الوقود الهيدروجينية المستخدمة ليلا. وهذا البرنامج تم تنفيذه في بحث سابق تمت الاشارة اليه فى هذا البحث. وبتطبيق طرق التحقق من النموذج الرياضي المصمم للتنبؤ بأداء النظام الهجين المكون من ثلاث مراحل أساسية وهي مرحلة إنتاج الطاقة من الخلايا الشمسية ومرحلة إنتاج الهيدروجين باستخدام الخلايا الشمسية ومرحلة إنتاج الطاقة من خلايا وقود الهيدروجين، وجد أن هذا النموذج يفوق في التنبؤ بالأداء الفعلي لنظام الألواح الشمسية، حيث يتنبأ النموذج بقيم أكبر من القيم الفعلية بمتوسط ​​7.71% ومتوسط ​​النسبة بين النتائج الفعلية والمتوقعة 92.29%، كما نجح النموذج الرياضي في التنبؤ بقيم رياضية أكبر من القيم الفعلية لخلايا الوقود بمتوسط ​​17.07%، وبذلك أصبح متوسط ​​النسبة بين النتائج الفعلية والنتائج المتوقعة 82.93%، ومن هذا يوجد اتفاق عالٍ بين نتائج النموذج الرياضي والنتائج التجريبية، حيث نجح النموذج الرياضي التطبيقي في وصف أداء مراحل نظام الطاقة الهجين، حيث يمكنه التنبؤ بإنتاج الطاقة من الخلايا الشمسية وخلايا الوقود وإنتاج الهيدروجين. ويمكن مستقبلا استخدام هذا النموذج الرياضي بشكل أكثر تفصيلا في وصف وحدات النظام وزيادة عدد البيانات الداخلة الي النموذج الرياضي والحصول على إنتاج أكثر وأعلي دقة. 

الكلمات الرئيسية

الموضوعات الرئيسية


Altintas, A. (2011). A GUI-based education toolbox for power electronics converters using MATLAB/Simulink and SimPowerSystems. International Journal of Electrical Engineering Education, 48(1), 53-65.
Altork, L. N. (2010). Hydrogen fuel cells: part of the solution. Technology and Engineering Teacher, 70(2), 22.
El-Sayed, M. A., & El-Shimy, M. (2023). A novel hybrid system utilizing photovoltaic solar energy and hydrogen fuel cells. Journal of Renewable Energy Research, 11(2), 456-468.
Eissa ,A.E. (2024). Development of Hybrid Solar / fuel Cell Renewable Energy System for Desert Area in Egypt (PhD thesis) .Alexandria University, Alexandria, Egypt.
Carmo, J. P., Antunes, J., Silva, M. F., Ribeiro, J. F., Goncalves, L. M., & Correia, J. H. (2011). Characterization of thermoelectric generators by measuring the load-dependence behavior. Measurement, 44(10), 2194-2199.
Coelho, J. S. T., Pérez-Sánchez, M., Coronado-Hernández, O. E., Sánchez-Romero, F.-J., McNabola, A., & Ramos, H. M. (2024). Hybrid Renewable Systems for Small Energy Communities: What Is the Best Solution? Applied Sciences, 14(21), 10052. https://doi.org/10.3390/app142110052
Farah, S., & Andresen, G. B. (2023). Investment-Based Optimization of Energy Storage Design Parameters in a Grid-Connected Hybrid Renewable Energy System. arXiv:2309.02406. https://arxiv.org/abs/2309.02406
Frey, H.C., & Patil, S.R. (2002). Identification and review of sensitivity analysis methods. Risk Analysis, 22(3), 553-578.
Kassem, A. S., Eissa, A. E., Zeineldin, A. M., Hemeda, S. G., & Omara, A. I. (2024). A NEW HYBRID SYSTEM WITH A SOLAR PV AND A HYDROGEN FUEL CELL. Misr Journal of Agricultural Engineering, 41(4), 341-358.‏
Koundi, M., & EL FADIL, H. (2019). Mathematical modeling of PEM electrolyzer and design of a voltage controller by the SMPWM approach. 2019 international conference on power generation systems and renewable energy technologies (PGSRET),
Li, X. (2006). Principles of fuel cells. CRC Press.
Lu, J., & Li, X. (2023). Power and Hydrogen Hybrid Transmission for Renewable Energy Systems: An Integrated Expansion Planning Strategy. arXiv:2312.10823.
Manu, P., Kishan, T. N., Jayaraj, S., & Ramaraju, A. (2021). On-board generation of HHO gas with dry cell electrolyser and its applications: a review. International Journal of Energy Technology and Policy, 17(1), 12-37.
O'Hayre, R., Cha, S. W., Colella, W., & Prinz, F. B. (2016). Fuel cell fundamentals. John Wiley & Sons.
Omran, A., Lucchesi, A., Smith, D., Alaswad, A., Amiri, A., Wilberforce, T., Sodré, J. R., & Olabi, A. G. (2021). Mathematical model of a proton-exchange membrane (PEM) fuel cell. International Journal of Thermofluids, 11, 100110. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.ijft.2021.100110
Petrov, O., Slabkyi, A., Vishtak, I., & Kozlov, L. (2020). Mathematical modeling of the operating process in LS hydraulic drive using MatLab GUI tools. In Design, Simulation, Manufacturing: The Innovation Exchange (pp. 52-62). Springer.
Reuters. (2025). Global energy transition investment exceeded $2 trillion last year, report shows. Retrieved from https://www.reuters.com/business/energy/global-energy-transition-investment-exceeded-2-trln-last-year-report-shows-2025-01-30.
Saltelli, A., Ratto, M., Andres, T., Campolongo, F., Cariboni, J., Gatelli, D., Saisana, M., & Tarantola, S. (2008). Global sensitivity analysis: The primer. John Wiley & Sons.
Smith, J. D., & Brown, L. K. (2022). Modeling and simulation of hybrid renewable energy systems: A case study of PV and hydrogen fuel cells. International Journal of Hydrogen Energy, 47(15), 10234-10245.
United Nations. (2021). Affordable and Clean Energy: Progress and Challenges. Retrieved from https://www.un.org/en/global-issues/affordable-and-clean-energy.
United Nations.(2025) Retrieved from https://www.un.org/ar/climatechange/raising-ambition/renewable-energy.
Zhang, R., Lee, M., & Huang, L. (2023). Grid parity analysis of photovoltaic systems considering feed-in tariff and renewable energy certificate schemes in Hong Kong. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 181, 113326.