出典：sec.ucf.edu
水素を生成するための太陽エネルギーの使用は、太陽エネルギーを使用した水の電気分解と直接太陽水分解の2つのプロセスで実行できます。 太陽光発電を考えると、ほとんどの人が太陽光発電について話します。 プロセスは機能します。 実際、NASAケネディ宇宙センターからの資金提供を受けて1983年にフロリダソーラーエナジーセンターで最初に実証されました。 技術的には実行可能ですが、まだ経済的に実行可能ではありません。 コストに加えて、なぜ非常に効率的なエネルギー担体である電気を使用して、別のエネルギー担体である水素を生成し、それを再び電気に変換して使用するのかという問題があります。 言い換えれば、電気は私たちの最も望ましいエネルギーキャリアである電気と同じくらい価値があるので、それ以外の目的には使用したくないかもしれません。 これは、電気が太陽光発電から作られている場合に特に当てはまります。 エネルギー源としてのPVは、国の&＃39;のユーティリティの空調ピーク負荷と一致します。 太陽光発電を電気として使用する方がはるかに優れています。それ以外の方法で使用するには無駄が多すぎるからです。
太陽光発電で水素を作るのはいつ意味がありますか？ 答えは、電気が使用できないときはいつでも水素を作りたいということです。遠隔地のオフピークや季節変動のときです。 風力、水力、地熱、またはその他の形態の太陽光発電による水素は、資源が電力網の負荷プロファイルと一致しない場合に価値があります。
PV電解燃料電池を介した太陽光発電が意味をなさない場合、PV電解水素はどうですか？ 実際、PV電解に関する議論のほとんどは、自動車燃料として使用するための水素製造に関するものです。 繰り返しますが、このシナリオは実行可能ではないようです。 水素燃料ステーションが1日あたり1,000ガロンのガソリンを分配している場合を考えてみましょう。これは、全国平均の約半分です。 1ガロンのガソリンには、1キログラム（kg）の水素とほぼ同じ量のエネルギーが含まれていることに注意してください。 したがって、給油所では1日あたり約1,000kgの水素が必要になります。 水素のより低い発熱量を使用すると、1kgの水素を生成するために必要な電気エネルギーは51kWhです（65％の電解槽効率を使用）。 これは、1,000 kg /日の水素が1日あたり51,000kWhの電力を必要とすることを意味します。 51,000 kWhを供給するために必要なPVの量は、kWhを5時間/日で割ることによって見積もることができます。 したがって、1000 kg /日の水素燃料ステーションを運用するには、10,200kWpまたは10.2メガワットのPV電力が必要になります。 1 kWpで、10％の効率のPVには、約10平方メートルの面積が必要であることに注意してください。
2番目のカテゴリである直接太陽水分解は、中間の電気分解ステップを経ることなく、太陽エネルギーを直接使用して水から水素を生成するプロセスを指します。 例は次のとおりです。
光電気化学水分解–この技術は、光電気化学セル内の半導体電極を使用して、光エネルギーを水素の化学エネルギーに変換します。 光電気化学システムには、基本的に2つのタイプがあります。1つは半導体または色素を使用し、もう1つは溶解した金属錯体を使用します。
光生物学的–これらは太陽光を使用して生物学的システムから水素を生成することを含みます。 特定の藻類やバクテリアは、適切な条件下で水素を生成する可能性があります。 藻類の色素は太陽エネルギーを吸収し、細胞内の酵素は水を水素と酸素の成分に分解する触媒として機能します。
高温熱化学サイクル–これらのサイクルは、太陽熱を利用して、熱化学ステップを使用した水分解によって水素を生成します。
バイオマスガス化–これは、熱を使用してバイオマスを水素に富む合成ガスに変換します。
光電気化学的および光生物学的プロセスは、長期的なエネルギー要件を満たすために開発する必要があるプロセスです。 今日&＃39;のシステムは1％未満の効率（太陽から水素）であり、経済的であるためにははるかに高い効率に到達する必要があります。 また、どちらの技術も大規模なインストールはありません。
高温熱化学サイクルは優れた効率（40％以上）を達成できますが、800ºCを超える温度に達することができる集光型ソーラーレシーバー/リアクターを使用する必要があります。研究されている熱化学サイクルは多種多様です。 （太陽熱化学水分解サイクルによる水素の生成を参照）。
バイオマスガス化は、熱を利用してバイオマス（木材、草、または農業廃棄物）を合成ガスに変換します。 ガスの組成は、原料の種類、酸素の存在、反応の温度、およびその他のパラメーターによって異なります。 バイオマスガス化装置は、固定床、流動床、および同伴床反応器として開発されてきました。
