Una celda de combustible es un dispositivo de electro-químico que produce electricidad sin alguna etapa deconversión de potencia intermedia.

Las ventajas más importantes de las celdas decombustible son baja emisión de gases de invernaderoy densidad de alta potencia.

La eficiencia de una celda de combustible también esmuy alta, en un rango de 40 a 60%. Si el calor generadopor la celda de combustible se utiliza para lacogeneración, la eficiencia general de un sistema deeste tipo podría ser tan alta hasta un 80%.

Todas las celdas de combustible tienen:

• un ánodo (+)

• un cátodo (-)

• un electrolito que separa los dos

Un combustible fluye hacia el ánodo y un oxidante alcátodo, la reacción química resultante produceelectricidad.

Las pilas PEM usan como electrolito un polímerosólido.

Utilizan un catalizador de platino.

Características:Temperatura: 80 ºCEficiencia (%): 32-45Potencia: 5-250 kW

Aplicaciones: Transporte terrestre vehicular (mayor aplicación)Potencia estacionaria residencial y comercial

Ventajas:Rapidez de arranque. Operan a relativamente bajas temperaturas (80ºC).

Desventajas:Extremadamente sensible a la contaminación por CO.

Las pilas PAFC utilizan ácido fosfórico como electrolito.

Requieren un catalizador de platino.

Características:Temperatura: 205 ºCEficiencia (%): 36-45Potencia: 50 kW - 11 MW

Ventajas:Son menos sensibles a la contaminación por CO que las pilas PEM.

Desventajas:Gran peso y tamaño. Son caras (3500-4000 €por kilovatio)

Aplicaciones: Potencia estacionaria (residencia y comercial) combinación de calor y potencia

Las pilas alcalinas utilizan una solución de hidróxido de potasio en agua como electrolito.Como catalizador se pueden emplear diversos metales no preciosos.

Características:Temperatura: 65-220 ºCEficiencia (%): > 50Potencia: 5-150 kW

Ventajas:Alto rendimiento y eficiencia.

Desventajas:Son muy sensibles a la contaminación por CO2. Menor duración debido a su susceptibilidad a esetipo de contaminación.

Aplicaciones: Espacio ( Naves Espaciales)Militares ( Submarinos)

Las pilas de óxido sólido emplean como electrolito un componente de cerámica duro y no poroso .No necesitan catalizador.

Características:Temperatura: 600-1000 ºCEficiencia (%): 43-55Potencia: 100-250 kW

Ventajas:Menor costo (no necesitan catalizador).Alto rendimiento en sistemas de cogeneración (electricidad + calor)Muy resistentes a la corrosión y a la contaminación por CO.

Desventajas:Arranque lento. Las altas temperaturas afectan a la duración de los materiales de la pila.

Aplicaciones: Potencia estacionaria comercial e industrial Transporte terrestres vehicular ( en desarrollo)Transporte terrestre (trenes)

Las pilas de carbonato fundido utilizan un electrolito compuesto de una mezcla de sales de carbonato fundidas dispersas en una matriz cerámica porosa. Como catalizador emplean metales no nobles.

Características:Temperatura: 600-650 ºCEficiencia (%): 43-55Potencia: 100 kW - 2 MW

Ventajas:Resistentes a la contaminación por CO y CO2

No necesitan reformador externo: debido a lasaltas temperaturas los combustibles se convierten en hidrógeno dentro de la propia pila, mediante un proceso de conversión interna.

Desventajas:Arranque lento. Corta duración: Las altas temperaturas y el electro-lito corrosivo deterioran los componentes de la pila.

Aplicaciones: Potencia estacionaria y comercial (combinación de potencia y calor )

Sistema de configuración de celda de combustible conun único inversor

Sistema de configuración de celda de combustible conconvertidores DC-DC y DC-AC en cascada

Sistema de configuración de celda de combustible con convertidores DC-AC y AC-AC en cascada

Las celdas de combustible son similares a los sistemasfotovoltaicos que producen la alimentación de DC.

Un convertidor DC-DC generalmente se coloca entre la celdade combustible y el inversor.

Este tipo de convertidores realiza dos funciones:

1. Actúa como el aislamiento de DC para el inversor2. Produce un voltaje suficiente para el inversor por lo que

puede producir la magnitud de AC que se requiere del voltajede entrada.

Configuración de sistema de celda de combustible con convertidores DC-DC y DC-AC en cascada.

Sistema de configuración de celda de combustible con convertidores DC-AC y AC-AC en cascada

Este sistema posee un inversor DC/AC de alta frecuencia.

Un cicloconvertidor

Esta topología es importante para la conexión

monofásica (solo Fase y Neutro)

Las topologías de electrónica de potencia para sistemas de celdade combustible son variadas y se basan en el número y los tiposde etapas en cascada en los sistemas de conversión.

Dos topologías que pueden emplearse con estas para elsuministro de cargas son:

En cascada DC-DC y convertidores de DC-AC (DC enlace)

En cascada DC-AC y convertidores de AC-AC (enlace de altafrecuencia)

a) Convertidores de DC-DC aislados (un) puente H

b) Serie-resonante puente H

c) Push-pull

Inversores de tres fases

a) Hard-switching

b) Resonant-phase leg

Para sistemas de energía residencial

La ventaja de este diseño, ofrece una eficiencia de conversión debidoal menor número de pasos de conversión.