研究人员已经建立了一个千瓦级的试点工厂，可以利用太阳能生产绿色氢气和热能。太阳能制氢厂是迄今为止建造的最大的工厂，在8小时内生产约半公斤氢气，相当于2千瓦多一点的等效输出功率。

洛桑瑞士联邦理工学院可再生能源科学与工程教授Sophia Haussener表示：“我们已经突破了太阳能氢气生产的1千瓦上限，使用半公斤氢气，你可以驾驶汽车行驶约160公里。或者你可以将其用于燃料电池发电，满足一个四人家庭每天约一半的电力需求。”

当今世界主要用于生产化肥和其他化学品或炼油的氢气中，约95%是由天然气裂解而成的，天然气在裂解过程中会产生二氧化碳。但氢气作为飞机和船舶、家庭供暖和发电的燃料也有着巨大的前景。

然而，要成为一种可持续燃料，氢气需要使用可再生能源或核能来制造，排放量最少。这种绿色氢的想法现在正在世界范围内加速发展。例如，它是澳大利亚经济脱碳计划的核心。

制造氢气最可持续的方法之一是利用太阳能将水分解成氢气和氧气。这可以使用结合了光伏设备和电解槽设备的光电化学 (PEC) 系统来完成。光伏装置吸收阳光并发电，驱动水的电解分解。“您不必为两个独立的系统设计和支付费用，”Haussener说。“这是一个单一的集成系统，因此最终具有成本优势。”

PEC系统在实验室规模上显示出巨大的前景。迄今为止，研究人员已经展示了输出功率低于100瓦的小型装置。Haussener说，扩展到更大的系统并不容易，因为它涉及平衡效率、稳定性和运营成本，以及最大化生产率。

为了实现这种平衡，她和同事将太阳辐射聚焦到一个点上，他们在该点上放置了一个使用镜面反射器的太阳能电池模块。他们使用串联多结 III-V 族半导体太阳能电池，这种电池在将太阳光转化为电能方面非常有效，但在大面积设备中使用却非常昂贵。

对于他们在《自然能源》杂志上报道的大千瓦级系统，研究人员建造了一个7米宽的抛物面太阳能电池板，上面覆盖着反射镜，可以将太阳辐射集中到太阳正常输出的1000倍左右。这个盘子在6到8个小时的时间里跟踪太阳。

太阳能电池模块产生的电力驱动聚合物电解质膜电解槽，这是一种使用固体塑料材料作为电解质的电解槽。这些设备可以在非常高的电流密度下运行，当与风能和太阳能结合使用时，与其他电解槽相比具有优势，因为风能和太阳能会产生突然的功率峰值。

并非所有落在太阳能电池上的集中太阳能都转化为电能。其中一些转化为余热，团队使用热交换器提取余热。Haussener说，这些热量可用于建筑物中的空间供暖或热水，或用于为工业过程提供燃料。

该团队花了大约两年时间在洛桑瑞士联邦理工学院校园内构建该系统，并克服了多项设计和运营挑战。例如，一项关键挑战是仔细管理通过系统的水流，以最大限度地利用热量并提高效率。

目前，他们生产的氢气被输送到燃料电池中，为附近的建筑物发电。通过一家名为SoHHytec的初创公司，研究团队现在正在扩大他们的制氢和制热技术以将其商业化。

Haussener 说，SoHHytec正在构建一个带有更大的 9 毫米宽太阳能电池板的系统。可以将多个电池板捆绑在一起，以根据客户的需要制作一个合适的系统。它的第一个示范项目计划于今年年底投入运营，将面向一家使用氢和热进行金属加工的金属加工公司。