Esistono innumerevoli tipologie di impianti per la produzione di energia ma possiamo anteporre una distinzione iniziale in due settori:

- sistemi connessi alla rete elettrica (grid-connected)
- sistemi non connessi alla rete elettrica (off-grid), isolati perchè indipendenti.

Gli impianti grid-connected sono normalmente utilizzati per fornire alla rete elettrica nazionale l'energia da loro prodotta e/o per prelevare energia aggiuntiva dalla rete in caso di bisogno. Risultano quindi ottimi nel caso in cui si voglia fare soprattutto un investimento grazie al facile guadagno garantito dagli incentivi statali esistenti, tra cui in particolare lo "scambio sul posto" e la "cessione in rete".

Gli impianti off-grid, invece, sono in genere usati quando si deve (oppure quando si vuole) essere completamente autonomi dal punto di vista energetico. Il caso tipico è quando si è lontani dalla rete elettrica: si pensi, ad esempio, a utenze poste su isole o in altri luoghi remoti del pianeta.

Quindi, gli impianti grid-connected possono essere associati alla parola "guadagno", gli off-grid alla parola "autonomia".
Si noti che gli impianti off-grid, essendo per definizione non connessi alla rete, sono giocoforza autosufficienti (stand-alone), mentre non è vero il viceversa: cioè un impianto stand-alone può essere benissimo anche grid-connected.

Mentre gli impianti grid-connected tipicamente immettono in rete l'energia prodotta da una sola fonte rinnovabile (ad es., sole, vento, acqua, etc.) - per cui parliamo in questo caso di sistemi monofonte - gli impianti off-grid normalmente utilizzano almeno due fonti di energia, e in tal caso parliamo invece di sistemi ibridi, come riassunto per comodità nel seguente schema:

Schema 1 - Impianti tipici per la produzione di energia e relativa nomenclatura

Gli impianti ibridi, in effetti, sono sistemi avanzati per la produzione di energia che per definizione impiegano due o più fonti, di cui almeno una rinnovabile.

Le potenziali combinazioni ibride comprendono (co-)generatori di elettricità con combustibili immagazzinabili provenienti da fonte rinnovabile o di origine fossile (ad es. celle a combustibile alimentate da idrogeno, generatori diesel alimentati a gasolio, turbine a gas, etc.) i quali affiancano le tecnologie basate su fonti di energia rinnovabile (ad es. eolica, solare, idroelettrica, biomasse, etc.).

Sono esempi di possibili sistemi ibridi: (1) un impianto eolico integrato con un generatore diesel o (2) un campo di pannelli fotovoltaici integrati con celle a combustibile, ma anche soluzioni più complesse, come (3) un impianto fotovoltaico + eolico integrato, per la co-generazione, con celle a combustibile + microturbina a gas. 

Tutti i sistemi autosufficienti (in inglese, stand-alone) che utilizzano fonti rinnovabili sono sistemi ibridi, perché l'energia fornita da tali fonti è intermittente, cioè varia nel tempo (ad es., si pensi alla variabilità del vento o dell'irraggiamento solare). Poiché come abbiamo detto tutti gli impianti off-grid sono necessariamente stand-alone, tutti gli impianti off-grid che usano fonti rinovabili sono sistemi ibridi, ma al solito non è vero il contrario: esistono sistemi ibridi che sono grid-connected.

Negli impianti ibridi, l'integrazione di due o più fonti riduce il rischio di rimanere in certi momenti senza l'energia necessaria, e dunque aumenta l'affidabilità del sistema; inoltre, permette di superare le limitazioni insite in alcuni sistemi monofonte (si pensi, ad es., ai generatori diesel) per quanto riguarda la flessibilità del combustibile, l'efficienza del sistema, le emissioni di CO2 e il budget. I sistemi ibridi, dunque, offrono soluzioni che le singole tecnologie da sole non offrono.

Gli impianti ibridi possono essere progettati privilegiando l'uso di fonti rinnovabili (in particolare dell'eolico, del solare fotovoltaico e del solare termodinamico) nonché dell'idrogeno per immagazzinare l'energia, ottenendo così un sistema il più possibile "pulito" e indipendente dal prezzo del petrolio rispetto alle tradizionali tecnologie basate sui combustibili fossili.

In passato, un impianto ibrido tipico utilizzato, ad esempio, per fornire elettricità in aree remote o rurali, consisteva in una serie di pannelli fotovoltaici, in una batteria e in un generatore diesel, e il sistema veniva ottimizzato in modo da consumare poco gasolio e da usare una batteria piccola. Oggi, invece, l'idrogeno fornisce, grazie al "ciclo dell'idrogeno", un'ottima alternativa alla co-generazione tramite combustibili fossili e alle batterie per l'accumulo di energia da fonti rinnovabili.

In pratica, le componenti principali di un moderno sistema ibrido autosufficiente (stand-alone) per la produzione continua di energia - basato, per la cogenerazione di elettricità, sul ciclo dell'idrogeno - comprendono le seguenti:

Le celle a combustibile sono sistemi elettrochimici capaci di convertire l'energia chimica di un combustibile (in genere, idrogeno) direttamente in energia elettrica, senza l'intervento intermedio di un ciclo termico, ottenendo pertanto rendimenti di conversione più elevati rispetto a quelli ottenibili per via termica (ad es., bruciando gas in una turbina, o idrogeno in un tradizionale motore a scoppio).

Dunque, una cella a combustibile funziona in modo simile a una batteria (ad es. d'auto) o a una pila, in quanto produce energia elettrica attraverso un processo elettrochimico. Tuttavia, a differenza di una batteria, consuma sostanze provenienti dall'esterno ed è quindi in grado di funzionare senza interruzioni finché al sistema viene fornito combustibile (idrogeno) e ossidante (ossigeno o aria).

Rispetto alle batterie, le celle a combustibile hanno tre importanti vantaggi: durano di più, pesano di meno, e non necessitano di lente ricariche, bensì solo di essere ri-alimentate aggiungendovi idrogeno, un'operazione veloce.

        

Le celle a combustibile, grazie alle loro spiccate caratteristiche di modularità, flessibilità, rendimento e compatibilità ambientale, possono trovare proficuamente applicazione sia presso utenti con piccoli impianti di generazione elettrica (da pochi kW fino al MW) che presso grandi utenti (quali industrie, aziende elettriche, etc.) con impianti di taglie più grandi, fino a qualche decina di MW.