Gojenje paradi-PV paradižnikov ob proizvodnji vodika za pametna okna

Raziskovalna skupina na Univerzi v Exeterju je raziskala modularni, agrivoltaični{0}}koncept proizvodnje vodika za gospodinjstva. Strešna agrovoltaika poganja elektrolizer, ki proizvaja vodik za vozila na vodik in za izolirana plinskokromna pametna okna. Okna so oblika toplotno izolacijskega stekla, ki potemni ali zbistri z reverzibilnimi reakcijami z vodikom in kisikom, kar omogoča nadzor svetlobe in toplote.

»Ta raziskava predstavlja nov stavbni{0}}integrirani energetski koncept, ki povezuje agrovoltaiko, vodik, pametne fasade in mobilnost. Ponuja nov pogled na to, kako bi lahko zgradbe postale aktivna, večnamenska energetska vozlišča, ideja, ki je vse pomembnejša za prihodnje urbane energetske sisteme,« je za revijo pv povedala raziskovalka Aritra Ghosh. "Medtem ko omejena strešna površina naravno omejuje skupno proizvodnjo vodika, je vrednost koncepta v njegovi sistemski integraciji in novosti, ne pa v -veliki proizvodnji."

Z uporabo več programskih orodij je ekipa simulirala pravo-nadstropno stanovanjsko hišo v Birminghamu v Angliji. Objekt ima skupno površino okoli 142,7 kvadratnih metrov, višino 4,8 metra in 55 kvadratnih metrov strešnih površin, ki so na voljo za agrovoltaiko. Vključuje 16 oken v devetih termalnih conah. Birmingham doživlja zmerne ekstremne temperature, z najvišjimi poletnimi temperaturami približno 21 stopinj Celzija in zimskimi najnižjimi temperaturami blizu 1 stopinje.

Na ravni strehi je bilo nameščenih 12 solarnih modulov v treh konfiguracijah: navpični, kupolasti-oblikovani z 20-stopinjskim nagibom ali optimiziranim 30-stopinjskim nagibom. Vsaka konfiguracija je bila testirana s 600 W enofaznimi moduli ali 605 W bifacialnimi moduli. Pod ploščami so gojili paradižnike, ki so potrebovali šest do osem ur neposredne sončne svetlobe na dan in nočne temperature približno 13 stopinj.

Za proizvodnjo vodika iz sončne energije je bil uporabljen elektrolizer moči 7 kW z izkoristkom 88%. Vodik je bil zasnovan za tri namene: oskrba z gorivom Toyote Mirai iz leta 2017, napajanje plinskokromnih stekel ali oboje. Učinkovitost vakuumskih plinskokromnih oken so primerjali tudi z dvojno-zasteklitvijo, elektrokromnimi in standardnimi plinskokromnimi alternativami.

"S strešno površino 55 m2 je sistem lahko proizvedel dovolj vodika, da je zadostil letni porabi pametne zasteklitve, ki je bila izračunana na samo 52,56 gramov na leto," je dejal Ghosh. "Poleg tega, ko je proizvodnja vodika ocenjena z vidika mobilnosti, bi lahko isti sistem na strehi - z uporabo dvostranske PV konfiguracije, nagnjene za 30 stopinj – teoretično podpiral do 64,23 km vožnje na dan. Ta ocena temelji na zmogljivosti Toyote Mirai iz leta 2017, ki ima prostornino rezervoarja za vodik 5,6 kg."

Rezultati so pokazali, da je dvofazni sistem pri 30-stopinjskem nagibu proizvedel največ električne energije, in sicer 7.919 kWh letno, medtem ko je monofacialna 30-stopinjska konfiguracija zagotovila najnižji izravnani strošek električne energije pri 0,061 GBP (0,082 USD)/kWh. Pridelek paradižnika je bil v vseh konfiguracijah enak pri 0,31 kg na kvadratni meter. Med možnostmi zasteklitve so vakuumska plinskokromna okna dosegla najboljšo toplotno učinkovitost z U-vrednostjo 1,32 W na kvadratni meter-kelvin, čeprav pri večji debelini 24,62 mm.

"Medtem ko so absolutne količine vodika skromne, rezultati kažejo, kako lahko majhne površine na strehah podpirajo več aplikacij vodika-v obsegu stavb, kar krepi potencial modularnih PV-vodikovih sistemov," je dejal Ghosh. »Vpliv agrovoltaike na izolacijo doma in optimalna uporaba proizvedenega vodika za ogrevanje doma bosta cilj naših nadaljnjih raziskav.

Rezultati so bili objavljeni v reviji Energy and Buildings pod naslovom "Rooftop agrivoltaic powered onsite hydrogen production for insulated gasochromic smart glazing and hydrogen vehicles: A holistic approach to sustainable residential building."