Pestovanie agro{0}}PV paradajok pri výrobe vodíka pre inteligentné okná

Výskumná skupina na Univerzite v Exeteri skúmala modulárny, agrovoltaický-koncept výroby vodíka pre domácnosti. Strešná agrovoltaika poháňa elektrolyzér, ktorý vyrába vodík pre vodíkové vozidlá a pre izolované plynochromatické inteligentné okná. Okná sú formou tepelne izolačného skla, ktoré stmavne alebo vyčíre prostredníctvom reverzibilných reakcií s vodíkom a kyslíkom, čo umožňuje kontrolu svetla a tepla.

„Tento výskum predstavuje nový -integrovaný energetický koncept budov, ktorý spája agrovoltaiku, vodík, inteligentné fasády a mobilitu. Ponúka nový pohľad na to, ako by sa budovy mohli stať aktívnymi, multifunkčnými energetickými centrami, čo je nápad s rastúcim významom pre budúce mestské energetické systémy,“ povedala pre magazín pv výskumníčka Aritra Ghosh. „Zatiaľ čo obmedzená plocha strechy prirodzene obmedzuje celkovú produkciu vodíka, hodnota tohto konceptu spočíva skôr v jeho systémovej integrácii a novosti než vo veľkom-výrobe.“

Pomocou viacerých softvérových nástrojov tím simuloval skutočný dvoj{0}}poschodový obytný dom v Birminghame v Anglicku. Budova má celkovú podlahovú plochu asi 142,7 metrov štvorcových, výšku 4,8 metra a 55 metrov štvorcových strešnej plochy, ktorá je k dispozícii pre agrovoltaiku. Zahŕňa 16 okien v deviatich tepelných zónach. Birmingham zažíva mierne teplotné extrémy, s maximálnymi letnými teplotami okolo 21 stupňov Celzia a zimnými minimami okolo 1 stupňa.

Na plochú strechu bolo nainštalovaných 12 solárnych modulov v troch konfiguráciách: vertikálne, kupolovité{1}}v tvare s 20-stupňovým sklonom alebo optimalizované 30-stupňové naklonenie. Každá konfigurácia bola testovaná buď s 600 W monofaciálnymi modulmi alebo 605 W bifaciálnymi modulmi. Paradajky sa pestovali pod panelmi, čo si vyžadovalo šesť až osem hodín priameho slnečného žiarenia denne a nočné teploty okolo 13 stupňov.

Na výrobu vodíka zo solárneho výkonu bol použitý 7 kW elektrolyzér s účinnosťou 88 %. Vodík bol modelovaný pre tri použitia: poháňanie Toyoty Mirai z roku 2017, poháňanie plynochromatických okien alebo oboje. Výkon vákuových plynochromatických okien sa porovnával aj s alternatívami s dvojitým-zasklením, elektrochromickými a štandardnými plynochromatickými oknami.

„Pomocou strešnej plochy s rozlohou 55 m2 bol systém schopný produkovať dostatok vodíka na pokrytie ročného dopytu po inteligentnom zasklení, ktorý bol vypočítaný len na 52,56 gramov ročne,“ povedal Ghosh. "Okrem toho, keď sa výstup vodíka posudzuje z hľadiska mobility, rovnaký strešný systém - využívajúci bifaciálnu fotovoltaickú konfiguráciu naklonenú o 30 stupňov – by teoreticky mohol zvládnuť až 64,23 km jazdy za deň. Tento odhad je založený na výkone Toyoty Mirai z roku 2017, ktorá má kapacitu vodíkovej nádrže 5,6 kg."

Výsledky ukázali, že bifaciálny systém pri 30- naklonení generoval najviac elektriny, 7 919 kWh ročne, zatiaľ čo monofaciálna 30{11}} konfigurácia priniesla najnižšie vyrovnané náklady na elektrinu 0,061 GBP (0,082 USD)/kWh. Výťažky paradajok boli konzistentné naprieč konfiguráciami pri 0,31 kg na meter štvorcový. Spomedzi možností zasklenia dosiahli vákuové plynochromatické okná najlepší tepelný výkon s hodnotou U 1,32 W na štvorcový meter-kelvin, aj keď pri väčšej hrúbke 24,62 mm.

„Aj keď sú absolútne objemy vodíka skromné, výsledky ukazujú, ako môžu malé strešné plochy podporovať viaceré aplikácie vodíka v stavebnom{0}rozsahu, čím sa posilní potenciál modulárnych PV-vodíkových systémov na mieste,“ povedal Ghosh. „Vplyv agrovoltaiky na zatepľovanie domov a optimálne využitie vyrobeného vodíka na vykurovanie domácností bude cieľom nášho ďalšieho výskumu.

Výsledky boli publikované v časopise Energy and Buildings pod názvom „Rooftop agrivoltaic powered by onsite hydrogen production for isolated gasochromic inteligentné zasklenie a vodíkové vozidlá: holistický prístup k udržateľnej obytnej budove“.