Návrh systému pro skleníky spoléhající na fotovoltaické a zemní tepelné čerpadlo
Nov 15, 2021
Vědci z Yaşar University v Turecku vyvinuli designový koncept pro skleníky, které se spoléhají na FV jako zdroj elektřiny pro LED osvětlení a tepelné čerpadlo používané k vytápění a chlazení.
“Původně jsme systém vyvinuli v roce 2017 a v době, kdy byla hodnota doby návratnosti systému 5,7 roku,” řekl výzkumník Levent Bilir magazínu pv.“Nejsem si jistý, zda je dnes doba návratnosti kratší než v roce 2017, protože ceny energií rostou.”
Hybridní systém byl modelován za předpokladu skleníku 5 x 30 m o ploše 150 m2, použití 66 jižně orientovaných solárních panelů o výkonu 200 W každý pokrývající 50 % střechy skleníku' a nasazení tepelného čerpadla země-voda, což je druh tepelného čerpadla, které lze použít pro vytápění i chlazení. Zvolenou lokalitou je město Izmir v západním Turecku, kde je referenční teplota 25 stupňů Celsia a sluneční záření 1 367 W/m2.
Maximální hodnoty účinnosti pole za rok byly odhadnuty mezi 14,17 % a 16,14 %, přičemž úhel střechy byl 38,4 stupňů. Panely byly umístěny na střeše vytvořením mezery mezi řadami modulů, aby se dovnitř skleníku, který je vyroben z hliníkových rámů a oken s dvojitým sklem s 13mm vzduchovou vrstvou, dostalo rovnoměrnější sluneční záření. Když FV systém vyrobí více energie, než skleník potřebuje, přebytek je vstřikován do sítě. Stejně tak, když jeho výkon nestačí, odebírá se elektřina ze sítě.
Výzkumný tým vyhodnotil celkovou výkonnost navrhovaného skleníku s ohledem na pěstování rajčat, okurek a salátu, které vyžadují různé vnitřní teploty 28, 36 a 24 stupňů Celsia. Protože chladicí zátěž systémů je extrémně vysoká, pěstování je v červenci a srpnu zastaveno. Skleník je vytápěn nebo chlazen 24 h/den tepelným čerpadlem.
Vědci vypočítali zatížení vytápěním, chlazením a osvětlením, stejně jako měsíční a roční spotřebu elektřiny, s ohledem na hodnoty koeficientu výkonu (COP) při vytápění a chlazení. Dále spočítali měsíční a roční hodnoty poměru krytí pro každou plodinu a náklady na FV systém a tepelné čerpadlo a také náklady na pojištění a provoz a údržbu.
Jejich analýza ukázala, že během letních provozních měsíců, kterými jsou květen, červen a září, je FV systém schopen pokrýt poptávku po elektřině s rozsahem pokrytí 33,2 až 67,2 %, což vysvětlují skutečností, že výkon potřebný k pokrytí chladicí zátěže pro pěstování všech plodin je velmi vysoká.“V zimních provozních měsících se však vyskytují vyšší hodnoty poměru pokrytí,” zdůraznil výzkumný tým.“Poměr pokrytí pro pěstování rajčat se pohybuje od minima 67,4 % v prosinci do maxima 522,3 % v říjnu, zatímco u pěstování okurek je minimální poměr pokrytí 37,6 % v prosinci a maximální poměr pokrytí 185,3 % je zjištěn pro Říjen.”
Ekonomická analýza shromážděných údajů ukázala, že doba návratnosti pro pěstování rajčat je 7,2 roku, zatímco u okurky a hlávkového salátu je to 7,4 a 7,0 let.“Hodnota doby návratnosti skleníkových plynů systému byla 5,7 roku a 2,6 roku podle výroby elektřiny ze zemního plynu a uhlí.”
Bilir řekl, že budoucí práce by měla zahrnovat podrobnější analýzy a zvážit ukládání jako další možnost.“Možná lze začlenit různé typy obnovitelné energie,” uzavřel.
