Pěstování Agri-PV rajčat při výrobě vodíku pro chytrá okna

Výzkumná skupina na Univerzitě v Exeteru zkoumala modulární koncepci výroby vodíku-poháněnou agrovoltaikou pro domácnosti. Střešní agrovoltaika pohání elektrolyzér, který vyrábí vodík pro vodíková vozidla a pro izolovaná plynochromatická chytrá okna. Okna jsou formou tepelně izolačního skla, které tmavne nebo čiří prostřednictvím vratných reakcí s vodíkem a kyslíkem, což umožňuje kontrolu světla a tepla.

„Tento výzkum představuje nový-integrovaný energetický koncept budov, který propojuje agrovoltaiku, vodík, chytré fasády a mobilitu. Nabízí nový pohled na to, jak by se budovy mohly stát aktivními, multifunkčními energetickými centry, což je nápad s rostoucím významem pro budoucí městské energetické systémy,“ uvedla výzkumnice Aritra Ghosh pro magazín pv. "Zatímco omezená plocha střechy přirozeně omezuje celkový výkon vodíku, hodnota konceptu spočívá v jeho systémové integraci a novosti, spíše než ve velké-výrobě."

Pomocí několika softwarových nástrojů tým simuloval skutečný dvou{0}}patrový obytný dům v Birminghamu v Anglii. Budova má celkovou podlahovou plochu asi 142,7 metrů čtverečních, výšku 4,8 metrů a 55 metrů čtverečních střešní plochy k dispozici pro agrovoltaiku. Zahrnuje 16 oken v devíti tepelných zónách. Birmingham zažívá mírné teplotní extrémy, s nejvyššími letními teplotami kolem 21 stupňů Celsia a zimními minimy blízko 1 stupně.

Na plochou střechu bylo instalováno 12 solárních modulů ve třech konfiguracích: vertikální, kupolovité-ve tvaru s 20stupňovým sklonem nebo optimalizované 30stupňové naklonění. Každá konfigurace byla testována buď s 600W monofaciálními moduly nebo 605W bifaciálními moduly. Rajčata se pěstovala pod panely, což vyžadovalo šest až osm hodin přímého slunečního světla denně a noční teploty kolem 13 stupňů.

Pro výrobu vodíku ze solárního výkonu byl použit elektrolyzér o výkonu 7 kW s účinností 88 %. Vodík byl modelován pro tři použití: pohon Toyoty Mirai z roku 2017, pohon plynochromatických oken nebo obojí. Výkon vakuových plynochromatických oken byl také porovnán s alternativami s dvojitým-sklem, elektrochromickými a standardními plynochromatickými.

„S použitím střešní plochy o rozloze 55 m2 byl systém schopen vyrobit dostatek vodíku, aby pokryl roční poptávku po inteligentním zasklení, která byla vypočtena na pouhých 52,56 gramů za rok,“ řekl Ghosh. "Navíc, když se výstup vodíku posuzuje z hlediska mobility, stejný střešní systém - využívající bifaciální fotovoltaickou konfiguraci nakloněnou o 30 stupňů – by teoreticky mohl unést až 64,23 km jízdy za den. Tento odhad je založen na výkonu Toyoty Mirai z roku 2017, která má kapacitu vodíkové nádrže 5,6 kg."

Výsledky ukázaly, že bifaciální systém při 30- náklonu vyráběl nejvíce elektřiny, 7 919 kWh ročně, zatímco monofaciální 30{11}} konfigurace přinesl nejnižší vyrovnané náklady na elektřinu ve výši 0,061 GBP (0,082 $)/kWh. Výtěžky rajčat byly konzistentní napříč konfiguracemi na 0,31 kg na metr čtvereční. Mezi možnostmi zasklení dosáhla vakuově plynochromatická okna nejlepšího tepelného výkonu s hodnotou U 1,32 W na čtvereční metr-kelvin, i když při větší tloušťce 24,62 mm.

„Ačkoli jsou absolutní objemy vodíku skromné, výsledky demonstrují, jak mohou malé střešní plochy podporovat různé aplikace vodíku v{0}}měřítku budov, čímž se posiluje potenciál modulárních fotovoltaických-vodíkových systémů na místě,“ řekl Ghosh. „Vliv agrovoltaiky na zateplení domů a optimální využití vyrobeného vodíku pro vytápění domů bude cílem našeho dalšího výzkumu.

Výsledky byly publikovány v časopise Energy and Buildings pod názvem „Rooftop agrivoltaic powered by onsite hydrogen production for isolated gasochromic smart zasklení a vodíková vozidla: Holistický přístup k udržitelné rezidenční budově“.