Cultiu de tomàquets Agri-PV mentre es produeix hidrogen per a finestres intel·ligents

Un grup d'investigació de la Universitat d'Exeter va investigar un concepte de producció d'hidrogen{0}}modular i agrivoltaica per a les llars. Els agrovoltaics de les cobertes alimenten un electròlitzador que produeix hidrogen per a vehicles d'hidrogen i per a finestres intel·ligents gasocròmiques aïllades. Les finestres són una forma de vidre aïllant tèrmicament que s'enfosqueix o es neteja mitjançant reaccions reversibles amb hidrogen i oxigen, permetent el control de la llum i la calor.

"Aquesta investigació presenta un nou concepte d'energia{0}}integrada d'edificis, que vincula l'agrovoltaica, l'hidrogen, les façanes intel·ligents i la mobilitat. Ofereix una nova perspectiva sobre com els edificis podrien convertir-se en centres energètics actius i multifuncionals, una idea amb una rellevància creixent per als futurs sistemes energètics urbans", va dir la investigadora Aritra Ghosh a pv magazine. "Si bé l'àrea limitada del sostre restringeix naturalment la producció total d'hidrogen, el valor del concepte rau en la seva integració i novetat del sistema, més que en la producció a gran-escala".

Utilitzant diverses eines de programari, l'equip va simular una casa residencial de dos-pisos real a Birmingham, Anglaterra. L'edifici té una superfície total d'uns 142,7 metres quadrats, una alçada de 4,8 metres, i 55 metres quadrats de terrassa disponible per a agrovoltaics. Inclou 16 finestres distribuïdes en nou zones tèrmiques. Birmingham experimenta temperatures extremes moderades, amb temperatures màximes d'estiu d'uns 21 graus centígrads i mínimes a l'hivern prop d'1 grau.

Al terrat pla, s'han instal·lat 12 mòduls solars en tres configuracions: vertical, en forma de cúpula-a una inclinació de 20 graus o una inclinació optimitzada de 30 graus. Cada configuració es va provar amb mòduls monofacials de 600 W o amb mòduls bifacials de 605 W. Els tomàquets es cultivaven sota els panells, requerint de sis a vuit hores de llum solar directa al dia i temperatures nocturnes d'uns 13 graus.

Es va utilitzar un electrolitzador de 7 kW amb una eficiència del 88% per produir hidrogen a partir de la sortida solar. L'hidrogen es va modelar per a tres usos: alimentar un Toyota Mirai del 2017, alimentar les finestres gasocromiques o ambdues. El rendiment de les finestres gasocròmiques al buit també es va comparar amb les alternatives de doble-vidres, electrocròmiques i gasocròmiques estàndard.

"Utilitzant una àrea de terrat de 55 m2, el sistema va poder produir prou hidrogen per satisfer la demanda anual del vidre intel·ligent, que es va calcular en només 52,56 grams per any", va dir Ghosh. "A més, quan s'avalua la producció d'hidrogen en termes de mobilitat, el mateix sistema del terrat - que utilitza una configuració fotovoltaica bifacial inclinada a 30 graus, teòricament podria suportar fins a 64,23 km de conducció al dia. Aquesta estimació es basa en el rendiment d'un Toyota Mirai del 2017, que té una capacitat de dipòsit d'hidrogen de 6 kg".

Els resultats van mostrar que el sistema bifacial amb una inclinació de 30 -graus va generar més electricitat, amb 7.919 kWh anuals, mentre que la configuració monofacial de 30 -graus va oferir el cost més baix de l'electricitat a 0,061 GBP (0,082 $)/kWh. Els rendiments de tomàquet van ser consistents en totes les configuracions a 0,31 kg per metre quadrat. Entre les opcions de vidre, les finestres gasocròmiques al buit van aconseguir el millor rendiment tèrmic, amb un valor U d'1,32 W per metre quadrat-kelvin, encara que amb un gruix més gran de 24,62 mm.

"Tot i que els volums absoluts d'hidrogen són modests, els resultats demostren com les petites àrees de terrat poden suportar múltiples aplicacions d'hidrogen a escala d'edificis-, reforçant el potencial dels sistemes d'hidrogen fotovoltaic- modulars in situ", va dir Ghosh. "L'impacte de l'agrovoltaica en l'aïllament de la llar i l'ús òptim de l'hidrogen produït per a la calefacció de la llar serà l'objectiu de la nostra investigació posterior.

Els resultats es van publicar a Energy and Buildings sota el títol "Producció d'hidrogen in situ alimentada per agrovoltaics al terrat per a vidres intel·ligents gasocròmics aïllats i vehicles d'hidrogen: un enfocament holístic de l'edifici residencial sostenible".