Disseny de sistemes per a hivernacles que depenen de la fotovoltaica i la bomba de calor d'origen terrestre

Científics de la Universitat de Yaşar a Turquia han desenvolupat un concepte de disseny d'hivernacles que depenen de la fotovoltaica com a font d'electricitat per a il·luminació LED i una bomba de calor utilitzada per a la calefacció i la refrigeració.

“Originalment vam desenvolupar el sistema el 2017 i en aquell moment el valor del temps de recuperació del sistema era de 5,7 anys,” va dir l'investigador Levent Bilir a pv magazine.“No estic segur si el temps d'amortització és més curt avui que el 2017, ja que els preus de l'energia estan augmentant.”

El sistema híbrid es va modelar assumint un hivernacle de 5 x 30 m amb una superfície de 150 m2, l'ús de 66 plaques solars orientades al sud amb una potència de 200 W cadascuna cobrint el 50% del sostre de l'hivernacle' i el desplegament d'una bomba de calor de font terrestre, que és una mena de bomba de calor que es pot utilitzar tant per a la calefacció com per a la refrigeració. La ubicació escollida és la ciutat d'Esmirna, a l'oest de Turquia, on la temperatura de referència és de 25 graus centígrads i la radiació solar és de 1.367 W/m2.

Els valors màxims d'eficiència de la matriu en un any es van estimar entre el 14,17% i el 16,14%, amb l'angle del sostre de 38,4 graus. Els panells es van col·locar al terrat creant un buit entre les fileres de mòduls per tal de permetre que una radiació solar més uniforme arribés a l'interior de l'hivernacle, que està fet de marcs d'alumini i finestres de doble vidre amb una capa d'aire de 13 mm. Quan el sistema fotovoltaic produeix més energia de la que necessita l'hivernacle, l'excedent s'injecta a la xarxa. Així mateix, quan la seva sortida no és suficient, es pren l'electricitat de la xarxa.

L'equip d'investigació va avaluar el rendiment global del disseny d'hivernacle proposat tenint en compte el cultiu de tomàquet, cogombre i enciam, que requereixen diferents temperatures interiors de 28, 36 i 24 graus centígrads, respectivament. Com que les càrregues de refrigeració dels sistemes són extremadament elevades, el conreu s'atura al juliol i agost. L'hivernacle s'escalfa o refreda 24 h/dia mitjançant la bomba de calor.

Els científics van calcular la càrrega de calefacció, refrigeració i il·luminació, així com la demanda elèctrica mensual i anual tenint en compte els valors del coeficient de rendiment (COP) en calefacció i refrigeració. A més, van calcular els valors de la ràtio de cobertura mensual i anual per a cada cultiu i els costos del sistema fotovoltaic i de la bomba de calor, així com els costos d'assegurança i operació i manteniment.

La seva anàlisi va mostrar que durant els mesos de funcionament d'estiu, que són maig, juny i setembre, el sistema fotovoltaic és capaç de cobrir la demanda elèctrica amb un rang de ràtio de cobertura del 33,2 al 67,2%, cosa que expliquen amb el fet de la potència necessària per cobrir la càrrega de refrigeració. perquè el cultiu de tots els cultius és molt alt.“Tanmateix, per als mesos d'operació d'hivern, es troben valors de ràtio de cobertura més alts,” va destacar l'equip de recerca.“La ràtio de cobertura per al cultiu de tomàquet oscil·la entre un mínim del 67,4% al desembre i un màxim del 522,3% a l'octubre, mentre que per al cultiu del cogombre s'observa una ràtio de cobertura mínima del 37,6% al desembre i una ràtio de cobertura màxima del 185,3% Octubre.”

Una anàlisi econòmica de les dades recollides va mostrar que el temps d'amortització del cultiu de tomàquet és de 7,2 anys, mentre que els del cogombre i l'enciam són de 7,4 i 7,0 anys, respectivament.“El valor del temps de recuperació dels gasos d'efecte hivernacle del sistema va ser de 5,7 anys i 2,6 anys, segons la generació d'electricitat a base de gas natural i carbó, respectivament.”

De cara al futur, Bilir va dir que el treball futur hauria d'incloure anàlisis més detallades i considerar l'emmagatzematge com una opció addicional.“Potser es poden incorporar diferents tipus d'energies renovables,” va concloure.