Agrárparadicsom{0}}termesztése hidrogéntermelés közben az intelligens Windowsokhoz

Az Exeteri Egyetem kutatócsoportja egy moduláris, mezőgazdasági{0}}motoros hidrogéntermelési koncepciót vizsgált háztartások számára. A tetőtéri agrovoltaic egy elektrolizátort hajt meg, amely hidrogént állít elő hidrogénüzemű járművekhez és szigetelt gázokróm intelligens ablakokhoz. Az ablakok olyan hőszigetelő üvegek, amelyek hidrogénnel és oxigénnel való reverzibilis reakciók révén sötétednek vagy kitisztulnak, lehetővé téve a fény és a hő szabályozását.

"Ez a kutatás egy új épületbe{0}}integrált energiakoncepciót mutat be, amely összekapcsolja a mezőgazdasági energiát, a hidrogént, az intelligens homlokzatokat és a mobilitást. Új perspektívát kínál arra vonatkozóan, hogyan válhatnak az épületek aktív, többfunkciós energiaközpontokká, ami egyre fontosabb ötlet a jövő városi energiarendszerei számára" - mondta Aritra Ghosh kutató a pv magazinnak. "Míg a korlátozott tetőterület természetesen korlátozza a teljes hidrogénkibocsátást, a koncepció értéke a rendszerintegrációban és újdonságban rejlik, nem pedig a nagyméretű-termelésben."

A csapat többféle szoftvereszköz segítségével szimulált egy valódi kétemeletes lakóházat{0}} Birminghamben, Angliában. Az épület teljes alapterülete mintegy 142,7 négyzetméter, magassága 4,8 méter, a tetőtér pedig 55 négyzetméter áll a mezőgazdasági berendezések rendelkezésére. 16 ablakot tartalmaz kilenc termikus zónán keresztül. Birminghamben mérsékelt szélsőséges hőmérséklet tapasztalható, a nyári csúcshőmérséklet körülbelül 21 Celsius-fok, a téli minimumok pedig 1 fok körül alakulnak.

A lapos tetőn 12 napelem modult helyeztek el három konfigurációban: függőleges, kupola-20 fokos dőlésszöggel, vagy optimalizált 30 fokos dőlésszög. Mindegyik konfigurációt 600 W-os monofaciális modulokkal vagy 605 W-os bifaciális modulokkal tesztelték. Paradicsomot termesztettek a panelek alatt, napi hat-nyolc órányi közvetlen napfényt, és körülbelül 13 fokos éjszakai hőmérsékletet igényeltek.

A napenergiából származó hidrogén előállításához egy 7 kW-os elektrolizátort használtak, 88%-os hatásfokkal. A hidrogént három felhasználásra modellezték: egy 2017-es Toyota Mirai üzemanyagára, a gázokróm ablakok meghajtására vagy mindkettőre. A vákuum-gazokróm ablakok teljesítményét a kettős-üvegezésű, az elektrokróm és a szabványos gázokróm ablakokkal is összehasonlították.

"Az 55 m2-es tetőfelület felhasználásával a rendszer elegendő hidrogént tudott termelni ahhoz, hogy kielégítse az intelligens üvegezés éves igényét, amely a számítások szerint mindössze 52,56 gramm évente" - mondta Ghosh. "Ezen túlmenően, ha a hidrogénkibocsátást a mobilitás szempontjából értékeljük, ugyanaz a tetőtéri rendszer -, amely 30 fokkal megdöntött bifaciális PV konfigurációt használ, elméletileg akár 64,23 km vezetést is képes megtenni naponta. Ez a becslés egy 2017-es Toyota Mirai teljesítményén alapul, amelynek hidrogéntartálya 5,6 kg."

Az eredmények azt mutatták, hogy a bifaciális rendszer 30-fokos megdöntéssel termelte a legtöbb villamos energiát, évi 7919 kWh-val, míg a monofaciális 30{11}}fokos konfiguráció a legalacsonyabb kiegyenlített villamosenergia-költséget, 0,061 GBP (0,082 USD)/kWh. A paradicsom hozama minden konfigurációban konzisztens volt, 0,31 kg/m2. Az üvegezési lehetőségek közül a vákuum-gazokróm ablakok értek el a legjobb hőteljesítményt, 1,32 W per négyzetméter-kelvin U-értékkel, bár nagyobb, 24,62 mm-es vastagsággal.

"Míg az abszolút hidrogénmennyiség szerény, az eredmények azt mutatják, hogy a kis tetőtéri területek hogyan támogathatnak több épületben{0}}léptékű hidrogénalkalmazást, megerősítve a moduláris, helyszíni PV-hidrogénrendszerekben rejlő lehetőségeket" - mondta Ghosh. „További kutatásunk célja az agrárvoltaik lakásszigetelésre gyakorolt ​​hatása és a megtermelt hidrogén optimális felhasználása otthoni fűtésre.

Az eredményeket az Energy and Buildings folyóiratban tették közzé "Rooftop agrivoltaic powered onsite hidrogéntermelés szigetelt gázokróm intelligens üvegezéshez és hidrogénes járművekhez: A fenntartható lakóépület holisztikus megközelítése" címmel.