Design de sistem pentru sere care se bazează pe PV și pompe de căldură terestre

Oamenii de știință de la Universitatea Yașar din Turcia au dezvoltat un concept de design pentru sere, bazându-se pe PV ca sursă de energie electrică pentru iluminatul cu LED-uri și o pompă de căldură folosită pentru încălzire și răcire.

“Am dezvoltat inițial sistemul în 2017 și la momentul respectiv, valoarea timpului de amortizare a sistemului era de 5,7 ani,” a declarat cercetătorul Levent Bilir revistei pv.“Nu sunt sigur dacă timpul de rambursare este mai scurt astăzi decât în ​​2017, deoarece prețurile la energie cresc.”

Sistemul hibrid a fost modelat presupunând o seră de 5 x 30 m cu o suprafață de 150 m2, utilizarea a 66 de panouri solare orientate spre sud cu o putere de 200 W fiecare acoperind 50% din acoperișul serei' și instalarea unei pompe de căldură terestre, care este un fel de pompă de căldură care poate fi folosită atât pentru încălzire, cât și pentru răcire. Locația aleasă este orașul Izmir, în vestul Turciei, unde temperatura de referință este de 25 de grade Celsius, iar radiația solară este de 1.367 W/m2.

Valorile maxime ale eficienței matricei într-un an au fost estimate între 14,17% și 16,14%, unghiul acoperișului fiind de 38,4 grade. Panourile au fost amplasate pe acoperiș prin crearea unui spațiu între rândurile de module pentru a permite radiației solare mai uniforme să ajungă în interiorul serei, care este realizată din rame de aluminiu și geamuri duble cu un strat de aer de 13 mm. Atunci când sistemul fotovoltaic produce mai multă energie decât are nevoie de seră, surplusul este injectat în rețea. De asemenea, atunci când puterea sa nu este suficientă, electricitatea este preluată din rețea.

Echipa de cercetare a evaluat performanța generală a designului de seră propus luând în considerare cultivarea roșiilor, castraveților și salatei verde, care necesită temperaturi interioare diferite de 28, 36 și, respectiv, 24 de grade Celsius. Întrucât sarcinile de răcire ale sistemelor sunt extrem de mari, cultivarea este oprită în iulie și august. Sera este încălzită sau răcită 24 de ore/zi de către pompa de căldură.

Oamenii de știință au calculat sarcina de încălzire, răcire și iluminare, precum și cererea electrică lunară și anuală ținând cont de valorile coeficientului de performanță (COP) la încălzire și răcire. Mai mult, au calculat valorile ratei de acoperire lunare și anuale pentru fiecare cultură și costurile pentru sistemul fotovoltaic și pompa de căldură, precum și costurile pentru asigurare și operare și întreținere.

Analiza lor a arătat că în lunile de funcționare de vară, care sunt mai, iunie și septembrie, sistemul fotovoltaic este capabil să acopere cererea de energie electrică cu un interval de rată de acoperire de 33,2 până la 67,2%, ceea ce explică prin faptul că puterea necesară pentru a face față sarcinii de răcire. căci cultivarea tuturor culturilor este foarte mare.“Cu toate acestea, pentru lunile de funcționare de iarnă, se întâlnesc valori mai mari ale ratei de acoperire,” echipa de cercetare a subliniat.“Rata de acoperire pentru cultura tomatelor variază de la un minim de 67,4% în decembrie până la un maxim de 522,3% în octombrie, în timp ce pentru cultura castraveților se observă o rată minimă de acoperire de 37,6% în decembrie și un procent maxim de acoperire de 185,3% pentru Octombrie.”

O analiză economică a datelor colectate a arătat că timpul de amortizare pentru cultivarea tomatelor este de 7,2 ani, în timp ce cel al castraveților și al salatei verde este de 7,4, respectiv 7,0 ani.“Valoarea timpului de amortizare a gazelor cu efect de seră a sistemului a fost de 5,7 ani și, respectiv, 2,6 ani, pe baza producției de gaze naturale și, respectiv, de energie electrică pe bază de cărbune.”

Privind cu nerăbdare, Bilir a spus că lucrările viitoare ar trebui să includă analize mai detaliate și să ia în considerare stocarea ca o opțiune suplimentară.“Poate că pot fi încorporate diferite tipuri de energie regenerabilă,” a concluzionat el.