Проектування системи для теплиць, що спираються на фотоелектричні та наземні теплові насоси

Вчені з Університету Яшара в Туреччині розробили концепцію дизайну теплиць, що спираються на фотоелементи як джерело електроенергії для світлодіодного освітлення та тепловий насос, який використовується для опалення та охолодження.

“Спочатку ми розробили систему в 2017 році, і на той момент термін окупності системи становив 5,7 року,” Про це виданню pv magazine розповів дослідник Левент Білір.“Я не впевнений, чи сьогодні термін окупності менший, ніж у 2017 році, оскільки ціни на енергоносії зростають.”

Гібридна система була змодельована, припускаючи теплицю розміром 5 х 30 м з поверхнею 150 м2, використання 66 сонячних панелей, орієнтованих на південь з потужністю 200 Вт кожна, що покриває 50% даху теплиці' і розгортання наземного теплового насоса, який є свого роду тепловим насосом, який можна використовувати як для опалення, так і для охолодження. Вибране місце розташування – місто Ізмір на заході Туреччини, де еталонна температура становить 25 градусів Цельсія, а сонячна радіація становить 1367 Вт/м2.

Максимальні значення ефективності масиву за рік оцінювали від 14,17% до 16,14%, при цьому кут нахилу даху становив 38,4 градуса. Панелі були розміщені на даху шляхом створення зазору між рядами модулів, щоб більш рівномірне сонячне випромінювання надходило всередину теплиці, виготовленої з алюмінієвих рам і подвійних вікон з повітряним шаром 13 мм. Коли фотоелектрична система виробляє більше енергії, ніж потрібно теплиці, надлишок впорскується в мережу. Так само, коли його виходу недостатньо, електроенергія відбирається з мережі.

Дослідницька група оцінила загальну продуктивність запропонованої конструкції теплиці, враховуючи вирощування помідорів, огірків та салату, для яких потрібні різні температури в приміщенні 28, 36 та 24 градуси за Цельсієм відповідно. Оскільки навантаження на охолодження систем надзвичайно високі, вирощування припиняють у липні та серпні. Теплиця обігрівається або охолоджується 24 години на добу за допомогою теплового насоса.

Вчені розрахували навантаження на опалення, охолодження та освітлення, а також місячну та річну потребу в електроенергії, беручи до уваги значення коефіцієнта продуктивності (COP) при опаленні та охолодженні. Крім того, вони розрахували місячні та річні значення коефіцієнта покриття для кожної культури та витрати на фотоелектричну систему та тепловий насос, а також витрати на страхування, експлуатацію та технічне обслуговування.

Їхній аналіз показав, що протягом літніх місяців експлуатації, а саме травень, червень та вересень, фотоелектрична система здатна покрити потребу в електроенергії з діапазоном коефіцієнта покриття від 33,2 до 67,2%, що вони пояснюють тим фактом, що потужність, необхідна для забезпечення навантаження на охолодження. для вирощування всіх сільськогосподарських культур дуже висока.“Однак для зимових місяців експлуатації зустрічаються вищі значення коефіцієнта покриття,” наголосила дослідницька група.“Коефіцієнт охоплення для вирощування томатів коливається від мінімуму 67,4% у грудні до максимуму 522,3% у жовтні, тоді як для вирощування огірків мінімальний коефіцієнт покриття 37,6% спостерігається в грудні, а максимальний коефіцієнт покриття 185,3% для жовтень.”

Економічний аналіз зібраних даних показав, що окупність вирощування помідорів становить 7,2 року, а огірків та салату – 7,4 та 7,0 років відповідно.“Час окупності парникових газів системи становив 5,7 року та 2,6 року на основі виробництва електроенергії на основі природного газу та вугілля відповідно.”

У майбутньому Білір сказав, що майбутня робота повинна включати більш детальний аналіз і розглянути зберігання як додаткову опцію.“Можливо, можна включити різні види відновлюваної енергії,” він зробив висновок.