Вирощування томатів Agri{0}}PV з воднем для Smart Windows

Дослідницька група з Університету Ексетера досліджувала модульну концепцію виробництва водню для домашніх господарств-на основі агроелектричної енергії. Агрівольтаїка на даху живить електролізер, який виробляє водень для водневих автомобілів і для ізольованих газохромних розумних вікон. Вікна є формою термоізоляційного скла, яке темніє або просвітлюється через оборотні реакції з воднем і киснем, що дозволяє контролювати світло і тепло.

«Це дослідження представляє нову-інтегровану енергетичну концепцію будівлі, яка поєднує агровольтаїку, водень, розумні фасади та мобільність. Воно пропонує свіжий погляд на те, як будівлі можуть стати активними, багатофункціональними енергетичними центрами, ідея, яка набуває все більшої актуальності для майбутніх міських енергетичних систем», – сказала дослідник Арітра Гош журналу pv. «Хоча обмежена площа даху природним чином обмежує загальний вихід водню, цінність концепції полягає в системній інтеграції та новизні, а не у велико-виробництві».

Використовуючи численні програмні засоби, команда змоделювала справжній двоповерховий-житловий будинок у Бірмінгемі, Англія. Будівля має загальну площу близько 142,7 квадратних метрів, висоту 4,8 метрів і 55 квадратних метрів даху, доступного для агровольтаїки. Він включає 16 вікон у дев'яти теплових зонах. У Бірмінгемі спостерігаються помірні екстремальні температури з максимальною літньою температурою близько 21 градуса за Цельсієм і найнижчою взимку близько 1 градуса.

На плоскому даху встановлено 12 сонячних модулів у трьох конфігураціях: вертикальній, куполоподібній-під кутом нахилу 20 градусів або оптимізованому нахилу 30 градусів. Кожна конфігурація була протестована з односторонніми модулями потужністю 600 Вт або двосторонніми модулями потужністю 605 Вт. Помідори вирощували під панелями, вимагаючи від шести до восьми годин прямого сонячного світла в день і нічної температури близько 13 градусів.

Електролізер потужністю 7 кВт з ККД 88% використовувався для виробництва водню з сонячної енергії. Водень був змодельований для трьох цілей: для заправки Toyota Mirai 2017 року випуску, живлення газохромних вікон або обох. Ефективність вакуумних газохромних вікон також порівнювали з подвійним-склом, електрохромними та стандартними газохромними альтернативами.

«Використовуючи площу даху площею 55 м2, система змогла виробляти достатньо водню, щоб задовольнити річний попит на інтелектуальне скління, який за підрахунками становив лише 52,56 грама на рік», — сказав Гош. «Крім того, коли вихід водню оцінюється з точки зору мобільності, та сама система на даху - з двосторонньою фотоелектричною конфігурацією, нахиленою на 30 градусів, теоретично може підтримувати до 64,23 км проїзду на день. Ця оцінка базується на продуктивності Toyota Mirai 2017 року випуску, яка має ємність водневого бака 5,6 кг».

Результати показали, що двостороння система з кутом нахилу 30-градусів генерувала найбільше електроенергії — 7919 кВт·год на рік, тоді як одностороння конфігурація з кутом нахилу 30-градусів забезпечувала найнижчу вирівняну вартість електроенергії — 0,061 фунта стерлінгів (0,082 дол. США)/кВт·год. Урожайність томатів була незмінною для різних конфігурацій і становила 0,31 кг на квадратний метр. Серед варіантів скління вакуумні газохромні вікна досягли найкращих теплових показників із U-значенням 1,32 Вт на квадратний метр-Кельвін, хоча при більшій товщині 24,62 мм.

«Хоча абсолютні обсяги водню скромні, результати демонструють, як невеликі площі на дахах можуть підтримувати численні застосування водневого -масштабу будинків, підсилюючи потенціал модульних фотоелектричних-водневих систем», — сказав Гош. «Вплив агровольтаїки на теплоізоляцію будинку та оптимальне використання виробленого водню для опалення будинку буде метою наших подальших досліджень.

Результати були опубліковані в журналі Energy and Buildings під назвою «Виробництво водню на дахах на агроелектричних установках для ізольованого газохромного інтелектуального скла та водневих транспортних засобів: цілісний підхід до стійкого житлового будівництва».