Выращивание томатов с использованием фотоэлектрической энергии-и производством водорода для умных окон

Исследовательская группа из Университета Эксетера исследовала модульную концепцию производства водорода на основе агровольтаики-для домашних хозяйств. Агривольтаика на крыше питает электролизер, который производит водород для водородных автомобилей и для изолированных газохромных «умных» окон. Окна представляют собой разновидность термоизоляционного стекла, которое затемняется или светлеет в результате обратимых реакций с водородом и кислородом, что позволяет контролировать свет и тепло.

"Это исследование представляет новую концепцию-интегрированной энергетики зданий, объединяющую агровольтаику, водород, умные фасады и мобильность. Оно предлагает свежий взгляд на то, как здания могут стать активными, многофункциональными энергетическими центрами. Эта идея приобретает все большее значение для будущих городских энергетических систем", — рассказала журналу pv исследователь Аритра Гош. «Хотя ограниченная площадь крыши естественным образом ограничивает общее производство водорода, ценность этой концепции заключается в ее системной интеграции и новизне, а не в крупномасштабном-производстве».

Используя несколько программных инструментов, команда смоделировала настоящий двухэтажный жилой дом в Бирмингеме, Англия. Здание имеет общую площадь около 142,7 квадратных метров, высоту 4,8 метра и 55 квадратных метров площади на крыше, предназначенной для агривольтаики. Он включает в себя 16 окон в девяти тепловых зонах. В Бирмингеме наблюдаются умеренные экстремальные температуры: пиковые летние температуры составляют около 21 градуса по Цельсию, а зимние минимумы составляют около 1 градуса.

На плоской крыше были установлены 12 солнечных модулей в трех конфигурациях: вертикальной, куполообразной-форме с наклоном 20 градусов или оптимизированной наклоном 30 градусов. Каждая конфигурация была протестирована либо с односторонними модулями мощностью 600 Вт, либо с двусторонними модулями мощностью 605 Вт. Помидоры выращивались под панелями, что требовало от шести до восьми часов прямого солнечного света в день и ночной температуры около 13 градусов.

Для производства водорода из солнечной энергии использовался электролизер мощностью 7 кВт с КПД 88%. Водород был смоделирован для трех целей: заправки Toyota Mirai 2017 года, питания газохромных окон или того и другого. Характеристики вакуумных газохромных окон также сравнивались с двойными -стеклопакетами, электрохромными и стандартными газохромными альтернативами.

«Используя площадь крыши площадью 55 м2, система смогла производить достаточно водорода, чтобы удовлетворить годовую потребность умного остекления, которая составила всего 52,56 грамма в год», — сказал Гош. «Кроме того, если оценить выработку водорода с точки зрения мобильности, та же самая система на крыше -, использующая двустороннюю фотоэлектрическую конфигурацию, наклоненную на 30 градусов, теоретически может обеспечить пробег до 64,23 км в день. Эта оценка основана на характеристиках Toyota Mirai 2017 года выпуска, емкость бака для водорода которой составляет 5,6 кг».

Результаты показали, что двусторонняя система с наклоном 30- градусов генерирует больше всего электроэнергии - 7919 кВтч в год, тогда как односторонняя конфигурация с углом 30- градусов обеспечивает самую низкую приведенную стоимость электроэнергии - 0,061 фунта стерлингов (0,082 доллара США)/кВтч. Урожайность томатов была одинаковой для всех конфигураций и составляла 0,31 кг на квадратный метр. Среди вариантов остекления вакуумные газохромные окна достигли наилучших тепловых характеристик: коэффициент теплопередачи 1,32 Вт на квадратный метр-кельвин, хотя и имеет большую толщину — 24,62 мм.

«Хотя абсолютные объемы водорода скромны, результаты показывают, как небольшие площади на крышах могут поддерживать многочисленные применения водорода в-масштабах зданий, усиливая потенциал модульных фотоэлектрических-водородных систем на месте», — сказал Гош. «Влияние агривольтаики на изоляцию домов и оптимальное использование производимого водорода для отопления домов станет целью наших дальнейших исследований.

Результаты были опубликованы в журнале Energy and Buildings под заголовком «Производство водорода на крыше с помощью агроэлектрической энергии для изолированного газохромного интеллектуального остекления и водородных транспортных средств: целостный подход к устойчивому жилому строительству».