Rækta Agri-PV-tómata á meðan þeir framleiða vetni fyrir snjalla glugga

Rannsóknarhópur við háskólann í Exeter rannsakaði einingabyggða, landbúnaðardrifna-vetnisframleiðsluhugmynd fyrir heimili. Agrivoltaics á þaki knýja rafgreiningartæki sem framleiðir vetni fyrir vetnisbíla og fyrir einangraðar gasokróma snjallrúður. Gluggarnir eru eins konar hitaeinangrunargler sem dökknar eða hreinsar með afturkræfum viðbrögðum við vetni og súrefni, sem gerir kleift að stjórna ljósi og hita.

"Þessi rannsókn kynnir nýja byggingar-samþætta orkuhugmynd, sem tengir saman raforkukerfi, vetni, snjallar framhliðar og hreyfanleika. Hún býður upp á nýtt sjónarhorn á hvernig byggingar gætu orðið virkir, fjölnota orkumiðstöðvar, hugmynd sem hefur vaxandi þýðingu fyrir orkukerfi borgarbúa í framtíðinni," sagði vísindamaðurinn Aritra Ghosh við tímaritið pv. "Þó að takmörkuð þakflatarmál takmarki náttúrulega heildarvetnisframleiðslu, þá liggur gildi hugmyndarinnar í kerfissamþættingu þess og nýjung, frekar en stórframleiðsla-."

Með því að nota mörg hugbúnaðarverkfæri hermdi teymið eftir alvöru tveggja hæða-íbúðarhúsi í Birmingham á Englandi. Byggingin er samtals um 142,7 fermetrar að grunnfleti, 4,8 metrar á hæð og 55 fermetra þakflatarmál í boði fyrir landbúnaðarvirkjun. Það inniheldur 16 glugga yfir níu hitauppstreymi svæði. Í Birmingham eru öfgar í meðallagi hitastig, þar sem hámarkshiti sumarsins er um 21 gráður á Celsíus og vetrarlægðir nálægt 1 gráðu.

Á flata þakinu voru 12 sólareiningar settar upp í þremur stillingum: lóðrétt, -hvolflaga í 20 gráðu halla eða fínstillt 30 gráðu halla. Hver uppsetning var prófuð með annað hvort 600 W einhliða einingum eða 605 W tvíhliða einingum. Tómatar voru ræktaðir undir spjöldum, sem þarfnast sex til átta klukkustunda af beinu sólarljósi á dag og næturhiti um 13 gráður.

7 kW rafgreiningartæki með 88% nýtni var notað til að framleiða vetni úr sólarorku. Vetnið var hannað til þrenns konar notkunar: að knýja 2017 Toyota Mirai, knýja gaskróma gluggana eða hvort tveggja. Frammistaða lofttæma gaskróma glugga var einnig borin saman við tvöfalda-glerjun, rafkróma og staðlaða gaskróma valkosti.

„Með því að nota 55 m2 þaksvæði gat kerfið framleitt nægilega mikið vetni til að mæta árlegri eftirspurn eftir snjallrúðunni, sem var reiknuð með aðeins 52,56 grömm á ári,“ sagði Ghosh. "Að auki, þegar vetnisframleiðslan er metin með tilliti til hreyfanleika, gæti sama þakkerfi - með tvíhliða PV stillingu hallað í 30 gráður – fræðilega staðið undir allt að 64,23 km aksturs á dag. Þetta mat er byggt á frammistöðu Toyota Mirai 2017, sem hefur 5,6 kg vetnisgeymi."

Niðurstöðurnar sýndu að tvíhliða kerfið með 30- gráðu halla framleiddi mest rafmagn, 7.919 kWst árlega, á meðan einhliða 30- gráðu uppsetningin skilaði lægsta jöfnuðu raforkukostnaði, 0,061 GBP (0,082 USD)/kWh. Uppskeran af tómötum var í samræmi í stillingum við 0,31 kg á fermetra. Meðal glervalkosta náðu lofttæmdir gaskróma gluggar bestu hitauppstreymi, með U-gildi upp á 1,32 W á hvern fermetra-kelvin, þó með meiri þykkt 24,62 mm.

„Þó að algert vetnismagn sé hóflegt sýna niðurstöðurnar fram á hvernig lítil þaksvæði geta stutt margar byggingar-kvarða vetnisnotkun, sem styrkir möguleika á eininga, PV-vetniskerfum á staðnum,“ sagði Ghosh. „Áhrif landbúnaðarvirkjunar á einangrun heimila og bestu nýtingu framleitts vetnis til húshitunar verða markmið frekari rannsókna okkar.

Niðurstöðurnar voru birtar í Energy and Buildings undir heitinu "Rooftop agrivoltaic powered onsite hydrogen production for insulated gasochromic smart glassing and hydrogen vehicles: A heildistic approach to sustainable residential building."