Systemdesign for drivhus som er avhengig av PV og jordvarmepumpe
Nov 15, 2021
Forskere ved Yaşar-universitetet i Tyrkia har utviklet et designkonsept for drivhus som er avhengig av PV som en strømkilde for LED-belysning og en varmepumpe som brukes til oppvarming og kjøling.
“Vi utviklet opprinnelig systemet i 2017 og på det tidspunktet var tilbakebetalingstidsverdien for systemet 5,7 år,” Det sier forsker Levent Bilir til pv magazine.“Jeg er usikker på om tilbakebetalingstiden er kortere i dag enn 2017, da energiprisene øker.”
Hybridsystemet ble modellert ved å anta et 5 x 30 m drivhus med en overflate på 150 m2, bruk av 66 sørorienterte solcellepaneler med en effekt på 200 W hver som dekker 50 % av drivhusets tak, og utplassering av en bergvarmepumpe, som er en slags varmepumpe som kan brukes til både oppvarming og kjøling. Det valgte stedet er byen Izmir, i det vestlige Tyrkia, hvor referansetemperaturen er 25 grader Celsius og solinnstrålingen er 1 367 W/m2.
De maksimale array-effektivitetsverdiene i løpet av et år ble estimert mellom 14,17 % og 16,14 %, med vinkelen på taket på 38,4 grader. Panelene ble plassert på taket ved å lage et gap mellom modulrekkene for å la mer jevn solinnstråling nå innsiden av drivhuset, som er laget av aluminiumsrammer og doble glassvinduer med 13 mm luftlag. Når solcelleanlegget produserer mer kraft enn drivhuset trenger, sprøytes overskuddet inn i nettet. På samme måte, når ytelsen ikke er tilstrekkelig, tas elektrisitet fra nettverket.
Forskerteamet evaluerte den generelle ytelsen til den foreslåtte drivhusdesignen med tanke på dyrking av tomat, agurk og salat, som krever forskjellige innendørstemperaturer på henholdsvis 28, 36 og 24 Celsius grader. Siden kjølebelastningene til systemene er ekstremt høye, stoppes dyrkingen i juli og august. Drivhuset varmes eller kjøles 24 timer i døgnet av varmepumpen.
Forskerne beregnet varme-, kjøle- og belysningsbelastningen, så vel som det månedlige og årlige elektriske behovet ved å ta hensyn til koeffisienten til ytelsesverdiene (COP) i oppvarming og kjøling. Videre beregnet de månedlige og årlige dekningsgradsverdier for hver avling og kostnadene for solcelleanlegget og varmepumpen, samt kostnader til forsikring og drift og vedlikehold.
Analysen deres viste at i løpet av sommermånedene, som er mai, juni og september, er PV-systemet i stand til å dekke elektrisitetsbehovet med et dekningsforhold på 33,2 til 67,2 %, som de forklarer med det faktum at kraften som trengs for å møte kjølebelastningen for dyrkingen av alle avlinger er veldig høy.“For vinterdriftsmånedene er det imidlertid påtruffet høyere dekningsforhold,” forskerteamet fremhevet.“Dekningsgraden for tomatdyrking varierer fra minimum 67,4 % i desember til maksimalt 522,3 % i oktober, mens for agurkdyrking sees en minimumsdekningsgrad på 37,6 % i desember og maksimal dekningsgrad på 185,3 % for Oktober.”
En økonomisk analyse av dataene som ble samlet inn viste at tilbakebetalingstiden for tomatdyrking er 7,2 år, mens den for agurk og salat er henholdsvis 7,4 og 7,0 år.“Systemets tilbakebetalingstid for klimagasser var 5,7 år og 2,6 år, basert på henholdsvis naturgass og kullbasert elektrisitetsproduksjon.”
Ser fremover, sa Bilir at fremtidig arbeid bør inkludere mer detaljerte analyser og vurdere lagring som et ekstra alternativ.“Kanskje forskjellige fornybare energityper kan inkorporeres,” konkluderte han.
