Systemdesign til drivhuse, der er afhængige af PV og jordvarmepumpe
Nov 15, 2021
Forskere ved Yaşar University i Tyrkiet har udviklet et designkoncept for drivhuse, der er afhængige af PV som en elektricitetskilde til LED-belysning og en varmepumpe, der bruges til opvarmning og afkøling.
“Vi udviklede oprindeligt systemet i 2017 og på det tidspunkt var tilbagebetalingstidsværdien af systemet 5,7 år,” fortalte forsker Levent Bilir til magasinet pv.“Jeg er ikke sikker på, om tilbagebetalingstiden er kortere i dag end 2017, da energipriserne er stigende.”
Hybridsystemet blev modelleret under forudsætning af et 5 x 30 m drivhus med en overflade på 150 m2, brug af 66 sydorienterede solpaneler med en effekt på 200 W hver, der dækker 50% af drivhuset's tag, og indsættelse af en jordvarmepumpe, som er en slags varmepumpe, der både kan bruges til opvarmning og køling. Det valgte sted er byen Izmir i det vestlige Tyrkiet, hvor referencetemperaturen er 25 grader Celsius og solstrålingen er 1.367 W/m2.
De maksimale array-effektivitetsværdier i et år blev estimeret mellem 14,17 % og 16,14 %, med tagets vinkel på 38,4 grader. Panelerne blev placeret på taget ved at skabe et mellemrum mellem modulrækkerne for at lade mere ensartet solstråling nå indersiden af drivhuset, som er lavet af aluminiumsrammer og dobbelte glasvinduer med 13 mm luftlag. Når solcelleanlægget producerer mere strøm end drivhusets behov, sprøjtes overskuddet ind i nettet. Ligeledes, når dens output ikke er tilstrækkelig, tages elektricitet fra netværket.
Forskerholdet evaluerede den overordnede ydeevne af det foreslåede drivhusdesign under hensyntagen til dyrkningen af tomat, agurk og salat, som kræver forskellige indendørstemperaturer på henholdsvis 28, 36 og 24 grader Celsius. Da systemernes kølebelastninger er ekstremt høje, stoppes dyrkningen i juli og august. Drivhuset opvarmes eller afkøles 24 timer i døgnet af varmepumpen.
Forskerne beregnede opvarmnings-, afkølings- og belysningsbelastningen såvel som det månedlige og årlige elektriske behov ved at tage højde for koefficienten for ydeevneværdierne (COP) i opvarmning og afkøling. Desuden beregnede de månedlige og årlige dækningsforhold for hver afgrøde og omkostningerne til solcelleanlægget og varmepumpen samt omkostninger til forsikring og drift og vedligeholdelse.
Deres analyse viste, at i sommermånederne, som er maj, juni og september, er solcelleanlægget i stand til at dække elektricitetsbehovet med et dækningsforhold på 33,2 til 67,2 %, hvilket de forklarer med den kendsgerning, at den nødvendige effekt for at imødekomme kølebelastningen thi dyrkningen af alle afgrøder er meget høj.“Men for vinterdriftsmånederne støder man på højere dækningsforhold,” fremhævede forskerholdet.“Dækningsgraden for tomatdyrkning spænder fra minimum 67,4 % i december til maksimalt 522,3 % i oktober, mens der for agurkedyrkning ses en minimumsdækningsgrad på 37,6 % i december og en maksimal dækningsgrad på 185,3 % for. Oktober.”
En økonomisk analyse af de indsamlede data viste, at tilbagebetalingstiden for tomatdyrkning er 7,2 år, mens den for agurk og salat er henholdsvis 7,4 og 7,0 år.“Systemets tilbagebetalingstid for drivhusgas var 5,7 år og 2,6 år baseret på henholdsvis naturgas- og kulbaseret elproduktion.”
Ser fremad sagde Bilir, at det fremtidige arbejde bør omfatte mere detaljerede analyser og overveje opbevaring som en ekstra mulighed.“Måske kan forskellige vedvarende energityper inkorporeres,” konkluderede han.
