Проектиране на системи за оранжерии, разчитащи на фотоволтаична и наземна термопомпа

Учени от университета Яшар в Турция са разработили концепция за проектиране на оранжерии, разчитащи на фотоволтаични източници като източник на електричество за LED осветление и термопомпа, използвана за отопление и охлаждане.

“Първоначално разработихме системата през 2017 г. и по това време стойността на времето за изплащане на системата беше 5,7 години,” изследователят Левент Билир каза пред pv magazine.“Не съм сигурен дали времето за изплащане е по-кратко днес от 2017 г., тъй като цените на енергията се увеличават.”

Хибридната система е моделирана, като се приема оранжерия 5 x 30 m с площ от 150 m2, използване на 66 южно ориентирани слънчеви панела с мощност от 200 W всеки покриващ 50% от покрива на оранжерията' и внедряването на термопомпа на земята, която е вид термопомпа, която може да се използва както за отопление, така и за охлаждане. Избраното място е град Измир, в Западна Турция, където референтната температура е 25 градуса по Целзий, а слънчевата радиация е 1367 W/m2.

Максималните стойности на ефективност на масива за една година са оценени между 14,17% и 16,14%, като ъгълът на покрива е 38,4 градуса. Панелите са поставени на покрива чрез създаване на пролука между редовете на модулите, за да може по-равномерна слънчева радиация да достигне до вътрешността на оранжерията, която е изработена от алуминиева дограма и двойна стъклена дограма с 13 мм въздушен слой. Когато фотоволтаичната система произвежда повече мощност, отколкото е необходима на оранжерията, излишъкът се инжектира в мрежата. По същия начин, когато мощността му не е достатъчна, електричеството се взема от мрежата.

Изследователският екип оцени цялостното представяне на предложения дизайн на оранжерии, като се има предвид отглеждането на домати, краставици и марули, които изискват различни температури на закрито съответно от 28, 36 и 24 градуса по Целзий. Тъй като охладителните натоварвания на системите са изключително високи, култивирането се спира през юли и август. Оранжерията се отоплява или охлажда 24 часа на ден от термопомпата.

Учените изчисляват натоварването на отопление, охлаждане и осветление, както и месечното и годишното потребление на електричество, като вземат предвид стойностите на коефициента на производителност (COP) при отопление и охлаждане. Освен това те изчисляват месечните и годишните стойности на коефициента на покритие за всяка култура и разходите за фотоволтаичната система и термопомпата, както и разходите за застраховка и експлоатация и поддръжка.

Техният анализ показа, че през летните работни месеци, които са май, юни и септември, фотоволтаичната система е в състояние да покрие търсенето на електричество с коефициент на покритие от 33,2 до 67,2%, което те обясняват с факта, че мощността е необходима за покриване на охлаждащото натоварване за отглеждането на всички култури е много високо.“Въпреки това, за зимните работни месеци се срещат по-високи стойности на коефициента на покритие,” подчерта изследователският екип.“Коефициентът на покритие за отглеждане на домати варира от минимум 67,4% през декември до максимум 522,3% през октомври, докато за отглеждането на краставици се наблюдава минимален коефициент на покритие от 37,6% през декември и максимален коефициент на покритие от 185,3% за октомври.”

Икономически анализ на събраните данни показа, че възвръщаемостта при отглеждането на домати е 7,2 години, а при краставицата и марулята съответно 7,4 и 7,0 години.“Времето за изплащане на парниковите газове на системата е 5,7 години и 2,6 години, на базата на производството на електроенергия на базата на природен газ и въглища, съответно.”

Гледайки напред, Билир каза, че бъдещата работа трябва да включва по-подробни анализи и да разгледа съхранението като допълнителна опция.“Може би могат да се включат различни видове възобновяема енергия,” заключи той.