Järjestelmäsuunnittelu kasvihuoneisiin, joissa käytetään aurinkosähköä ja maalämpöpumppua
Nov 15, 2021
Turkin Yaşarin yliopiston tutkijat ovat kehittäneet suunnittelukonseptin kasvihuoneille, jotka käyttävät aurinkosähköä LED-valaistuksen sähkönlähteenä sekä lämmitykseen ja jäähdytykseen käytettävää lämpöpumppua.
“Kehitimme järjestelmän alun perin vuonna 2017 ja tuolloin järjestelmän takaisinmaksuaika oli 5,7 vuotta,” tutkija Levent Bilir kertoi pv-lehdelle.“En ole varma, onko takaisinmaksuaika tänään lyhyempi kuin vuonna 2017, koska energian hinnat nousevat.”
Hybridijärjestelmä mallinnettiin olettamalla 5 x 30 m kasvihuone, jonka pinta-ala on 150 m2 ja jossa käytetään 66 etelään suunnattua aurinkopaneelia, joista kukin teho on 200 W, jotka kattavat 50 % kasvihuoneen' katosta, ja maalämpöpumpun käyttöönotto, joka on eräänlainen lämpöpumppu, jota voidaan käyttää sekä lämmitykseen että jäähdytykseen. Valittu paikka on Izmirin kaupunki Länsi-Turkissa, jossa vertailulämpötila on 25 celsiusastetta ja auringon säteily 1 367 W/m2.
Maksimiryhmätehokkuusarvot vuodessa arvioitiin 14,17 % ja 16,14 % välille katon kulman ollessa 38,4 astetta. Paneelit sijoitettiin katolle luomalla moduulirivien väliin rako, jotta auringon säteily pääsisi tasaisemmaksi kasvihuoneen sisäpuolelle, joka on valmistettu alumiinikehyksistä ja kaksinkertaisista ikkunoista, joissa ilmakerros on 13 mm. Kun aurinkosähköjärjestelmä tuottaa enemmän tehoa kuin kasvihuone tarvitsee, ylijäämä ruiskutetaan verkkoon. Samoin kun sen teho ei riitä, sähkö otetaan verkosta.
Tutkimusryhmä arvioi ehdotetun kasvihuonesuunnittelun yleistä suorituskykyä ottaen huomioon tomaatin, kurkun ja salaatin viljelyn, jotka vaativat erilaisia sisälämpötiloja 28, 36 ja 24 celsiusastetta. Koska järjestelmien jäähdytyskuormat ovat erittäin suuret, viljely lopetetaan heinä-elokuussa. Kasvihuonetta lämmitetään tai jäähdytetään 24 h/vrk lämpöpumpulla.
Tutkijat laskivat lämmitys-, jäähdytys- ja valaistuskuormituksen sekä kuukausittaisen ja vuosittaisen sähköntarpeen ottamalla huomioon lämmityksen ja jäähdytyksen tehokertoimen (COP). Lisäksi he laskivat kuukausittaiset ja vuosittaiset kattavuussuhdearvot kullekin viljelykasville, aurinkosähköjärjestelmän ja lämpöpumpun kustannukset sekä vakuutus-, käyttö- ja ylläpitokustannukset.
Heidän analyysinsä osoitti, että kesäkäyttökuukausina, eli touko-, kesä- ja syyskuussa, aurinkosähköjärjestelmä pystyy kattamaan sähkön kysynnän 33,2-67,2 %:n kattavuusalueella, mitä he selittävät jäähdytyskuorman täyttämiseen tarvittavalla teholla. kaikkien kasvien viljely on erittäin korkea.“Talvikäyttökuukausina havaitaan kuitenkin korkeampia peittosuhteen arvoja,” tutkimusryhmä korosti.“Tomaattiviljelyn peittoaste vaihtelee joulukuun minimipeittoasteesta 67,4 % lokakuun enimmäispeittotasoon 522,3 %, kun taas kurkkuviljelyn peittoaste on joulukuussa 37,6 % ja maksimipeittoaste 185,3 %. Lokakuu.”
Kerättyjen tietojen taloudellinen analyysi osoitti, että tomaatin viljelyn takaisinmaksuaika on 7,2 vuotta, kurkun ja salaatin 7,4 ja 7,0 vuotta.“Järjestelmän kasvihuonekaasujen takaisinmaksuaika oli 5,7 vuotta ja 2,6 vuotta perustuen maakaasuun ja hiilipohjaiseen sähköntuotantoon.”
Tulevaisuudessa Bilir sanoi, että tulevaan työhön tulisi sisältyä yksityiskohtaisempia analyyseja ja harkita varastointia lisävaihtoehtona.“Ehkä erilaisia uusiutuvia energiatyyppejä voidaan sisällyttää,” hän päätteli.
