Akıllı Pencereler İçin Hidrojen Üretirken Tarımsal{0}}PV Domates Yetiştirmek

Exeter Üniversitesi'ndeki bir araştırma grubu, evlere yönelik modüler, agrivoltaik-enerjili hidrojen üretim konseptini araştırdı. Çatıdaki agrivoltaikler, hidrojenli araçlar ve yalıtımlı gazokromik akıllı camlar için hidrojen üreten bir elektrolizöre güç veriyor. Pencereler, hidrojen ve oksijenle tersinir reaksiyonlar yoluyla kararan veya temizleyen, ışık ve ısının kontrolünü sağlayan, termal olarak yalıtkan bir cam türüdür.

Araştırmacı Aritra Ghosh, pv dergisine şöyle konuştu: "Bu araştırma, agrivoltaikleri, hidrojeni, akıllı cepheleri ve mobiliteyi birbirine bağlayan yeni bir bina-entegre enerji konsepti sunuyor. Binaların nasıl aktif, çok işlevli enerji merkezleri haline gelebileceğine dair yeni bir bakış açısı sunuyor; geleceğin kentsel enerji sistemleriyle ilgisi giderek artan bir fikir." "Sınırlı çatı alanı doğal olarak toplam hidrojen üretimini kısıtlasa da, konseptin değeri büyük-ölçekli üretimden ziyade sistem entegrasyonu ve yeniliğinde yatmaktadır."

Ekip, birden fazla yazılım aracı kullanarak Birmingham, İngiltere'de gerçek bir çift-katlı konutun simülasyonunu yaptı. Binanın toplam taban alanı yaklaşık 142,7 metrekare, yüksekliği 4,8 metre ve agrivoltaikler için 55 metrekare çatı alanı mevcut. Dokuz termal bölgede 16 pencere bulunmaktadır. Birmingham'da yazın en yüksek sıcaklığın yaklaşık 21 santigrat derece ve kışın en düşük sıcaklığın 1 dereceye yakın olduğu ılımlı aşırı sıcaklıklar yaşanıyor.

Düz çatıya üç konfigürasyonda 12 güneş modülü yerleştirildi: dikey, 20 derece eğimle kubbe şeklinde-veya optimize edilmiş 30 derece eğim. Her konfigürasyon 600 W tek yüzeyli modüller veya 605 W iki yüzeyli modüllerle test edildi. Domatesler panellerin altında yetiştiriliyordu; günde altı ila sekiz saat doğrudan güneş ışığı ve gece sıcaklıklarının yaklaşık 13 derece olması gerekiyordu.

Güneş enerjisi çıkışından hidrojen üretmek için %88 verimliliğe sahip 7 kW'lık bir elektrolizör kullanıldı. Hidrojen üç kullanım için modellendi: 2017 Toyota Mirai'ye yakıt sağlamak, gazokromik camlara güç sağlamak veya her ikisi. Vakumlu gazokromik pencerelerin performansı aynı zamanda çift-cam, elektrokromik ve standart gazokromik alternatiflerle de karşılaştırıldı.

Ghosh, "55 m2'lik bir çatı alanı kullanan sistem, yılda yalnızca 52,56 gram olarak hesaplanan akıllı camın yıllık talebini karşılamaya yetecek kadar hidrojen üretebildi" dedi. "Ayrıca, hidrojen çıkışı hareketlilik açısından değerlendirildiğinde, 30 derece eğimli iki yüzeyli PV konfigürasyonu kullanan aynı çatı sistemi - teorik olarak günde 64,23 km'ye kadar sürüşü destekleyebilir. Bu tahmin, 5,6 kg hidrojen deposu kapasitesine sahip 2017 Toyota Mirai'nin performansına dayanmaktadır."

Sonuçlar, 30-derecelik eğimli iki yüzeyli sistemin yıllık 7.919 kWh ile en fazla elektriği ürettiğini, tek yüzeyli 30-derece yapılandırmanın ise 0,061 GBP (0,082 ABD Doları)/kWh ile en düşük seviyelendirilmiş elektrik maliyetini sağladığını gösterdi. Domates verimi, metrekare başına 0,31 kg olacak şekilde konfigürasyonlar arasında tutarlıydı. Camlama seçenekleri arasında vakumlu gazokromik pencereler, 24,62 mm'lik daha büyük bir kalınlığa rağmen metrekare-kelvin başına 1,32 W U ​​değeriyle en iyi termal performansı elde etti.

Ghosh, "Mutlak hidrojen hacimleri mütevazı olsa da, sonuçlar küçük çatı alanlarının birden fazla bina-ölçekli hidrojen uygulamasını nasıl destekleyebileceğini ve modüler, yerinde PV-hidrojen sistemlerinin potansiyelini güçlendirebileceğini gösteriyor" dedi. "Agrivoltaiklerin ev yalıtımı üzerindeki etkisi ve üretilen hidrojenin ev ısıtması için en uygun şekilde kullanılması ilerideki araştırmalarımızın hedefi olacaktır.

Sonuçlar Enerji ve Binalar dergisinde "Yalıtımlı gazokromik akıllı camlar ve hidrojen araçları için çatı üstü agrivoltaik enerjili yerinde hidrojen üretimi: Sürdürülebilir konut inşaatına bütünsel bir yaklaşım" başlığı altında yayınlandı.