Coltivazione di pomodori agricoli-PV e produzione di idrogeno per le finestre intelligenti

Un gruppo di ricerca dell'Università di Exeter ha studiato un concetto modulare di produzione di idrogeno per uso domestico alimentato dall'agrivoltaica-. L’energia agrivoltaica sul tetto alimenta un elettrolizzatore che produce idrogeno per veicoli a idrogeno e finestre intelligenti gasocromiche isolate. Le finestre sono una forma di vetro termicamente isolante che si scurisce o si schiarisce attraverso reazioni reversibili con idrogeno e ossigeno, consentendo il controllo della luce e del calore.

"Questa ricerca presenta un nuovo concetto di energia integrata-nell'edificio, che collega l'agrivoltaico, l'idrogeno, le facciate intelligenti e la mobilità. Offre una nuova prospettiva su come gli edifici potrebbero diventare poli energetici attivi e multifunzionali, un'idea con crescente rilevanza per i futuri sistemi energetici urbani", ha detto alla rivista pv la ricercatrice Aritra Ghosh. "Sebbene l'area limitata del tetto limiti naturalmente la produzione totale di idrogeno, il valore del concetto risiede nell'integrazione e nella novità del sistema, piuttosto che nella produzione su larga-scala."

Utilizzando diversi strumenti software, il team ha simulato una vera-casa residenziale a due piani a Birmingham, in Inghilterra. L'edificio ha una superficie totale di circa 142,7 mq, un'altezza di 4,8 metri e una superficie coperta disponibile per l'agrivoltaico di 55 mq. Comprende 16 finestre in nove zone termali. Birmingham sperimenta temperature estreme moderate, con temperature massime estive di circa 21 gradi Celsius e minime invernali vicine a 1 grado.

Sul tetto piano sono stati installati 12 moduli solari in tre configurazioni: verticale, a cupola-con un'inclinazione di 20 gradi o con un'inclinazione ottimizzata di 30 gradi. Ciascuna configurazione è stata testata con moduli monofacciali da 600 W o moduli bifacciali da 605 W. I pomodori venivano coltivati ​​sotto i pannelli, richiedendo dalle sei alle otto ore di luce solare diretta al giorno e temperature notturne di circa 13 gradi.

Per produrre idrogeno dall'energia solare è stato utilizzato un elettrolizzatore da 7 kW con un'efficienza dell'88%. L’idrogeno è stato modellato per tre usi: alimentare una Toyota Mirai del 2017, alimentare i finestrini gasocromici o entrambi. Le prestazioni delle finestre gasocromiche sottovuoto sono state confrontate anche con le alternative a doppi vetri, elettrocromiche e gasocromiche standard.

"Utilizzando un'area del tetto di 55 m2, il sistema è stato in grado di produrre abbastanza idrogeno per soddisfare la domanda annuale di vetri intelligenti, che è stata calcolata in soli 52,56 grammi all'anno", ha affermato Ghosh. "Inoltre, quando la produzione di idrogeno viene valutata in termini di mobilità, lo stesso sistema sul tetto - utilizzando una configurazione fotovoltaica bifacciale inclinata di 30 gradi, potrebbe teoricamente supportare fino a 64,23 km di guida al giorno. Questa stima si basa sulle prestazioni di una Toyota Mirai del 2017, che ha una capacità del serbatoio dell'idrogeno di 5,6 kg."

I risultati hanno mostrato che il sistema bifacciale con un'inclinazione di 30-gradi ha generato la maggior parte dell'elettricità, pari a 7.919 kWh all'anno, mentre la configurazione monofacciale a 30-gradi ha fornito il costo livellato più basso dell'elettricità pari a 0,061 GBP (0,082 $)/kWh. Le rese di pomodoro sono state costanti in tutte le configurazioni, pari a 0,31 kg per metro quadrato. Tra le opzioni di vetratura, le finestre gasocromiche sottovuoto hanno ottenuto le migliori prestazioni termiche, con un valore U di 1,32 W per metro quadrato-kelvin, anche se con uno spessore maggiore di 24,62 mm.

"Sebbene i volumi assoluti di idrogeno siano modesti, i risultati dimostrano come piccole aree sui tetti possano supportare molteplici applicazioni di idrogeno su scala-di edifici, rafforzando il potenziale dei sistemi di idrogeno fotovoltaici modulari-in loco", ha affermato Ghosh. "L'impatto dell'agrivoltaico sull'isolamento domestico e l'uso ottimale dell'idrogeno prodotto per il riscaldamento domestico saranno l'obiettivo delle nostre ulteriori ricerche.

I risultati sono stati pubblicati su Energy and Buildings con il titolo "Produzione di idrogeno in loco alimentata da sistemi agrivoltaici su tetto per vetri intelligenti gasocromici isolati e veicoli a idrogeno: un approccio olistico all'edilizia residenziale sostenibile".