Thiết kế hệ thống cho nhà kính dựa vào PV và máy bơm nhiệt nguồn mặt đất

Các nhà khoa học tại Đại học Yaşar ở Thổ Nhĩ Kỳ đã phát triển một ý tưởng thiết kế cho các nhà kính dựa vào PV như một nguồn điện để chiếu sáng LED và một máy bơm nhiệt được sử dụng để sưởi ấm và làm mát.

“Chúng tôi ban đầu phát triển hệ thống vào năm 2017 và tại thời điểm giá trị thời gian hoàn vốn của hệ thống là 5,7 năm,” nhà nghiên cứu Levent Bilir nói với tạp chí pv.“Tôi không chắc liệu thời gian hoàn vốn ngày hôm nay có ngắn hơn năm 2017 hay không, vì giá năng lượng đang tăng.”

Hệ thống lai được mô hình hóa giả sử một nhà kính 5 x 30 m với bề mặt 150 m2, sử dụng 66 tấm pin mặt trời hướng về phía nam với công suất 200 W mỗi tấm che 50% mái nhà kính' và việc triển khai một máy bơm nhiệt nguồn mặt đất, đây là một loại máy bơm nhiệt có thể được sử dụng để sưởi ấm và làm mát. Địa điểm được chọn là thành phố Izmir, phía tây Thổ Nhĩ Kỳ, nơi có nhiệt độ tham khảo là 25 độ C và bức xạ mặt trời là 1.367 W / m2.

Giá trị hiệu suất mảng tối đa trong một năm được ước tính từ 14,17% đến 16,14%, với góc của mái là 38,4 độ. Các tấm được đặt trên mái nhà bằng cách tạo ra một khoảng cách giữa các hàng mô-đun để bức xạ mặt trời đồng đều hơn vào bên trong nhà kính, được làm bằng khung nhôm và cửa sổ kính đôi với lớp không khí 13 mm. Khi hệ thống PV sản xuất nhiều năng lượng hơn mức cần thiết của nhà kính, phần thặng dư sẽ được đưa vào lưới điện. Tương tự như vậy, khi sản lượng của nó không đủ, điện sẽ được lấy từ mạng.

Nhóm nghiên cứu đã đánh giá hiệu suất tổng thể của thiết kế nhà kính được đề xuất khi xem xét việc trồng cà chua, dưa chuột và rau diếp, những loại rau cần nhiệt độ trong nhà khác nhau lần lượt là 28, 36 và 24 độ C. Do tải trọng làm mát của các hệ thống rất cao nên việc trồng trọt bị dừng vào tháng 7 và tháng 8. Nhà kính được làm nóng hoặc làm mát 24 giờ / ngày bằng máy bơm nhiệt.

Các nhà khoa học đã tính toán tải trọng sưởi ấm, làm mát và chiếu sáng, cũng như nhu cầu điện hàng tháng và hàng năm bằng cách tính đến hệ số của các giá trị hiệu suất (COP) trong sưởi ấm và làm mát. Hơn nữa, họ đã tính toán các giá trị tỷ lệ bao phủ hàng tháng và hàng năm cho từng loại cây trồng và chi phí cho hệ thống PV và máy bơm nhiệt, cũng như chi phí bảo hiểm và vận hành và bảo trì.

Phân tích của họ cho thấy rằng trong các tháng hoạt động mùa hè, đó là tháng 5, tháng 6 và tháng 9, hệ thống PV có thể đáp ứng nhu cầu điện với phạm vi tỷ lệ bao phủ 33,2 đến 67,2%, mà họ giải thích với thực tế là công suất cần thiết để đáp ứng tải làm mát cho việc trồng trọt của tất cả các loại cây trồng là rất cao.“Tuy nhiên, đối với các tháng hoạt động mùa đông, gặp phải các giá trị tỷ lệ bao phủ cao hơn,” nhóm nghiên cứu đã nêu bật.“Tỷ lệ che phủ đối với canh tác cà chua dao động từ tối thiểu 67,4% vào tháng 12 đến tối đa 522,3% vào tháng 10, trong khi đối với trồng dưa chuột, tỷ lệ che phủ tối thiểu là 37,6% được thấy vào tháng 12 và tỷ lệ che phủ tối đa là 185,3% được tìm thấy đối với Tháng Mười.”

Một phân tích kinh tế về dữ liệu thu thập được cho thấy thời gian thu hồi vốn đối với trồng cà chua là 7,2 năm, trong khi dưa chuột và rau diếp lần lượt là 7,4 và 7,0 năm.“Giá trị thời gian hoàn vốn nhà kính của hệ thống lần lượt là 5,7 năm và 2,6 năm dựa trên khí tự nhiên và sản xuất điện từ than.”

Trong tương lai, Bilir cho biết công việc trong tương lai nên bao gồm các phân tích chi tiết hơn và coi việc lưu trữ như một lựa chọn bổ sung.“Có thể kết hợp các loại năng lượng tái tạo khác nhau,” ông kết luận.