Diseño de sistemas para invernaderos que se basan en bombas de calor fotovoltaicas y terrestres
Nov 15, 2021
Los científicos de la Universidad de Yaşar en Turquía han desarrollado un concepto de diseño para invernaderos que se basa en la energía fotovoltaica como fuente de electricidad para iluminación LED y una bomba de calor utilizada para calefacción y refrigeración.
“Originalmente desarrollamos el sistema en 2017 y en ese momento el valor del tiempo de recuperación del sistema era de 5.7 años,” El investigador Levent Bilir dijo a pv magazine.“No estoy seguro de si el tiempo de recuperación es más corto hoy que en 2017, ya que los precios de la energía están aumentando.”
El sistema híbrido se modeló asumiendo un invernadero de 5 x 30 m con una superficie de 150 m2, el uso de 66 paneles solares orientados al sur con una potencia de 200 W cada uno cubriendo el 50% del techo del invernadero &. y el despliegue de una bomba de calor de fuente terrestre, que es un tipo de bomba de calor que se puede utilizar tanto para calefacción como para refrigeración. La ubicación elegida es la ciudad de Izmir, en el oeste de Turquía, donde la temperatura de referencia es de 25 grados centígrados y la radiación solar es de 1.367 W / m2.
Los valores máximos de eficiencia de la matriz en un año se estimaron entre 14,17% y 16,14%, con un ángulo del techo de 38,4 grados. Los paneles se colocaron en el techo creando un espacio entre las filas de módulos para permitir que la radiación solar más uniforme llegara al interior del invernadero, que está hecho de marcos de aluminio y ventanas de doble vidrio con una capa de aire de 13 mm. Cuando el sistema fotovoltaico produce más energía de la que necesita el invernadero, el excedente se inyecta a la red. Asimismo, cuando su producción no es suficiente, se toma electricidad de la red.
El equipo de investigación evaluó el desempeño general del diseño de invernadero propuesto considerando el cultivo de tomate, pepino y lechuga, que requieren diferentes temperaturas interiores de 28, 36 y 24 grados Celsius, respectivamente. Como las cargas de enfriamiento de los sistemas son extremadamente altas, el cultivo se detiene en julio y agosto. El invernadero se calienta o enfría las 24 horas del día mediante la bomba de calor.
Los científicos calcularon la carga de calefacción, refrigeración e iluminación, así como la demanda eléctrica mensual y anual teniendo en cuenta los valores del coeficiente de rendimiento (COP) en calefacción y refrigeración. Además, calcularon los valores del índice de cobertura mensual y anual para cada cultivo y los costos del sistema fotovoltaico y la bomba de calor, así como los costos de seguro y operación y mantenimiento.
Su análisis mostró que durante los meses de operación de verano, que son mayo, junio y septiembre, el sistema fotovoltaico es capaz de cubrir la demanda eléctrica con un rango de ratio de cobertura de 33,2 a 67,2%, lo que explican con el hecho de que la potencia necesaria para satisfacer la carga de refrigeración. para el cultivo de todos los cultivos es muy alto.“Sin embargo, para los meses de operación de invierno, se encuentran valores de índice de cobertura más altos,” destacó el equipo de investigación.“La tasa de cobertura para el cultivo de tomate varía de un mínimo de 67,4% en diciembre a un máximo de 522,3% en octubre, mientras que para el cultivo de pepino se observa una tasa de cobertura mínima de 37,6% en diciembre y una tasa de cobertura máxima de 185,3% para Octubre.”
Un análisis económico de los datos recopilados mostró que el tiempo de recuperación del cultivo de tomate es de 7,2 años, mientras que el de pepino y lechuga es de 7,4 y 7,0 años, respectivamente.“El valor del tiempo de recuperación de los gases de efecto invernadero del sistema fue de 5,7 años y 2,6 años, basados en la generación de electricidad a base de gas natural y carbón, respectivamente.”
De cara al futuro, Bilir dijo que el trabajo futuro debería incluir análisis más detallados y considerar el almacenamiento como una opción adicional.“Quizás se puedan incorporar diferentes tipos de energía renovable,” Él concluyó.
