Cultivo de tomates agrícolas-fotovoltaicos y al mismo tiempo se produce hidrógeno para ventanas inteligentes

Un grupo de investigación de la Universidad de Exeter investigó un concepto modular de producción de hidrógeno para hogares con energía agrovoltaica-. La energía agrovoltaica en los tejados alimenta un electrolizador que produce hidrógeno para vehículos de hidrógeno y ventanas inteligentes gasocrómicas aisladas. Las ventanas son una forma de vidrio aislante térmico que se oscurece o aclara mediante reacciones reversibles con hidrógeno y oxígeno, lo que permite controlar la luz y el calor.

"Esta investigación presenta un nuevo concepto de energía integrada-en edificios, que vincula la energía agrivoltaica, el hidrógeno, las fachadas inteligentes y la movilidad. Ofrece una nueva perspectiva sobre cómo los edificios podrían convertirse en centros energéticos activos y multifuncionales, una idea con una relevancia cada vez mayor para los futuros sistemas energéticos urbanos", dijo la investigadora Aritra Ghosh a pv magazine. "Si bien el área limitada del techo restringe naturalmente la producción total de hidrógeno, el valor del concepto radica en la integración y la novedad del sistema, en lugar de la producción a gran-escala".

Utilizando múltiples herramientas de software, el equipo simuló una casa residencial real de dos pisos-en Birmingham, Inglaterra. El edificio tiene una superficie total de aproximadamente 142,7 metros cuadrados, una altura de 4,8 metros y 55 metros cuadrados de superficie en la azotea disponible para agrivoltaica. Incluye 16 ventanas en nueve zonas térmicas. Birmingham experimenta temperaturas extremas moderadas, con temperaturas máximas en verano de aproximadamente 21 grados Celsius y mínimas en invierno cercanas a 1 grado.

En el techo plano, se instalaron 12 módulos solares en tres configuraciones: vertical, -en forma de cúpula con una inclinación de 20 grados o una inclinación optimizada de 30 grados. Cada configuración se probó con módulos monofaciales de 600 W o módulos bifaciales de 605 W. Los tomates se cultivaron debajo de los paneles, lo que requirió de seis a ocho horas de luz solar directa por día y temperaturas nocturnas de aproximadamente 13 grados.

Para producir hidrógeno a partir de la producción solar se utilizó un electrolizador de 7 kW con una eficiencia del 88%. El hidrógeno se modeló para tres usos: alimentar un Toyota Mirai 2017, alimentar las ventanas gasocrómicas o ambos. El rendimiento de las ventanas gasocrómicas de vacío también se comparó con alternativas de doble acristalamiento, electrocrómicas y gasocrómicas estándar.

"Utilizando una superficie de tejado de 55 m2, el sistema pudo producir suficiente hidrógeno para satisfacer la demanda anual del acristalamiento inteligente, que se calculó en sólo 52,56 gramos por año", dijo Ghosh. "Además, cuando se evalúa la producción de hidrógeno en términos de movilidad, el mismo sistema de techo - que utiliza una configuración fotovoltaica bifacial inclinada a 30 grados, en teoría podría soportar hasta 64,23 km de conducción por día. Esta estimación se basa en el rendimiento de un Toyota Mirai 2017, que tiene un tanque de hidrógeno con una capacidad de 5,6 kg".

Los resultados mostraron que el sistema bifacial con una inclinación de 30-grados generaba la mayor cantidad de electricidad, 7919 kWh al año, mientras que la configuración monofacial de 30-grados generaba el coste nivelado de electricidad más bajo: 0,061 GBP (0,082 dólares)/kWh. Los rendimientos de tomate fueron consistentes en todas las configuraciones, con 0,31 kg por metro cuadrado. Entre las opciones de acristalamiento, las ventanas gasocrómicas al vacío lograron el mejor rendimiento térmico, con un valor U de 1,32 W por metro cuadrado-kelvin, aunque con un espesor mayor de 24,62 mm.

"Si bien los volúmenes absolutos de hidrógeno son modestos, los resultados demuestran cómo las pequeñas áreas de tejados pueden soportar múltiples aplicaciones de hidrógeno a escala de edificio-, lo que refuerza el potencial de los sistemas modulares de hidrógeno fotovoltaico in situ-", afirmó Ghosh. "El impacto de la energía agrivoltaica en el aislamiento de los hogares y el uso óptimo del hidrógeno producido para la calefacción del hogar será el objetivo de nuestras futuras investigaciones.

Los resultados se publicaron en Energy and Buildings con el título "Producción de hidrógeno in situ con energía agrivoltaica en tejados para acristalamientos inteligentes gasocrómicos aislados y vehículos de hidrógeno: un enfoque holístico para la construcción residencial sostenible".