การออกแบบระบบสำหรับโรงเรือนโดยใช้ปั๊มความร้อนจากแหล่ง PV และพื้นดิน

นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยยาซาร์ในตุรกีได้พัฒนาแนวคิดการออกแบบสำหรับเรือนกระจกโดยใช้เซลล์แสงอาทิตย์เป็นแหล่งกำเนิดไฟฟ้าสำหรับไฟ LED และปั๊มความร้อนที่ใช้สำหรับการทำความร้อนและความเย็น

“เดิมทีเราพัฒนาระบบในปี 2560 และในขณะนั้นมูลค่าเวลาคืนทุนของระบบคือ 5.7 ปี” นักวิจัย Levent Bilir บอกกับนิตยสาร pv“ฉันไม่แน่ใจว่าเวลาคืนทุนในวันนี้สั้นกว่าปี 2560 หรือไม่ เนื่องจากราคาพลังงานสูงขึ้น”

ระบบไฮบริดถูกจำลองโดยสมมติว่าเรือนกระจกขนาด 5 x 30 ม. มีพื้นผิว 150 ตร.ม. ใช้แผงโซลาร์เซลล์ที่มุ่งเน้นทิศใต้ 66 แผงซึ่งมีกำลังส่ง 200 W แต่ละแผงครอบคลุม 50% ของหลังคาเรือนกระจก' และการใช้ปั๊มความร้อนจากแหล่งกราวด์ซึ่งเป็นปั๊มความร้อนชนิดหนึ่งที่ใช้ได้ทั้งการให้ความร้อนและความเย็น ตำแหน่งที่เลือกคือเมืองอิซเมียร์ ทางตะวันตกของตุรกี โดยมีอุณหภูมิอ้างอิงอยู่ที่ 25 องศาเซลเซียส และรังสีดวงอาทิตย์อยู่ที่ 1,367 W/m2

ค่าประสิทธิภาพอาร์เรย์สูงสุดในหนึ่งปีอยู่ที่ประมาณ 14.17% ถึง 16.14% โดยมีมุมของหลังคา 38.4 องศา แผงวางบนหลังคาโดยสร้างช่องว่างระหว่างแถวโมดูลเพื่อให้รังสีดวงอาทิตย์ที่สม่ำเสมอมากขึ้นไปถึงด้านในของเรือนกระจก ซึ่งทำจากกรอบอลูมิเนียมและหน้าต่างกระจกสองชั้นที่มีชั้นอากาศ 13 มม. เมื่อระบบ PV ผลิตพลังงานมากกว่าที่เรือนกระจกต้องการ ส่วนเกินจะถูกฉีดเข้าไปในกริด ในทำนองเดียวกันเมื่อเอาต์พุตไม่เพียงพอ ไฟฟ้าจะถูกดึงออกจากเครือข่าย

ทีมวิจัยได้ประเมินประสิทธิภาพโดยรวมของการออกแบบเรือนกระจกที่เสนอโดยพิจารณาจากการเพาะปลูกมะเขือเทศ แตงกวา และผักกาดหอม ซึ่งต้องการอุณหภูมิในร่มที่แตกต่างกัน 28, 36 และ 24 องศาเซลเซียสตามลำดับ เนื่องจากภาระการทำความเย็นของระบบสูงมาก การเพาะปลูกจึงหยุดในเดือนกรกฎาคมและสิงหาคม เรือนกระจกได้รับความร้อนหรือเย็น 24 ชั่วโมง/วันโดยปั๊มความร้อน

นักวิทยาศาสตร์ได้คำนวณภาระการให้ความร้อน การทำความเย็น และการให้แสงสว่าง ตลอดจนความต้องการไฟฟ้ารายเดือนและรายปีโดยคำนึงถึงค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพ (COP) ในการทำความร้อนและความเย็น นอกจากนี้ พวกเขายังคำนวณค่าอัตราส่วนความครอบคลุมรายเดือนและรายปีสำหรับพืชผลแต่ละชนิด และค่าใช้จ่ายสำหรับระบบ PV และปั๊มความร้อน ตลอดจนต้นทุนสำหรับการประกันและการดำเนินงานและการบำรุงรักษา

การวิเคราะห์ของพวกเขาแสดงให้เห็นว่าในช่วงเดือนที่ปฏิบัติการในฤดูร้อน ซึ่งก็คือ พฤษภาคม มิถุนายน และกันยายน ระบบ PV สามารถครอบคลุมความต้องการไฟฟ้าด้วยช่วงอัตราส่วนความครอบคลุม 33.2 ถึง 67.2% ซึ่งอธิบายด้วยข้อเท็จจริงเกี่ยวกับพลังงานที่จำเป็นต่อภาระการทำความเย็น สำหรับการเพาะปลูกพืชผลทั้งหมดนั้นสูงมาก“อย่างไรก็ตาม สำหรับเดือนที่ปฏิบัติการในฤดูหนาว จะพบค่าอัตราส่วนความครอบคลุมที่สูงขึ้น” ทีมวิจัยเน้นย้ำ“อัตราส่วนการครอบคลุมสำหรับการเพาะปลูกมะเขือเทศมีตั้งแต่ขั้นต่ำ 67.4% ในเดือนธันวาคมถึงสูงสุด 522.3% ในเดือนตุลาคม ในขณะที่สำหรับการเพาะปลูกแตงกวา อัตราส่วนการครอบคลุมขั้นต่ำที่ 37.6% จะเห็นในเดือนธันวาคม และพบอัตราส่วนการครอบคลุมสูงสุดที่ 185.3% สำหรับ ตุลาคม.”

การวิเคราะห์ทางเศรษฐศาสตร์ของข้อมูลที่รวบรวมได้แสดงให้เห็นว่าเวลาคืนทุนสำหรับการเพาะปลูกมะเขือเทศคือ 7.2 ปี ในขณะที่แตงกวาและผักกาดหอมคือ 7.4 และ 7.0 ปีตามลำดับ“มูลค่าเวลาคืนทุนก๊าซเรือนกระจกของระบบคือ 5.7 ปี และ 2.6 ปี ตามการผลิตไฟฟ้าจากก๊าซธรรมชาติและถ่านหินตามลำดับ”

เมื่อมองไปข้างหน้า Bilir กล่าวว่างานในอนาคตควรมีการวิเคราะห์ที่ละเอียดยิ่งขึ้นและพิจารณาการจัดเก็บเป็นตัวเลือกเพิ่มเติม“อาจรวมพลังงานหมุนเวียนประเภทต่างๆ เข้าไว้ด้วยกัน” เขาสรุป