การปลูกมะเขือเทศเกษตร-พร้อมทั้งผลิตไฮโดรเจนสำหรับหน้าต่างอัจฉริยะ

กลุ่มวิจัยที่มหาวิทยาลัย Exeter ได้ตรวจสอบแนวคิดการผลิตไฮโดรเจนที่ใช้พลังงานจากการเกษตรแบบแยกส่วน-สำหรับครัวเรือน เกษตรโวลตาอิกบนหลังคาให้พลังงานแก่อิเล็กโตรไลเซอร์ที่ผลิตไฮโดรเจนสำหรับยานยนต์ไฮโดรเจนและสำหรับกระจกอัจฉริยะแบบแก๊สโซโครมิกที่หุ้มฉนวน หน้าต่างเป็นรูปแบบหนึ่งของกระจกฉนวนความร้อนที่ทำให้มืดลงหรือจางลงโดยปฏิกิริยาที่เปลี่ยนกลับได้กับไฮโดรเจนและออกซิเจน ทำให้สามารถควบคุมแสงและความร้อนได้

"งานวิจัยนี้นำเสนอแนวคิดพลังงานบูรณาการอาคาร-ใหม่ โดยเชื่อมโยงเกษตรโวลตาอิก ไฮโดรเจน ผนังอาคารอัจฉริยะ และความคล่องตัว โดยนำเสนอมุมมองใหม่ว่าอาคารต่างๆ จะกลายเป็นศูนย์กลางพลังงานแบบมัลติฟังก์ชั่นได้อย่างไร ซึ่งเป็นแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับระบบพลังงานในเมืองในอนาคตที่เพิ่มมากขึ้น" นักวิจัย Aritra Ghosh กล่าวกับนิตยสาร pv "แม้ว่าพื้นที่หลังคาที่จำกัดโดยธรรมชาติจะจำกัดปริมาณไฮโดรเจนทั้งหมด แต่คุณค่าของแนวคิดนี้อยู่ที่การบูรณาการระบบและความแปลกใหม่ มากกว่าการผลิตขนาดใหญ่-"

ทีมงานได้ใช้เครื่องมือซอฟต์แวร์หลายตัวในการจำลองบ้านพักอาศัยสองชั้น-ของจริงในเบอร์มิงแฮม ประเทศอังกฤษ อาคารมีพื้นที่รวมประมาณ 142.7 ตารางเมตร สูง 4.8 เมตร และพื้นที่ดาดฟ้า 55 ตารางเมตรสำหรับเกษตรโวลตาอิก ประกอบด้วยหน้าต่าง 16 บานทั่วเก้าโซนความร้อน เบอร์มิงแฮมเผชิญกับอุณหภูมิสุดขั้วปานกลาง โดยมีอุณหภูมิสูงสุดในฤดูร้อนประมาณ 21 องศาเซลเซียส และอุณหภูมิต่ำสุดในฤดูหนาวใกล้ 1 องศา

บนหลังคาเรียบ มีการติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์ 12 แผงในรูปแบบสามรูปแบบ: แนวตั้ง โดม-มีรูปทรงเอียง 20 องศา หรือการเอียง 30 องศาแบบปรับให้เหมาะสม การกำหนดค่าแต่ละรายการได้รับการทดสอบกับโมดูลแบบหน้าเดียว 600 W หรือโมดูลแบบสองหน้า 605 W มะเขือเทศปลูกอยู่ใต้แผง โดยต้องได้รับแสงแดดโดยตรงหกถึงแปดชั่วโมงต่อวัน และอุณหภูมิกลางคืนประมาณ 13 องศา

มีการใช้อิเล็กโทรไลเซอร์ขนาด 7 kW ที่มีประสิทธิภาพ 88% เพื่อผลิตไฮโดรเจนจากพลังงานแสงอาทิตย์ ไฮโดรเจนถูกสร้างขึ้นมาเพื่อการใช้งาน 3 ประการ ได้แก่ เติมเชื้อเพลิงให้กับ Toyota Mirai ปี 2017 จ่ายไฟให้กับกระจกแก๊สโซโครมิก หรือทั้งสองอย่าง นอกจากนี้ ประสิทธิภาพของหน้าต่างแก๊สโซโครมิกสุญญากาศยังถูกนำมาเปรียบเทียบกับ-กระจกสองชั้น อิเล็กโตรโครมิก และทางเลือกแก๊สโซโครมิกมาตรฐาน

“การใช้พื้นที่ดาดฟ้าขนาด 55 ตร.ม. ทำให้ระบบสามารถผลิตไฮโดรเจนได้เพียงพอต่อความต้องการกระจกอัจฉริยะต่อปี ซึ่งคำนวณได้เพียง 52.56 กรัมต่อปี” Ghosh กล่าว "นอกจากนี้ เมื่อประเมินปริมาณไฮโดรเจนในแง่ของความคล่องตัว ระบบหลังคาเดียวกัน - โดยใช้การกำหนดค่า PV แบบสองหน้าเอียงที่ 30 องศา ซึ่งตามทฤษฎีแล้วสามารถรองรับการขับขี่ได้สูงสุดถึง 64.23 กม. ต่อวัน การประมาณการนี้อิงตามประสิทธิภาพของ Toyota Mirai ปี 2017 ซึ่งมีความจุถังไฮโดรเจน 5.6 กก."

ผลการวิจัยพบว่าระบบสองหน้าที่มีความเอียง 30- องศาสามารถผลิตไฟฟ้าได้มากที่สุดที่ 7,919 kWh ต่อปี ในขณะที่การกำหนดค่าแบบใบหน้าเดียว 30{- องศาทำให้ต้นทุนไฟฟ้าในระดับต่ำสุดที่ 0.061 ปอนด์ (0.082 ดอลลาร์)/kWh ผลผลิตมะเขือเทศมีความสม่ำเสมอในทุกรูปแบบที่ 0.31 กิโลกรัมต่อตารางเมตร ในบรรดาตัวเลือกกระจกต่างๆ หน้าต่างแก๊สโซโครมิกแบบสุญญากาศมีประสิทธิภาพในการระบายความร้อนที่ดีที่สุด โดยมีค่า U อยู่ที่ 1.32 วัตต์ต่อตารางเมตร-เคลวิน แม้ว่าจะมีความหนามากกว่า 24.62 มม.

"แม้ว่าปริมาตรไฮโดรเจนสัมบูรณ์จะอยู่ในระดับปานกลาง แต่ผลลัพธ์ที่ได้แสดงให้เห็นว่าพื้นที่หลังคาขนาดเล็กสามารถรองรับการใช้งานไฮโดรเจนในอาคารหลาย-ได้อย่างไร ซึ่งตอกย้ำศักยภาพของระบบไฮโดรเจน PV แบบโมดูลาร์ในสถานที่-" Ghosh กล่าว "ผลกระทบของเกษตรโวลตาอิกต่อฉนวนภายในบ้านและการใช้ไฮโดรเจนที่ผลิตได้อย่างเหมาะสมเพื่อให้ความร้อนภายในบ้านจะเป็นเป้าหมายของการวิจัยเพิ่มเติมของเรา

ผลการวิจัยได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Energy and Buildings ภายใต้หัวข้อ "การผลิตไฮโดรเจนบนหลังคาที่ขับเคลื่อนด้วยการเกษตรบนหลังคาสำหรับกระจกอัจฉริยะแบบแก๊สโซโครมิกหุ้มฉนวนและยานยนต์ไฮโดรเจน: แนวทางแบบองค์รวมในการสร้างอาคารที่อยู่อาศัยที่ยั่งยืน"