עיצוב מערכת לחממות בהסתמך על PV ומשאבת חום מקור קרקע

מדענים מאוניברסיטת Yaşar בטורקיה פיתחו קונספט עיצובי לחממות המסתמך על PV כמקור חשמל לתאורת LED ומשאבת חום המשמשת לחימום וקירור.

“פיתחנו את המערכת במקור בשנת 2017 ובאותה עת ערך זמן ההחזר של המערכת היה 5.7 שנים,” החוקר לבנט ביליר אמר למגזין pv.“אני לא בטוח אם זמן ההחזר קצר יותר היום מאשר 2017, מכיוון שמחירי האנרגיה עולים.”

המערכת ההיברידית עוצבה בהנחה של חממה בגודל 5 על 30 מ' עם משטח של 150 מ"ר, שימוש ב-66 פאנלים סולאריים בכיוון דרום עם הספק של 200 W כל אחד מכסה 50% מהגג של החממה' ופריסת משאבת חום מקור קרקע, שהיא מעין משאבת חום שיכולה לשמש גם לחימום וגם לקירור. המיקום הנבחר הוא העיר איזמיר, במערב טורקיה, בה טמפרטורת הייחוס היא 25 מעלות צלזיוס וקרינת השמש היא 1,367 W/m2.

ערכי יעילות המערך המקסימלית בשנה נאמדו בין 14.17% ל-16.14%, כאשר זווית הגג היא 38.4 מעלות. הפנלים הונחו על הגג על ידי יצירת רווח בין שורות המודולים על מנת לאפשר לקרינת שמש אחידה יותר להגיע אל פנים החממה, העשויה מסגרות אלומיניום וחלונות זכוכית כפולה עם שכבת אוויר 13 מ"מ. כאשר מערכת ה-PV מייצרת יותר חשמל ממה שנדרש על ידי החממה, העודפים מוזרקים לרשת. כמו כן, כאשר תפוקתו אינה מספקת, נלקח חשמל מהרשת.

צוות המחקר העריך את הביצועים הכוללים של תכנון החממה המוצע בהתחשב בגידול של עגבניות, מלפפון וחסה, הדורשים טמפרטורות פנים שונות של 28, 36 ו-24 מעלות צלזיוס, בהתאמה. כיוון שעומסי הקירור של המערכות גבוהים במיוחד, הטיפוח מופסק ביולי ואוגוסט. החממה מחוממת או מקוררת 24 שעות ביממה על ידי משאבת החום.

המדענים חישבו את עומס החימום, הקירור והתאורה, כמו גם את הביקוש החודשי והשנתי לחשמל על ידי התחשבות במקדם הביצועים (COP) בחימום ובקירור. יתר על כן, הם חישבו ערכי יחס כיסוי חודשיים ושנתיים עבור כל יבול ואת העלויות עבור מערכת ה-PV ומשאבת החום, כמו גם עלויות עבור ביטוח ותפעול ותחזוקה.

הניתוח שלהם הראה כי במהלך חודשי פעילות הקיץ, שהם מאי, יוני וספטמבר, מערכת ה-PV מסוגלת לכסות את הביקוש לחשמל עם טווח יחס כיסוי של 33.2% עד 67.2%, שהם מסבירים עם העובדה את ההספק הדרוש כדי לעמוד בעומס הקירור שכן הגידול של כל היבולים הוא גבוה מאוד.“עם זאת, בחודשי פעילות החורף, נתקלים בערכי יחס כיסוי גבוהים יותר,” צוות המחקר הדגיש.“יחס הכיסוי לגידול עגבניות נע בין מינימום של 67.4% בדצמבר למקסימום של 522.3% באוקטובר, בעוד שבגידול מלפפונים רואים בדצמבר יחס כיסוי מינימלי של 37.6% ונמצא יחס כיסוי מקסימלי של 185.3% לגידול עגבניות. אוֹקְטוֹבֶּר.”

ניתוח כלכלי של הנתונים שנאספו הראה שזמן ההחזר של גידול עגבניות הוא 7.2 שנים, בעוד של מלפפון וחסה הם 7.4 ו-7.0 שנים, בהתאמה.“ערך זמן החזר גזי החממה של המערכת היה 5.7 שנים ו-2.6 שנים, בהתבסס על ייצור גז טבעי וחשמל מבוסס פחם, בהתאמה.”

במבט קדימה, ביליר אמר שעבודה עתידית צריכה לכלול ניתוחים מפורטים יותר ולשקול אחסון כאפשרות נוספת.“אולי ניתן לשלב סוגי אנרגיה מתחדשת שונים,” הוא סיכם.