Учени симулираха жилищна сграда, базирана на истинска двуетажна къща в Обединеното кралство, като комбинираха агроволтаици на покрива с производство на водород на място. Електричеството, генерирано от слънчевата система, се използва за производство на водород, който след това се подава към водородно превозно средство и изолирани газохромни смарт-прозорци.
Изследователска група в Университета в Ексетър проучва модулна, агроволтаична концепция за производство на водород за домакинствата. Моделът на къща има агро-фотоволтаици на покрива, които захранват електролизатор, който пък произвежда водород за водородни превозни средства и за изолирани газохромни интелигентни прозорци.
Прозорците са от топлоизолиращо стъкло, което потъмнява или се прояснява чрез обратими химически реакции, позволявайки контрол на светлината и затоплянето.
„Това изследване представя нова концепция за енергията в сградата, свързваща агроволтаиката, водорода, интелигентните фасади и мобилността. То предлага нова гледка точка за това как сградите биха могли да се превърнат в активни, многофункционални енергийни центрове – идея с нарастващо значение за бъдещите градски енергийни системи“, каза изследователката Аритра Гош.
„Въпреки че ограничената площ на покрива естествено ограничава общото производство на водород, стойността на концепцията се крие в нейната системна интеграция и новостта, а не в мащабното производство“, допълва тя.
Използвайки множество софтуерни инструменти, екипът симулира истинска двуетажна жилищна къща в Бирмингам, Англия. Сградата има обща площ от около 142,7 квадратни метра, височина от 4,8 метра и 55 квадратни метра покривна площ, достъпна за агриволтаици.
Еко-къщата включва 16 прозореца в девет термични зони. Бирмингам е с умерени температурни крайности, с пикови летни температури от около 21 градуса по Целзий и зимни минимуми близо до 1 градус.
На плоския покрив са инсталирани 12 слънчеви модула в три конфигурации: вертикална, куполообразна с наклон от 20 градуса или оптимизиран наклон от 30 градуса. Всяка конфигурация е тествана или с едностранни модули с мощност 600 W, или с двустранни модули с мощност 605 W.
Под панелите се отглеждат домати, изискващи шест до осем часа пряка слънчева светлина на ден и нощни температури от около 13 градуса.
За производството на водород от слънчевата енергия е използван електролизатор с мощност 7 kW и ефективност от 88%. Водородът е избран за три приложения: захранване на автомобил Toyota Mirai от 2017 г., захранване на газохромните прозорци или и двете.
Производителността на вакуумните газохромни прозорци е сравнена и с алтернативи с двойно остъкляване, електрохромни и стандартни газохромни прозорци.
„Използвайки покривна площ от 55 м², системата успява да произведе достатъчно водород, за да задоволи годишното търсене на интелигентното остъкляване, което е изчислено на едва 52,56 грама годишно“, казва Гош.
„Освен това, когато производството на водород се оцени по отношение на мобилността, същата покривна система – използваща двустранна фотоволтаична конфигурация, наклонена на 30 градуса – теоретично би могла да поддържа до 64,23 км шофиране на ден. Тази оценка се основава на производителността на Toyota Mirai от 2017 г., която има резервоар за водород с капацитет 5,6 кг“, пояснява Гош.
Резултатите показват още, че двустранната система с 30-градусов наклон генерира най-много електроенергия – 7 919 kWh годишно, докато едностранната 30-градусовa конфигурация осигурява най-ниската изравнена цена на електроенергията: 0,082 долара на киловатчас.
Добивът на домати е постоянен при всички конфигурации – 0,31 кг на квадратен метър. Сред вариантите за остъкляване вакуумните газохромни прозорци постигат най-добри топлинни характеристики, с U-стойност от 1,32 W на квадратен метър-келвин, макар и при по-голяма дебелина от 24,62 мм.
„Въпреки че абсолютните обеми на водорода са скромни, резултатите показват как малките покривни площи могат да поддържат множество приложения на водород в мащаб на сграда, засилвайки потенциала на модулни, локални фотоволтаични-водородни системи“, казва Гош.
„Въздействието на агриволтаиката върху изолацията на жилищата и оптималното използване на произведения водород за отопление на дома ще бъде целта на нашите по-нататъшни изследвания”, уточнява тя.
