Проектування системи для теплиць на основі СЕС та теплового насосу

Запропонований турецькими вченими проект системи полягає в об’єднанні СЕС на даху з тепловим насосом із наземним джерелом тепла в теплиці, що використовується для вирощування помідорів, огірків та салату. Сонячна електростанція працює в режимі нетто-обліку, а електрика з мережі використовується, коли фотоелектрична генерація не може покрити попит. Згідно з отриманими результатами, термін окупності системи становить від 2,6 до 7 років.

Вчені з Університету Яшар у Туреччині розробили концепцію дизайну теплиць, у яких як джерело електроенергії для світлодіодного освітлення використовується фотоелектрична енергія, а для опалення та охолодження – тепловий насос.

“Спочатку ми розробили систему у 2017 році, і на той час термін окупності системи становив 5,7 років”, – сказав дослідник Левент Білір. “Я не впевнений, що сьогодні термін окупності коротший, ніж у 2017 році, оскільки ціни на енергію зростають”.

Гібридна система була змодельована з урахуванням теплиці розміром 5 x 30 м і площею 150 м2, використання 66 орієнтованих на південь сонячних панелей потужністю 200 Вт кожна, що покривають 50% даху теплиці, і установки теплового насоса з наземним джерелом тепла, який може використовуватися як для опалення, так і для охолодження. Вибране місце – місто Ізмір на заході Туреччини, де базова температура становить 25 градусів Цельсія, а сонячна радіація – 1 367 Вт/м2.

Максимальні значення ефективності масиву протягом року склали від 14,17% до 16,14%, у своїй кут нахилу даху становив 38,4 градуса. Панелі були розміщені на даху, створивши зазор між рядами модулів, щоб більш рівномірне сонячне випромінювання потрапляло всередину теплиці, яка зроблена з алюмінієвих рам та подвійного скла з 13-міліметровим повітряним прошарком. Коли фотоелектрична система виробляє більше енергії, ніж потрібно для теплиці, надлишки надходять до мережі. Аналогічно, коли потужності не вистачає, електроенергія береться з мережі.

Дослідницька група оцінила загальну ефективність запропонованої конструкції теплиці, розглянувши вирощування томатів, огірків та салату-латуку, для яких потрібні різні температури у приміщенні – 28, 36 та 24 градуси Цельсія відповідно. Оскільки навантаження на охолодження систем надзвичайно високе, вирощування припиняється у липні та серпні. Теплиця обігрівається або охолоджується 24 год за допомогою теплового насоса.

Вчені розрахували навантаження на опалення, охолодження та освітлення, а також місячну та річну потребу в електроенергії з урахуванням значень коефіцієнта корисної дії (COP) при опаленні та охолодженні. Крім того, вони розрахували місячні та річні значення коефіцієнта покриття для кожної культури та витрати на фотоелектричну систему та тепловий насос, а також витрати на страхування, експлуатацію та обслуговування.

Їх аналіз показав, що у літні місяці експлуатації, а це травень, червень та вересень, фотоелектрична система здатна покрити попит на електроенергію з коефіцієнтом покриття від 33,2 до 67,2%, що вони пояснюють тим, що потужність, необхідна для задоволення навантаження охолодження при вирощуванні всіх культур дуже висока. “Однак у зимові місяці експлуатації зустрічаються вищі значення коефіцієнта покриття”, – наголосила дослідницька група. “Коефіцієнт покриття при вирощуванні томатів коливається від мінімального значення 67,4% у грудні до максимального 522,3% у жовтні, а при вирощуванні огірків мінімальний коефіцієнт покриття 37,6% спостерігається у грудні, а максимальний 185,3% – у жовтні” .

Економічний аналіз зібраних даних показав, що термін окупності при вирощуванні томатів становить 7,2 роки, а огірків та салату – 7,4 та 7,0 років відповідно. “Термін окупності системи парникових газів склав 5,7 року і 2,6 року, при виробництві електроенергії на основі природного газу та вугілля, відповідно.”
Забігаючи вперед, Білір сказав, що майбутня робота має включати більш детальний аналіз та розглядати зберігання енергії як додатковий варіант. “Можливо, можна буде включити різні види відновлюваної енергії”, – сказав він.