Έναν νέο σχεδιασμό θερμοκηπίου με ημιδιαφανή φωτοβολταϊκά, ο οποίος μπορεί να αυξήσει σημαντικά την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας χωρίς να απαιτεί μεγαλύτερη επιφάνεια, προτείνει διεθνής ερευνητική ομάδα με επικεφαλής επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο του Κατάρ.
Η μελέτη εστιάζει στην καλύτερη αξιοποίηση της ηλιακής ακτινοβολίας, με μεγαλύτερο μέρος των φωτοβολταϊκών επιφανειών να τοποθετείται στη νότια πλευρά της οροφής και στους κατακόρυφους τοίχους του θερμοκηπίου. Στόχος είναι να αυξηθεί η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, διατηρώντας παράλληλα σταθερή τη συνολική επιφάνεια του θερμοκηπίου και την επιφάνεια που καλύπτεται από φωτοβολταϊκά.
Οι ερευνητές εξέτασαν πέντε διαφορετικούς τύπους θερμοκηπίων και συνέκριναν την ενεργειακή τους απόδοση. Σε όλες τις περιπτώσεις χρησιμοποιήθηκαν τα ίδια ημιδιαφανή, αμφίπλευρα φωτοβολταϊκά πλαίσια διπλού γυαλιού, ισχύος 280 W. Κάθε θερμοκήπιο είχε επιφάνεια 24 τ.μ., ενώ η συνολική ενεργή επιφάνεια των φωτοβολταϊκών έφτανε τα 71 τ.μ.
Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο προτεινόμενος σχεδιασμός υπερείχε των συμβατικών διαμορφώσεων. Σε σύγκριση με το θερμοκήπιο τύπου vinery, η συνολική παραγωγή ενέργειας ήταν αυξημένη κατά 56,86%, ενώ έναντι των σχεδίων even-span και modified-arch η αύξηση ανήλθε σε 25,14% και 24,60%, αντίστοιχα. Σε σχέση με τη διαμόρφωση uneven-span, η βελτίωση ήταν 6,03%.
Κρίσιμος ο ρόλος των τοίχων
Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η συμβολή των κάθετων επιφανειών του θερμοκηπίου. Με βάση τον προτεινόμενο σχεδιασμό, οι φωτοβολταϊκές επιφάνειες των τοίχων παρήγαγαν 7.518,3 kWh, ξεπερνώντας την παραγωγή της οροφής, η οποία διαμορφώθηκε στις 5.493,5 kWh.
Στη συνέχεια, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν έναν βελτιωμένο αλγόριθμο βελτιστοποίησης για να καθορίσουν τον αποδοτικότερο συνδυασμό διαστάσεων και γωνιών κλίσης. Εξετάστηκαν, μεταξύ άλλων, το μήκος και το πλάτος του θερμοκηπίου, το μέγιστο ύψος, καθώς και οι γωνίες κλίσης της οροφής και των τοίχων.
Η διαδικασία οδήγησε σε σημαντικές αλλαγές στη γεωμετρία της κατασκευής. Το αρχικό μοντέλο είχε διαστάσεις 6 επί 4 μέτρα, μέγιστο ύψος 3 μέτρα και κλίση οροφής 50 μοιρών. Μετά τη βελτιστοποίηση, οι διαστάσεις διαμορφώθηκαν σε 4 επί 6 μέτρα, το ύψος περιορίστηκε στα 2,5 μέτρα και η κλίση της οροφής μειώθηκε στις 26 μοίρες.
Το αποτέλεσμα ήταν 20,1% υψηλότερη ετήσια παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε σχέση με την αρχική, μη βελτιστοποιημένη γεωμετρία.
Η έρευνα αναδεικνύει τη σημασία του σχεδιασμού στην αξιοποίηση των φωτοβολταϊκών στα θερμοκήπια, καθώς η σωστή τοποθέτηση των επιφανειών μπορεί να βελτιώσει την ενεργειακή απόδοση χωρίς να απαιτείται αύξηση της διαθέσιμης έκτασης.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, η συγκεκριμένη προσέγγιση μπορεί να συμβάλει στην ενσωμάτωση των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας στη γεωργική παραγωγή, προσφέροντας μια λύση που συνδυάζει την καλλιέργεια με την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
Πηγή: pv-magazine
