Systeemontwerp voor kassen die afhankelijk zijn van PV en aardwarmtepomp

Wetenschappers van de Yaşar Universiteit in Turkije hebben een ontwerpconcept ontwikkeld voor kassen die vertrouwen op PV als elektriciteitsbron voor LED-verlichting en een warmtepomp die wordt gebruikt voor verwarming en koeling.

“We hebben het systeem oorspronkelijk in 2017 ontwikkeld en op dat moment was de terugverdientijd van het systeem 5,7 jaar,” vertelde onderzoeker Levent Bilir aan pv magazine.“Ik weet niet zeker of de terugverdientijd vandaag korter is dan in 2017, aangezien de energieprijzen stijgen.”

Het hybride systeem is gemodelleerd uitgaande van een kas van 5 x 30 m met een oppervlakte van 150 m2, het gebruik van 66 zuidgerichte zonnepanelen met een vermogen van 200 W elk die 50% van het kasdek beslaan' en de inzet van een bodemwarmtepomp, een soort warmtepomp die zowel voor verwarming als voor koeling kan worden gebruikt. De gekozen locatie is de stad Izmir, in het westen van Turkije, waar de referentietemperatuur 25 graden Celsius is en de zonnestraling 1.367 W/m2.

De maximale array-efficiëntiewaarden in een jaar werden geschat tussen 14,17% en 16,14%, met een dakhoek van 38,4 graden. De panelen zijn op het dak geplaatst door een spleet te creëren tussen de modulerijen om een ​​meer uniforme zonnestraling de binnenkant van de kas te laten bereiken, die is gemaakt van aluminium kozijnen en dubbele beglazing met een 13 mm luchtlaag. Wanneer het PV-systeem meer stroom produceert dan de kas nodig heeft, wordt het overschot in het net geïnjecteerd. Evenzo, wanneer de output niet voldoende is, wordt elektriciteit van het netwerk afgenomen.

Het onderzoeksteam evalueerde de algehele prestaties van het voorgestelde kasontwerp, rekening houdend met de teelt van tomaat, komkommer en sla, die verschillende binnentemperaturen van respectievelijk 28, 36 en 24 graden Celsius vereisen. Omdat de koellasten van de systemen extreem hoog zijn, wordt de teelt in juli en augustus stopgezet. De kas wordt 24 uur per dag verwarmd of gekoeld door de warmtepomp.

De wetenschappers berekenden de verwarmings-, koelings- en verlichtingsbelasting, evenals de maandelijkse en jaarlijkse elektrische vraag door rekening te houden met de coëfficiënt van de prestatiewaarden (COP) bij verwarming en koeling. Verder berekenden ze maandelijkse en jaarlijkse dekkingsgraadwaarden voor elk gewas en de kosten voor het PV-systeem en de warmtepomp, evenals de kosten voor verzekering en bediening en onderhoud.

Uit hun analyse bleek dat het PV-systeem tijdens de zomermaanden, mei, juni en september, in staat is om de elektriciteitsvraag te dekken met een dekkingsgraadbereik van 33,2 tot 67,2%, wat ze verklaren met het feit dat het vermogen nodig is om aan de koelbelasting te voldoen voor de teelt van alle gewassen is zeer hoog.“Voor de wintermaanden worden echter hogere dekkingsgraden aangetroffen,” benadrukte het onderzoeksteam.“De dekkingsgraad voor de tomatenteelt varieert van minimaal 67,4% in december tot maximaal 522,3% in oktober, terwijl voor de komkommerteelt een minimale dekkingsgraad van 37,6% wordt gezien in december en een maximale dekkingsgraad van 185,3% voor Oktober.”

Een economische analyse van de verzamelde data toonde aan dat de terugverdientijd van de tomatenteelt 7,2 jaar is, die van komkommer en sla respectievelijk 7,4 en 7,0 jaar.“De terugverdientijd van broeikasgassen van het systeem was respectievelijk 5,7 jaar en 2,6 jaar, gebaseerd op elektriciteitsopwekking op basis van aardgas en kolen.”

Vooruitkijkend zei Bilir dat toekomstig werk meer gedetailleerde analyses moet omvatten en opslag als een extra optie moet beschouwen.“Misschien kunnen verschillende soorten hernieuwbare energie worden opgenomen,” concludeerde hij.