Projeto de sistema para estufas que dependem de bomba de calor fotovoltaica e de fonte subterrânea
Nov 15, 2021
Cientistas da Universidade Yaşar, na Turquia, desenvolveram um conceito de projeto para estufas que dependem de PV como fonte de eletricidade para iluminação LED e uma bomba de calor usada para aquecimento e resfriamento.
“Originalmente, desenvolvemos o sistema em 2017 e, na época, o valor do tempo de retorno do sistema era de 5,7 anos,” o pesquisador Levent Bilir disse à revista pv.“Não tenho certeza se o tempo de retorno do investimento é menor hoje do que 2017, pois os preços da energia estão subindo.”
O sistema híbrido foi modelado assumindo uma estufa de 5 x 30 m com uma superfície de 150 m2, o uso de 66 painéis solares orientados para o sul com uma produção de 200 W cada cobrindo 50% do telhado da estufa' s, e a implantação de uma bomba de calor de fonte subterrânea, que é um tipo de bomba de calor que pode ser usada tanto para aquecimento quanto para resfriamento. O local escolhido é a cidade de Izmir, no oeste da Turquia, onde a temperatura de referência é de 25 graus Celsius e a radiação solar é de 1.367 W / m2.
Os valores máximos de eficiência da matriz em um ano foram estimados entre 14,17% e 16,14%, sendo o ângulo da cobertura de 38,4 graus. Os painéis foram colocados na cobertura criando um vão entre as filas dos módulos para permitir que a radiação solar mais uniforme chegue ao interior da estufa, que é composta por caixilharia de alumínio e vidros duplos com camada de ar de 13 mm. Quando o sistema fotovoltaico produz mais energia do que o necessário para a estufa, o excedente é injetado na rede. Da mesma forma, quando sua produção não é suficiente, a eletricidade é retirada da rede.
A equipe de pesquisa avaliou o desempenho geral do projeto de estufa proposto considerando o cultivo de tomate, pepino e alface, que requerem diferentes temperaturas internas de 28, 36 e 24 graus Celsius, respectivamente. Como as cargas de resfriamento dos sistemas são extremamente altas, o cultivo é interrompido em julho e agosto. A estufa é aquecida ou resfriada 24 h / dia pela bomba de calor.
Os cientistas calcularam a carga de aquecimento, resfriamento e iluminação, bem como a demanda elétrica mensal e anual, levando em consideração os valores do coeficiente de desempenho (COP) em aquecimento e resfriamento. Além disso, calcularam os valores do rácio de cobertura mensal e anual para cada cultura e os custos do sistema fotovoltaico e da bomba de calor, bem como os custos de seguro e operação e manutenção.
A análise mostrou que durante os meses de operação de verão, que são maio, junho e setembro, o sistema fotovoltaico é capaz de cobrir a demanda de eletricidade com uma faixa de taxa de cobertura de 33,2 a 67,2%, o que explicam com o fato da potência necessária para atender à carga de resfriamento pois o cultivo de todas as safras é muito alto.“No entanto, para os meses de operação de inverno, valores de taxa de cobertura mais altos são encontrados,” a equipe de pesquisa destacou.“A taxa de cobertura para o cultivo de tomate varia de um mínimo de 67,4% em dezembro a um máximo de 522,3% em outubro, enquanto para o cultivo de pepino uma taxa de cobertura mínima de 37,6% é observada em dezembro e uma taxa de cobertura máxima de 185,3% é encontrada para Outubro.”
Uma análise econômica dos dados coletados mostrou que o tempo de retorno do cultivo do tomate é de 7,2 anos, enquanto o do pepino e da alface são de 7,4 e 7,0 anos, respectivamente.“O valor do tempo de recuperação do gás de efeito estufa do sistema foi de 5,7 anos e 2,6 anos, com base na geração de eletricidade a partir de gás natural e carvão, respectivamente.”
Olhando para o futuro, Bilir disse que o trabalho futuro deve incluir análises mais detalhadas e considerar o armazenamento como uma opção adicional.“Talvez diferentes tipos de energia renovável possam ser incorporados,” ele concluiu.
