Ερευνητές από την Τουρκία και το Κατάρ προσομοίωσαν την ανάπτυξη ντομάτας σε θερμοκήπιο εξοπλισμένο με σύστημα θέρμανσης, εξαερισμού και κλιματισμού (HVAC) που τροφοδοτείται από φωτοβολταϊκά πάνελ και αντλία θερμότητας αέρα.
Η ομάδα ανέπτυξε ένα νέο αριθμητικό μοντέλο προσομοίωσης που μπορεί να λάβει υπόψη την ανάπτυξη των φυτών και την εξάτμιση, όπως αναφέρει το περιοδικό pv.
«Είναι πιο δύσκολο να διατηρηθεί το εσωτερικό περιβάλλον του θερμοκηπίου και να καθοριστεί η διαστασιολόγηση του συστήματος HVAC από ό,τι στα σπίτια, λόγω της πολυπλοκότητας της δομής του κτιρίου του θερμοκηπίου και των αλληλεπιδράσεων θερμότητας/μάζας μεταξύ του προϊόντος και του εσωτερικού αέρα», εξήγησε. «Οι εργασίες στη βιβλιογραφία που προσομοιώνουν αγνοούν την ανάπτυξη των φυτών και εξετάζουν μόνο το εσωτερικό περιβάλλον».
Οι ακαδημαϊκοί χρησιμοποίησαν τα λογισμικά MATLAB και TRNSYS για τη μοντελοποίησή τους. Το προτεινόμενο σύστημα αποτελείται από έναν ανεμιστήρα, δύο βαλβίδες ελέγχου, ένα πηνίο θέρμανσης, ένα πηνίο ψύξης, έναν υγραντήρα και έναν αφυγραντήρα για τη θέρμανση, την ψύξη και τον κλιματισμό του εσωτερικού αέρα του θερμοκηπίου.
«Το σύστημα περιλαμβάνει επίσης μια αντλία θερμότητας για την κάλυψη της ζήτησης θέρμανσης/ψύξης και φωτοβολταϊκά πάνελ για την παραγωγή της ηλεκτρικής ενέργειας που απαιτείται για την αντλία θερμότητας», εξήγησαν, προσθέτοντας ότι τα υπόλοιπα μέρη του θερμοκηπίου τροφοδοτούνται από την ηλεκτρική ενέργεια του δικτύου. «Στο λογισμικό TRNSYS χρησιμοποιούνται 450 τεμάχια φωτοβολταϊκών μονάδων HSA72M10 MF-550 με ισχύ 247,5 kWp-DC και η απόδοση του αντιστροφέα θεωρείται 98%».
Το μοντέλο προσομοιώθηκε για να λειτουργήσει σε 4 πόλεις
Το μοντέλο προσομοίωσε ένα ολόκληρο έτος, με τρεις περιόδους ανάπτυξης – Ιανουάριο-Απρίλιο, Μάιο-Αύγουστο και Σεπτέμβριο-Δεκέμβριο. Σύμφωνα με τη διαθέσιμη βιβλιογραφία, η βέλτιστη θερμοκρασία για το σύστημα HVAC ορίστηκε στο εύρος 20 C έως 27 C και η σχετική υγρασία στο 40% έως 60%. Το μοντέλο προσομοιώθηκε για να λειτουργήσει σε τέσσερις πόλεις, με τους δικούς τους περιβαλλοντικούς και οικονομικούς όρους – τη Σμύρνη της Τουρκίας, την Καζαμπλάνκα του Μαρόκου, την Τύνιδα της Τυνησίας και τη Βαλένθια της Ισπανίας.
Η προσομοίωση έδειξε ότι το σύστημα της Σμύρνης κατανάλωσε 723.980 kWh ηλεκτρικής ενέργειας κατά τη διάρκεια ενός έτους, εκ των οποίων οι 376.030 kWh μέσω των φωτοβολταϊκών. Στην Καζαμπλάνκα, η συνολική κατανάλωση ήταν 690.550 kWh, ενώ οι 416.820 kWh από αυτές ήταν ηλιακές- στην Τύνιδα, ήταν συνολικά 684.110 kWh και 417.960 φωτοβολταϊκά- και στη Βαλένθια η κατανάλωση φωτοβολταϊκών ήταν 379.780 kWh από τις 697.400 kWh.
Σύμφωνα με τους υπολογισμούς των ερευνητών, η περίοδος απόσβεσης του συστήματος στη Βαλένθια ήταν 2,9 έτη και στην Καζαμπλάνκα 5,7 έτη. Στην Τύνιδα ήταν 9,31 χρόνια και στη Σμύρνη 13,55 χρόνια.
Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης συγκρίθηκαν με ένα σύστημα αναφοράς χωρίς σύστημα HVAC. «Οι μέσες εσωτερικές θερμοκρασίες του θερμοκηπίου με και χωρίς σύστημα HVAC είναι 32,8 C και 23,5 C στη Σμύρνη. Στην Καζαμπλάνκα, η μέση εσωτερική θερμοκρασία του θερμοκηπίου μειώνεται από τους 34,6 C στους 23,6 C με την εφαρμογή ενός συστήματος HVAC με τη βοήθεια φωτοβολταϊκών αντλιών θερμότητας», προσθέτουν. «Οι μέσες εσωτερικές θερμοκρασίες του θερμοκηπίου με και χωρίς σύστημα HVAC είναι 34,2 C και 23,5 C στην Τύνιδα. Η εφαρμογή ενός συστήματος HVAC με τη βοήθεια αντλίας θερμότητας με φωτοβολταϊκά στο θερμοκήπιο της Βαλένθια προκαλεί μείωση της μέσης ετήσιας εσωτερικής θερμοκρασίας του θερμοκηπίου από 33,3 C σε 23,5 C».
Οι επιστήμονες παρουσίασαν το σύστημα στην εργασία «Ολοκληρωμένο μεταβατικό μοντέλο στο TRNSYS για τη θερμική διαχείριση της διαδικασίας ανάπτυξης τομάτας σε θερμοκήπιο με σύστημα HVAC υποβοηθούμενο από φωτοβολταϊκή αντλία θερμότητας», που δημοσιεύθηκε στο International Journal of Thermofluids. Η εργασία συντάχθηκε από επιστήμονες από τα Πανεπιστήμια Eylül και Yaşar της Τουρκίας, καθώς και από το Πανεπιστήμιο Hamad Bin Khalifa του Κατάρ.
