Menumbuhkan Agri-Tomat PV Sambil Memproduksi Hidrogen Untuk Jendela Cerdas

Sebuah kelompok penelitian di Universitas Exeter menyelidiki konsep produksi hidrogen bertenaga agrivoltaik{0}}untuk rumah tangga. Agrivoltaik di atap memberi daya pada elektroliser yang menghasilkan hidrogen untuk kendaraan hidrogen dan jendela pintar gasokromik berinsulasi. Jendela adalah bentuk kaca isolasi termal yang menjadi gelap atau bersih melalui reaksi reversibel dengan hidrogen dan oksigen, memungkinkan pengendalian cahaya dan panas.

"Penelitian ini menyajikan konsep energi terintegrasi-bangunan baru, yang menghubungkan agrivoltaik, hidrogen, fasad cerdas, dan mobilitas. Penelitian ini menawarkan perspektif baru tentang bagaimana bangunan dapat menjadi pusat energi yang aktif dan multifungsi, sebuah gagasan yang semakin relevan untuk sistem energi perkotaan di masa depan," kata peneliti Aritra Ghosh kepada majalah pv. "Meskipun luas atap yang terbatas secara alami membatasi total produksi hidrogen, nilai dari konsep ini terletak pada integrasi sistem dan kebaruannya, dibandingkan-produksi skala besar."

Dengan menggunakan beberapa perangkat lunak, tim menyimulasikan-rumah hunian berlantai dua di Birmingham, Inggris. Bangunan ini memiliki total luas lantai sekitar 142,7 meter persegi, tinggi 4,8 meter, dan area rooftop seluas 55 meter persegi yang tersedia untuk agrivoltaik. Ini mencakup 16 jendela di sembilan zona termal. Birmingham mengalami suhu ekstrem sedang, dengan suhu puncak musim panas sekitar 21 derajat Celcius dan suhu terendah di musim dingin mendekati 1 derajat.

Di atap datar, 12 modul surya dipasang dalam tiga konfigurasi: vertikal, berbentuk kubah-dengan kemiringan 20 derajat, atau kemiringan 30 derajat yang dioptimalkan. Setiap konfigurasi diuji dengan modul monofasial 600 W atau modul bifasial 605 W. Tomat ditanam di bawah panel, membutuhkan enam hingga delapan jam sinar matahari langsung per hari dan suhu malam hari sekitar 13 derajat.

Elektroliser 7 kW dengan efisiensi 88% digunakan untuk menghasilkan hidrogen dari keluaran tenaga surya. Hidrogen dimodelkan untuk tiga kegunaan: sebagai bahan bakar Toyota Mirai 2017, untuk menyalakan jendela gasokromik, atau keduanya. Performa jendela gasokromik vakum juga dibandingkan dengan jendela-kaca ganda, elektrokromik, dan alternatif gasokromik standar.

“Dengan menggunakan area atap seluas 55 m2, sistem ini mampu menghasilkan cukup hidrogen untuk memenuhi permintaan tahunan kaca pintar, yang dihitung hanya 52,56 gram per tahun,” kata Ghosh. “Selain itu, ketika keluaran hidrogen dinilai dari segi mobilitas, sistem atap yang sama - menggunakan konfigurasi PV bifacial yang dimiringkan pada 30 derajat – secara teoritis dapat mendukung berkendara hingga 64,23 km per hari. Perkiraan ini didasarkan pada kinerja Toyota Mirai 2017, yang memiliki kapasitas tangki hidrogen sebesar 5,6 kg.”

Hasilnya menunjukkan bahwa sistem bifasial dengan kemiringan 30-derajat menghasilkan listrik paling banyak, yaitu 7.919 kWh per tahun, sedangkan konfigurasi monofasial 30-derajat menghasilkan biaya listrik terendah yaitu GBP 0,061 ($0,082)/kWh. Hasil tomat konsisten di seluruh konfigurasi yaitu 0,31 kg per meter persegi. Di antara pilihan kaca, jendela gasokromik vakum mencapai kinerja termal terbaik, dengan nilai U sebesar 1,32 W per meter persegi-kelvin, meskipun dengan ketebalan lebih besar yaitu 24,62 mm.

"Meskipun volume hidrogen absolutnya kecil, hasilnya menunjukkan bagaimana area atap yang kecil dapat mendukung berbagai aplikasi hidrogen-skala bangunan, memperkuat potensi sistem hidrogen-PV modular di lokasi," kata Ghosh. “Dampak agrivoltaik pada isolasi rumah dan penggunaan hidrogen yang dihasilkan secara optimal untuk pemanasan rumah akan menjadi tujuan penelitian kami lebih lanjut.

Hasilnya dipublikasikan di Energi dan Bangunan dengan judul "Produksi hidrogen di lokasi bertenaga agrivoltaik di atap untuk kaca pintar gasokromik terisolasi dan kendaraan hidrogen: Pendekatan holistik untuk bangunan perumahan berkelanjutan."