Un gruppo di ricerca dell’Università di Exeter ha studiato un concetto modulare di produzione di idrogeno alimentato da agrivoltaico per le abitazioni. L’agrivoltaico installato sui tetti alimenta un elettrolizzatore che produce idrogeno per veicoli a idrogeno e per finestre intelligenti fotocromatiche a idrogeno isolate. Le finestre sono una forma di vetro termoisolante che si oscura o si schiarisce attraverso reazioni reversibili con idrogeno e ossigeno, consentendo il controllo della luce e del calore.
“Questa ricerca presenta un nuovo concetto di energia integrata negli edifici, che collega l’agrivoltaico, l’idrogeno, le facciate intelligenti e la mobilità. Offre una nuova prospettiva su come gli edifici potrebbero diventare hub energetici attivi e multifunzionali, un’idea sempre più rilevante per i futuri sistemi energetici urbani”, ha dichiarato il ricercatore Aritra Ghosh a pv magazine. ” Sebbene la superficie limitata del tetto limiti naturalmente la produzione totale di idrogeno, il valore del concetto risiede nella sua integrazione di sistema e nella sua novità, piuttosto che nella produzione su larga scala”.
Utilizzando diversi strumenti software, il team ha simulato una vera casa residenziale a due piani a Birmingham, in Inghilterra. L’edificio ha una superficie totale di circa 142,7 metri quadrati, un’altezza di 4,8 metri e 55 metri quadrati di superficie del tetto disponibili per l’agrivoltaico. Comprende 16 finestre distribuite su nove zone termiche. Birmingham ha temperature estreme moderate, con picchi estivi di circa 21 gradi Celsius e minime invernali vicine a 1 grado.
Sul tetto piano sono stati installati 12 moduli solari in tre configurazioni: verticale, a cupola con un’inclinazione di 20 gradi o con un’inclinazione ottimizzata di 30 gradi. Ciascuna configurazione è stata testata con moduli monofacciali da 600 W o moduli bifacciali da 605 W. I pomodori sono stati coltivati sotto i pannelli, che richiedono da sei a otto ore di luce solare diretta al giorno e temperature notturne di circa 13 gradi.
Per produrre idrogeno dall’energia solare è stato utilizzato un elettrolizzatore da 7 kW con un’efficienza dell’88%. L’idrogeno è stato modellato per tre usi: alimentare una Toyota Mirai del 2017, alimentare i finestrini gasocromici o entrambi. Le prestazioni dei finestrini cromogenici sottovuoto sono state confrontate anche con alternative a doppio vetro, elettrocromiche e fotocromatiche standard.
“Utilizzando una superficie del tetto di 55 m2, il sistema è stato in grado di produrre idrogeno sufficiente a soddisfare il fabbisogno annuale dei vetri intelligenti, calcolato in soli 52,56 grammi all’anno”, ha affermato Ghosh. “Inoltre, se si valuta la produzione di idrogeno in termini di mobilità, lo stesso sistema sul tetto, utilizzando una configurazione fotovoltaica bifacciale inclinata di 30 gradi, potrebbe teoricamente supportare fino a 64,23 km di guida al giorno. Questa stima si basa sulle prestazioni di una Toyota Mirai del 2017, che ha una capacità del serbatoio di idrogeno di 5,6 kg”.
I risultati hanno mostrato che il sistema bifacciale con un’inclinazione di 30 gradi ha generato la maggior quantità di elettricità, pari a 7.919 kWh all’anno, mentre la configurazione monofacciale a 30 gradi ha fornito il costo livellato dell’elettricità più basso, pari a 0,061 GBP (0,082 USD)/kWh. La resa dei pomodori è stata costante in tutte le configurazioni, pari a 0,31 kg per metro quadrato. Tra le opzioni di vetratura, le finestre gasocromatiche/fotocromatiche sottovuoto hanno ottenuto le migliori prestazioni termiche, con un valore U di 1,32 W per metro quadrato-kelvin, sebbene con uno spessore maggiore di 24,62 mm.
“Sebbene i volumi assoluti di idrogeno siano modesti, i risultati dimostrano come piccole aree di tetto possano supportare molteplici applicazioni di idrogeno su scala edilizia, rafforzando il potenziale dei sistemi modulari fotovoltaico-idrogeno in loco”, ha affermato Ghosh. “L’impatto dell’agrivoltaico sull’isolamento domestico e l’uso ottimale dell’idrogeno prodotto per il riscaldamento domestico saranno l’obiettivo della nostra ulteriore ricerca.
I risultati sono stati pubblicati su Energy and Buildings con il titolo “Rooftop agrivoltaic powered onsite hydrogen production for insulated gasochromic smart glazing and hydrogen vehicles: A holistic approach to sustainable residential building”.
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