スマート ウィンドウ用の水素を生産しながら農業-PVトマトを栽培

エクセター大学の研究グループは、モジュール式の農業発電を利用した家庭向けの水素生成コンセプトを調査しました。{0}屋上のアグリボルタは、水素自動車や断熱ガスクロミック スマート ウィンドウ用の水素を生成する電解槽に電力を供給します。窓は断熱ガラスの一種で、水素と酸素との可逆的な反応によって暗くなったり透明になったりするため、光と熱の制御が可能になります。

研究者のアリトラ・ゴーシュ氏は、「この研究は、農業発電、水素、スマート ファサード、モビリティを結びつける、新しい建物統合エネルギーの概念を提示しています。この研究は、建物がどのようにアクティブで多機能なエネルギー ハブになり得るかについて、新たな視点を提供します。このアイデアは、将来の都市エネルギー システムに関連性が高まっています」と研究者のアリトラ ゴーシュ氏は pv 誌に語った。 「屋根面積が限られているため、当然総水素生産量は制限されますが、このコンセプトの価値は大規模な生産ではなく、システムの統合と新規性にあります。」-

チームは複数のソフトウェア ツールを使用して、イギリスのバーミンガムにある実際の 2 階建て住宅をシミュレーションしました。{0}建物の延床面積は約142.7平方メートル、高さは4.8メートル、農業用に利用できる屋上面積は55平方メートル。 9 つのサーマル ゾーンにまたがる 16 個の窓が含まれています。バーミンガムでは適度な極端な気温があり、夏の最高気温は約 21 ℃、冬の最低気温は 1 ℃近くです。

陸屋根には、12 個のソーラー モジュールが 3 つの構成で設置されました。垂直型、20 度傾斜したドーム型、または最適化された 30 度傾斜したものです。-各構成は、600 W 片面モジュールまたは 605 W 両面モジュールのいずれかを使用してテストされました。トマトはパネルの下で栽培され、1日あたり6〜8時間の直射日光と夜間の気温が約13度必要でした。

88% の効率を持つ 7 kW の電解槽を使用して、太陽光発電から水素を生成しました。水素は、2017 トヨタ ミライへの燃料供給、ガスクロミック ウィンドウへの電力供給、またはその両方の 3 つの用途を想定してモデル化されました。真空ガスクロミック窓の性能も、複層ガラス、エレクトロクロミック、および標準的なガスクロミック代替品と比較されました。-

「55平方メートルの屋上エリアを使用して、このシステムはスマートガラスの年間需要を満たすのに十分な水素を生成することができました。年間需要はわずか52.56グラムと計算されました」とゴーシュ氏は述べた。 「さらに、水素出力をモビリティの観点から評価すると、30度傾斜した両面受光型PV構成を使用した同じ屋上システム-は、理論的には1日あたり最大64.23kmの走行をサポートできます。この推定値は、水素タンク容量が5.6kgの2017年型トヨタ・ミライの性能に基づいています。」

その結果、30-度傾斜の両面受面システムが年間 7,919 kWh で最も多くの電力を生成する一方、30-度の単受面構成では平準化電力コストが最も低く、0.061 ポンド（0.082 ドル）/kWh であったことがわかりました。トマトの収量はどの構成でも一定で、1 平方メートルあたり 0.31 kg でした。ガラスのオプションの中で、真空ガスクロミック窓は、厚さ 24.62 mm でありながら、U 値 1.32 W/平方メートルケルビンで最高の熱性能を達成しました。

「絶対的な水素量は控えめですが、この結果は、小さな屋上エリアが複数の建物規模の水素アプリケーションをサポートできることを示しており、モジュール式のオンサイト PV{1}} 水素システムの可能性を強化しています」とゴーシュ氏は述べています。 「住宅の断熱に対するアグリボルタクスの影響と、生成された水素の住宅暖房への最適な利用が、私たちのさらなる研究の目標となります。

この結果は、「断熱ガスクロミックスマートガラスと水素自動車のための屋上アグリボルタ発電によるオンサイト水素生産：持続可能な住宅建築への総合的アプローチ」というタイトルで『Energy and Buildings』誌に掲載された。