Conception de système pour les serres reposant sur le PV et la pompe à chaleur géothermique
Nov 15, 2021
Des scientifiques de l'Université Yaşar en Turquie ont développé un concept de conception de serres utilisant le PV comme source d'électricité pour l'éclairage LED et une pompe à chaleur utilisée pour le chauffage et le refroidissement.
“Nous avons initialement développé le système en 2017 et à l'époque, la valeur du temps de retour sur investissement du système était de 5,7 ans,” a déclaré le chercheur Levent Bilir au magazine pv.“Je ne sais pas si le délai de récupération est plus court aujourd'hui qu'en 2017, car les prix de l'énergie augmentent.”
Le système hybride a été modélisé en supposant une serre de 5 x 30 m avec une surface de 150 m2, l'utilisation de 66 panneaux solaires orientés sud avec une puissance de 200 W chacun couvrant 50% du toit de la serre's, et le déploiement d'une pompe à chaleur géothermique, qui est une sorte de pompe à chaleur qui peut être utilisée à la fois pour le chauffage et le refroidissement. L'emplacement choisi est la ville d'Izmir, dans l'ouest de la Turquie, où la température de référence est de 25 degrés Celsius et le rayonnement solaire est de 1 367 W/m2.
Les valeurs maximales d'efficacité du réseau au cours d'une année ont été estimées entre 14,17 % et 16,14 %, l'angle du toit étant de 38,4 degrés. Les panneaux ont été placés sur le toit en créant un espace entre les rangées de modules afin de laisser un rayonnement solaire plus uniforme atteindre l'intérieur de la serre, qui est composée de cadres en aluminium et de fenêtres à double vitrage avec une couche d'air de 13 mm. Lorsque le système photovoltaïque produit plus d'énergie que nécessaire à la serre, le surplus est injecté dans le réseau. De même, lorsque sa production n'est pas suffisante, l'électricité est prélevée sur le réseau.
L'équipe de recherche a évalué les performances globales de la conception de serre proposée en tenant compte de la culture de la tomate, du concombre et de la laitue, qui nécessitent des températures intérieures différentes de 28, 36 et 24 degrés Celsius, respectivement. Les charges de refroidissement des systèmes étant extrêmement élevées, la culture est arrêtée en juillet et août. La serre est chauffée ou refroidie 24h/jour par la pompe à chaleur.
Les scientifiques ont calculé la charge de chauffage, de refroidissement et d'éclairage, ainsi que la demande électrique mensuelle et annuelle en tenant compte des valeurs de coefficient de performance (COP) de chauffage et de refroidissement. En outre, ils ont calculé les valeurs du ratio de couverture mensuel et annuel pour chaque culture et les coûts du système PV et de la pompe à chaleur, ainsi que les coûts d'assurance, d'exploitation et d'entretien.
Leur analyse a montré que pendant les mois d'exploitation d'été, qui sont mai, juin et septembre, le système PV est capable de couvrir la demande d'électricité avec une plage de taux de couverture de 33,2 à 67,2%, ce qu'ils expliquent par le fait que la puissance nécessaire pour répondre à la charge de refroidissement car la culture de toutes les récoltes est très élevée.“Cependant, pour les mois d'exploitation d'hiver, des valeurs de taux de couverture plus élevées sont rencontrées,” a souligné l'équipe de recherche.“Le taux de couverture pour la culture de la tomate varie d'un minimum de 67,4% en décembre à un maximum de 522,3% en octobre, tandis que pour la culture du concombre, un taux de couverture minimum de 37,6% est observé en décembre et un taux de couverture maximum de 185,3% est trouvé pour Octobre.”
Une analyse économique des données collectées a montré que le temps de retour sur investissement pour la culture de la tomate est de 7,2 ans, tandis que ceux du concombre et de la laitue sont respectivement de 7,4 et 7,0 ans.“La valeur du temps de récupération des gaz à effet de serre du système était de 5,7 ans et de 2,6 ans, sur la base de la production d'électricité à base de gaz naturel et de charbon, respectivement.”
Pour l'avenir, Bilir a déclaré que les travaux futurs devraient inclure des analyses plus détaillées et considérer le stockage comme une option supplémentaire.“Peut-être que différents types d'énergies renouvelables peuvent être incorporés,” a-t-il conclu.
