Μια ομάδα ερευνητών από το Πανεπιστήμιο Abdou Moumouni του Νίγηρα πρότεινε τη χρήση φωτοβολταϊκής ενέργειας για την τροφοδοσία θερμοκηπίων με εξάτμιση ψύξης (ECG) στην περιοχή Sahel της Αφρικής.
Πρόκειται ένα τύπος θερμοκηπίων που ψύχουν τα φυτά χρησιμοποιώντας τη φυσική διαδικασία της εξάτμισης. Η διαδικασία εξάτμισης πραγματοποιείται με άντληση νερού σε ειδικά υγρά μαξιλάρια ενώ οι ανεμιστήρες σπρώχνουν αέρα μέσα από αυτά.
«Υπό ξηρές και ζεστές καιρικές συνθήκες του Σαχέλ, η ψύξη είναι απαραίτητη για να διατηρηθεί το ευνοϊκό μικροκλίμα», εξήγησε η ερευνητική ομάδα. «Για να αποφευχθεί το συμβατικό δαπανηρό και μη βιώσιμο σύστημα ψύξης στο Σαχέλ με κλιματιστικό συνδεδεμένο στο δίκτυο ή μέσω γεννητριών που τροφοδοτούνται από ανθρακούχα ορυκτά καύσιμα, χρησιμοποιήθηκε αυτόνομο φωτοβολταϊκό σύστημα για την τροφοδοσία του συστήματος εξατμιστικής ψύξης, δηλαδή της άντλησης και διανομής νερού και των αεριστηρίων .»
Το πειραματικό στήσιμο βρισκόταν στο νοτιοδυτικό Νίγηρα και κάλυπτε μια έκταση 50 m2, με ύψος 3,66 m και κλίση στέγης 15 μοίρες. Η άντληση νερού και οι ανεμιστήρες τροφοδοτούνταν από έξι φωτοβολταϊκές μονάδες με ισχύ 260 W η καθεμία, χρησιμοποιώντας μετατροπέα 5 kVA. Τέσσερις μπαταρίες των 150 Ah η καθεμία χρησιμοποιήθηκαν επίσης για την ομαλή λειτουργία σε περίπτωση έλλειψης ακτινοβολίας.
Όσον αφορά τα βρεγμένα τακάκια, οι ακαδημαϊκοί συνέκριναν δύο διαφορετικούς τύπους στο ίδιο σύστημα. Το ένα ήταν τα εμπορικά διαθέσιμα επιθέματα Celdek (C-pads), ενώ το άλλο ήταν τα τοπικά κατασκευασμένα επιθέματα ινών Hyphaene thebaica (HF-pads). Και στις δύο περιπτώσεις, εισήχθησαν επιθέματα κατά μήκος των πλευρών του θερμοκηπίου, με έναν αναπνευστήρα για κάθε επίθεμα.
«Οι κλιματικές παράμετροι πεδίου που καταγράφηκαν in situ και τα θερμοφυσικά δεδομένα που ελήφθησαν σε επίπεδο εργαστηριακού πρωτοτύπου και από το εγκατεστημένο PV-ECG χρησιμοποιήθηκαν για την αξιολόγηση του εναλλακτικού δυναμικού ψύξης του HF-pad έναντι του συμβατικού C-pad», εξήγησαν οι ακαδημαϊκοί. «Οι επιδόσεις ψύξης των κλειδιών του θερμοκηπίου προήλθαν από καθιερωμένες θερμοδυναμικές εξισώσεις ενέργειας και ισοζυγίου μάζας».
Επιπλέον, μετά τη συλλογή των δεδομένων από το πραγματικό θερμοκήπιο και τη διεξαγωγή εργαστηριακής έρευνας των επιθεμάτων, πραγματοποιήθηκε μια υπολογιστική δυναμική ανάλυση υγρών (CFD) για να αποκτηθεί μια γενική κατανόηση της κατανομής του ψυκτικού υγρού στο θερμοκήπιο. Τόσο το αριθμητικό μοντέλο όσο και η συλλογή πειραματικών δεδομένων διεξήχθησαν τις θερμές και ξηρές εποχές, με θερμοκρασίες εισόδου από 35 C έως 45 C και σχετική υγρασία 10% έως 15%.
«Ο ψύκτης που χρησιμοποιεί HF-pad επιτρέπει τη διατήρηση του μικροκλίματος κάτω από τους 25 C, με μέγιστο ποσοστό υγρασίας έως και 80%, υπό σκληρές συνθήκες περιβάλλοντος», τόνισε η ομάδα. «Το HF-pad είχε τον υψηλότερο συντελεστή απόδοσης ψύξης (COP = 9 έναντι 6 για το C-pad), τον καλύτερο λόγο κόστους προς απόδοση (CER = 5, 4 φορές μικρότερο από το C-pad) και τη χαμηλότερη θερμοκρασία εξόδου (20,0 C)”
Οι επιστήμονες τόνισαν επίσης ότι λόγω της υψηλότερης ταχύτητας του αέρα εξόδου, το ψυγείο C-pad εξαπλώνει ψυχρό αέρα έως και 1,25 m μακρύτερα από το αντίστοιχο του, δημιουργώντας υψηλότερη πίεση στην ατμόσφαιρα, με δύο φορές τυρβώδη κινητική ενέργεια.
Η ομάδα κατέληξε στο συμπέρασμα ότι το HF-pad πέτυχε επιδόσεις ψύξης που ανταγωνίζονται τα συμβατικά μαξιλαράκια. «Η βελτιστοποίηση της μηχανικής πλαισίου HF-pad και η κλιμάκωση της τεχνολογίας σε βιομηχανικό επίπεδο μπορούν να επιτρέψουν καλύτερες θερμικές και οικονομικές επιδόσεις», πρόσθεσαν.
Τα ευρήματά τους παρουσιάστηκαν στο «Βελτίωση της βιωσιμότητας και της αποτελεσματικότητας του φωτοβολταϊκού θερμοκηπίου με εξάτμιση ψύξης στο Σαχέλ», που δημοσιεύτηκε στο Scientific Reports
