Uma equipe de pesquisa liderada por cientistas da Universidade Internacional Final da Turquia desenvolveu uma estufa autoalimentada que utiliza um sistema fotovoltaico semitransparente (STPV), um sistema de armazenamento de energia de bateria (BESS) para armazenamento de energia de curto prazo e hidrogênio para armazenamento de longo prazo.
O tamanho do sistema proposto foi otimizado para maximizar o valor presente líquido (VPL) e minimizar a dependência de energia (DE) na rede.
“Estudos anteriores destacam o potencial dos sistemas STPV, que têm uma função dupla, permitindo que a luz solar passe para a fotossíntese e, ao mesmo tempo, gerando eletricidade. Apesar dessa vantagem, há uma reconhecida falta de disponibilidade de energia durante os meses de inverno em estufas”, explicou a equipe. “Ao incorporar o BESS e o hidrogênio como parte de uma solução híbrida de armazenamento de energia, esta pesquisa fornece uma abordagem abrangente para lidar com a dependência de energia sazonal e otimizar o gerenciamento de energia ao longo do ano.”
O sistema foi projetado para usar STPV com uma eficiência de 7%, com um custo por painel de 32 W de US$ 100. O BESS é baseado em chumbo-ácido, com eficiência de carga e descarga de 80% a 90% e um preço de US$ 500/kW. O eletrolisador tem uma eficiência de 80% e um custo de € 388 ($ 408)/kW; o sistema de armazenamento de hidrogênio tem uma eficiência de 90% e um preço de US$ 10/kW; e a célula de combustível tem uma eficiência de 60% e um preço de € 395/kW.
As tarifas de eletricidade da rede presumidas são de US$ 0,43 por kWh na demanda de pico, US$ 0,12 fora de pico e US$ 0,3 na demanda intermediária.
O algoritmo GBO otimiza o sistema com base em três cenários: o primeiro prioriza a rentabilidade financeira, o que significa maior VPL; o segundo estabelece um equilíbrio entre lucratividade (maior VPL) e independência energética (baixo ED); e o terceiro tenta alcançar a máxima independência energética, ou seja, o menor DE possível. Os dados de irradiância solar para o verão e inverno do Catar foram coletados e usados.
“O GBO é um algoritmo eficiente e poderoso que usa duas estratégias básicas de busca: exploitation e exploration. A técnica de exploitation se concentra em encontrar medidas ótimas do ponto de vista local, garantindo pesquisas detalhadas e refinadas dentro de uma região específica do espaço de pesquisa”, explicaram os acadêmicos. “Em contraste, a técnica de pesquisa de exploration visa descobrir pontos ótimos globais pesquisando amplamente em todo o espaço da solução.”
Imagem: Universidade Internacional Final, Journal of Energy Storage, CC BY 4.0
Os cientistas descobriram que o cenário do primeiro caso requer uma área STPV de 8.500 m2, uma capacidade BESS de 150 kW, uma classificação energética de 240 kWh e armazenamento de hidrogênio de 4.436,4 kg. Nesse caso, o VPL seria de US$ 1.584.800, com um investimento inicial de US$ 1.304.006. O sistema terá uma taxa de ED de 15,07% e importará 19.200 kW de energia da rede no verão, 62,76% e 86.851 kW no inverno, respectivamente.
A otimização do segundo cenário exigiu uma área STPV de 12.750 m², uma capacidade BESS de 225 kW, uma classificação energética de 360 kWh e armazenamento de hidrogênio de 8.763,6 kg. Nesse caso, o VPL seria de US$ 1.483.500 com um investimento inicial de US$ 2.007.900. O sistema terá uma taxa de ED de 10,64% e importará 15.000 kW de energia da rede no verão. No inverno, a taxa de ED será de 40,09%, importando 50.595 kW.
Finalmente, o terceiro cenário requer uma área STPV de 27.200 m², uma capacidade BESS de 480 kW, uma classificação energética de 768 kWh e armazenamento de hidrogênio de 23.476 kg. Nesse caso, o VPL seria de US$ 98.223 com um investimento inicial de US$ 4.401.100. O sistema terá uma taxa de ED de 10,31% e importará 14.760 kW de energia da rede no verão. No inverno, a taxa de ED será de 1,56%, importando apenas 1.078,7 kW.
“Cenários que enfatizam o ED mínimo resultam em VPLs negativos, ressaltando as compensações entre alcançar a independência energética e manter a viabilidade financeira”, concluiu a equipe. “Essa otimização de foco duplo não apenas aumenta a viabilidade econômica dos sistemas de energia de efeito estufa, mas também promove a sustentabilidade e a independência energética, fornecendo orientação valiosa para o desenvolvimento de estratégias de gerenciamento de energia de efeito estufa sustentáveis e financeiramente viáveis.”
Os resultados foram apresentados em “Towards a self-powering greenhouse using semi-transparent PV: Utilizing hybrid BESS-hydrogen energy storage system“, publicado no Journal of Energy Storage. Pesquisadores da Universidade Internacional Final da Turquia, do Ministério do Município e da Universidade do Catar e da Universidade de Arish do Egito conduziram o estudo.
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