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Sistema integrato per la produzione, laccumulo e lutilizzo di idrogeno da fotovoltaico in ambito serricolo Progetto Reti di Laboratori Pubblici di Ricerca.

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Presentazione sul tema: "Sistema integrato per la produzione, laccumulo e lutilizzo di idrogeno da fotovoltaico in ambito serricolo Progetto Reti di Laboratori Pubblici di Ricerca."— Transcript della presentazione:

1 Sistema integrato per la produzione, laccumulo e lutilizzo di idrogeno da fotovoltaico in ambito serricolo Progetto Reti di Laboratori Pubblici di Ricerca Produzione integrata di energia da fonti rinnovabili nel sistema agroindustriale regionale Progetto Reti di Laboratori Pubblici di Ricerca Produzione integrata di energia da fonti rinnovabili nel sistema agroindustriale regionale Ileana Blanco, Alexandros Anifantis Giacomo Scarascia Mugnozza, Simone Pascuzzi Giornata dedicata al Progetto Dimostratore11 ottobre 2013

2 Le emissioni delle centrali termiche a servizio delle serre in Italia rilasciano in atmosfera più di t CO 2 /anno. Lenergia necessaria per il riscaldamento in serra varia da 500 a 2700 MJ/(m 2 anno), a seconda del sito, della coltivazione, delle strutture e del controllo climatico. LE SERRE: SVANTAGGI Le energie rinnovabili sono una importante risorsa per la riqualificazione energetico – produttiva del comparto serricolo, incrementando la sostenibilità e riducendo il carico ambientale. Le serre rappresentano la forma di agricoltura più evoluta in virtù dellelevato livello energetico e tecnologico che le caratterizza.

3 OBIETTIVI DELLA RICERCA Studio della fattibilità sperimentale di produzione di idrogeno con un elettrolizzatore alimentato da fonte rinnovabile di energia (solare fotovoltaico) Studio della capacità della cella a combustibile alimentata da idrogeno di soddisfare la domanda dinamica di energia per il riscaldamento di una serra in ambiente mediterraneo

4 Superficie in pianta della serraAtAt 48m2m2 Superficie della copertura della serraAcAc 120m2m2 Volume serraV150m3m3 Spessore della coperturaScSc 0,0002m Conducibilità termica della copertura λcλc 0,35W/m°C Densità dell'aria interna,esternad1,293kg/m 3 Rinnovi orari volumi serraR3,6251/h Calore specifico aria interna,esternacp992J/kg°C Velocità del vento esternov3,5m/s Coefficiente di trasmissione della copertura τ cp 0,8 Coefficiente di riflessione della vegetazione e del terrenoρtρt 0,1 Coefficiente di emissività del terreno all'infrarosso lungoε t,IRL 0,9 Coefficiente di emissività della copertura all'infrarosso lungoε cp,IRL 0,6 Coefficiente di trasmissione della copertura all'infrarosso lungoτ cp,IRL 0,125 Coefficiente di trasmissione del corpo nero all'infrarosso lungoσ0σ0 5,67E-08W/m 2 K 4 Coefficiente di convezione fra copertura ed internohi6,5W/m 2 °C Coefficiente di convezione fra aria interna e terrenohtht 4W/m 2 °C Temperatura dell'aria esternaTeTe 7,9°C Temperatura terrenoTtTt 10°C Temperatura dell'aria internaTiTi 12,7°C Potenza fornita dall'impianto di riscaldamentoQrQr 7,2kW MODELLO MATEMATICO: microclima serra qrqr *A c = 7200W100% q c = (T i -T e )/(1/ h i +S c /λ c +1/ h e ) *A c = -2752W-38% q v = d p (J i -J e ) *A c = -814W-11% q t = h t (T i - T t ) *A t = -730W-10% q t,vc = σ 0 ε t,IRL τ cp,IRL (T t 4 -T vc 4 ) *A t = -541W-8% q cp,vc = σ 0 ε cp,IRL (T cp 4 -T vc 4 ) *A t = -2339W-32% Circa il 70% del calore prodotto dallimpianto di riscaldamento è disperso per irraggiamento verso la volta celeste e per conduzione e convezione attraverso il sistema di copertura della serra. Dispersioni per irraggiam. volta celeste Dispersioni per conduzione e copnvez. copertura Limpianto di riscaldamento è stato dimensionato utilizzando l equazione di bilancio termico per il calcolo del fabbisogno energetico della serra:

5 Energia Solare Rete elettrica SORGENTE DI CALORE GEOTERMICA 230 VAC Calore gratuito Pompa di calore, C.O.P.=4.5 Riscaldamento, raffrescamento ed energia elettrica con un impianto stand-alone FV: 6 kWp, 24 mod Inveter da rete Contatore di produzione GSE Contatore bidirezionale enel elettrolizzatore Serbatoio idrogeno Fuel cells batterie Inverter / reg. carica H 2, 30 bar 500 Nl/h 24/48 VDC 300/600 VDC 24/48 VDC 230 VAC MODELLO SPERIMENTALE

6 MODELLO MATEMATICO DELLELETTROLIZZATORE η e = η F * η V M elec = η F x N elec x I elec /( n x F) P elec = I elec x U x N elec M elec = η F x P elec /( U x n x F) [mol sec -1 ] η V = U tn / U η F = M elec experimental / M elec theoretical Il funzionamento dellelettrolizzatore è stato modellizzato utilizzando la legge di Faraday: efficienza elettrica dellelettrolizzatore efficienza di tensione efficienza di Faraday consumo di potenza dellelettrolizzatore legge di Faraday

7 RISULTATI e CONCLUSIONI Alimentare una serra isolata dotata di pompa di calore geotermica attraverso un impianto fotovoltaico con sistema di back up dato dallaccoppiamento di un elettrolizzatore alcalino e di celle a combustibile PEM è unopzione percorribile per innalzare i livelli di sostenibilità del settore agricolo.


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