Progetto Reti di Laboratori Pubblici di Ricerca “Produzione integrata di energia da fonti rinnovabili nel sistema agroindustriale regionale” U.R. 6 “Aldo Moro” University of Bari Department of Agro-Environmental Sciences (DISAAT) Sistema integrato per la produzione, l’accumulo e l’utilizzo di idrogeno da fotovoltaico in ambito serricolo Ileana Blanco, Alexandros Anifantis Giacomo Scarascia Mugnozza, Simone Pascuzzi Giornata dedicata al Progetto Dimostratore 11 ottobre 2013

LE SERRE: SVANTAGGI Le serre rappresentano la forma di agricoltura più evoluta in virtù dell’elevato livello energetico e tecnologico che le caratterizza. L’energia necessaria per il riscaldamento in serra varia da 500 a 2700 MJ/(m2 anno), a seconda del sito, della coltivazione, delle strutture e del controllo climatico. Le emissioni delle centrali termiche a servizio delle serre in Italia rilasciano in atmosfera più di 1.300.000 t CO2/anno. Le energie rinnovabili sono una importante risorsa per la riqualificazione energetico – produttiva del comparto serricolo, incrementando la sostenibilità e riducendo il carico ambientale.

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

Dispersioni per irraggiam. volta celeste MODELLO MATEMATICO: microclima serra L’impianto di riscaldamento è stato dimensionato utilizzando l’ equazione di bilancio termico per il calcolo del fabbisogno energetico della serra: Superficie in pianta della serra At 48 m2 Superficie della copertura della serra Ac 120 Volume serra V 150 m3 Spessore della copertura Sc 0,0002 m Conducibilità termica della copertura λc 0,35 W/m°C Densità dell'aria interna,esterna d 1,293 kg/m3 Rinnovi orari volumi serra R 3,625 1/h Calore specifico aria interna,esterna cp 992 J/kg°C Velocità del vento esterno v 3,5 m/s Coefficiente di trasmissione della copertura τcp 0,8   Coefficiente di riflessione della vegetazione e del terreno ρt 0,1 Coefficiente di emissività del terreno all'infrarosso lungo εt,IRL 0,9 Coefficiente di emissività della copertura all'infrarosso lungo εcp,IRL 0,6 Coefficiente di trasmissione della copertura all'infrarosso lungo τcp,IRL 0,125 Coefficiente di trasmissione del corpo nero all'infrarosso lungo σ0 5,67E-08 W/m2 K4 Coefficiente di convezione fra copertura ed interno hi 6,5 W/m2°C Coefficiente di convezione fra aria interna e terreno ht 4 Temperatura dell'aria esterna Te 7,9 °C Temperatura terreno Tt 10 Temperatura dell'aria interna Ti 12,7 Potenza fornita dall'impianto di riscaldamento Qr 7,2 kW qr *Ac = 7200 W 100 % qc= (Ti -Te)/(1/ hi+Sc/λc+1/ he) -2752 -38 qv= d p (Ji -Je) -814 -11 qt= ht (Ti - Tt) *At -730 -10 qt,vc= σ0 εt,IRL τcp,IRL (Tt4-Tvc4) -541 -8 qcp,vc= σ0 εcp,IRL (Tcp4-Tvc4) -2339 -32 Dispersioni per irraggiam. volta celeste Dispersioni per conduzione e copnvez. copertura Circa il 70% del calore prodotto dall’impianto di riscaldamento è disperso per irraggiamento verso la volta celeste e per conduzione e convezione attraverso il sistema di copertura della serra.

Contatore di produzione GSE MODELLO SPERIMENTALE Riscaldamento, raffrescamento ed energia elettrica con un impianto stand-alone Rete elettrica Energia Solare Contatore bidirezionale enel FV: 6 kWp, 24 mod Inveter da rete Contatore di produzione GSE 230 VAC 300/600 VDC Pompa di calore, C.O.P.=4.5 elettrolizzatore Serbatoio idrogeno Inverter / reg. carica 230 VAC 500 Nl/h Fuel cells batterie Calore “gratuito” H2 , 30 bar 24/48 VDC 24/48 VDC SORGENTE DI CALORE GEOTERMICA

MODELLO MATEMATICO DELL’ELETTROLIZZATORE Il funzionamento dell’elettrolizzatore è stato modellizzato utilizzando la legge di Faraday: efficienza elettrica dell’elettrolizzatore ηe = ηF * ηV   ηV = Utn / U   efficienza di tensione ηF = Melec experimental / Melec theoretical  efficienza di Faraday consumo di potenza dell’elettrolizzatore legge di Faraday Melec = ηF x Nelec x Ielec /( n x F) Pelec = Ielec x U x Nelec Melec = ηF x Pelec /( U x n x F) [mol sec-1]

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