Un grupo de investigación de la Universidad de Exeter investigó un concepto modular de producción de hidrógeno para hogares alimentado por energía agrovoltaica. La energía agrovoltaica de los tejados alimenta un electrolizador que produce hidrógeno para vehículos de hidrógeno y para ventanas inteligentes gasocrómicas aisladas. Las ventanas son un tipo de vidrio aislante térmico que se oscurece o se aclara mediante reacciones reversibles con hidrógeno y oxígeno, lo que permite controlar la luz y el calor.
«Esta investigación presenta un nuevo concepto de energía integrada en los edificios, que vincula la energía agrovoltaica, el hidrógeno, las fachadas inteligentes y la movilidad. Ofrece una nueva perspectiva sobre cómo los edificios podrían convertirse en centros energéticos activos y multifuncionales, una idea cada vez más relevante para los futuros sistemas energéticos urbanos», explicó el investigador Aritra Ghosh a pv magazine. «Aunque la superficie limitada del tejado restringe naturalmente la producción total de hidrógeno, el valor del concepto reside en la integración del sistema y su novedad, más que en la producción a gran escala».
Utilizando múltiples herramientas de software, el equipo simuló una casa residencial real de dos pisos en Birmingham, Inglaterra. El edificio tiene una superficie total de unos 142,7 metros cuadrados, una altura de 4,8 metros y 55 metros cuadrados de superficie de tejado disponibles para la agrovoltaic. Incluye 16 ventanas repartidas en nueve zonas térmicas. Birmingham experimenta temperaturas extremas moderadas, con máximas en verano de unos 21 grados centígrados y mínimas en invierno cercanas a 1 grado.
En la azotea plana se instalaron 12 módulos solares en tres configuraciones: vertical, en forma de cúpula con una inclinación de 20 grados o con una inclinación optimizada de 30 grados. Cada configuración se probó con módulos monofaciales de 600 W o módulos bifaciales de 605 W. Se cultivaron tomates debajo de los paneles, que requerían entre seis y ocho horas de luz solar directa al día y temperaturas nocturnas de unos 13 grados.
Se utilizó un electrolizador de 7 kW con una eficiencia del 88 % para producir hidrógeno a partir de la energía solar. El hidrógeno se modeló para tres usos: alimentar un Toyota Mirai 2017, alimentar las ventanas gasocromáticas o ambos. También se comparó el rendimiento de las ventanas gasocromáticas al vacío con alternativas de doble acristalamiento, electrocromáticas y gasocromáticas estándar.
«Utilizando una superficie de tejado de 55 m², el sistema fue capaz de producir suficiente hidrógeno para satisfacer la demanda anual del acristalamiento inteligente, que se calculó en solo 52,56 gramos al año», afirmó Ghosh. «Además, cuando se evalúa la producción de hidrógeno en términos de movilidad, el mismo sistema de tejado, utilizando una configuración fotovoltaica bifacial inclinada a 30 grados, podría soportar teóricamente hasta 64,23 km de conducción al día. Esta estimación se basa en el rendimiento de un Toyota Mirai 2017, que tiene una capacidad de tanque de hidrógeno de 5,6 kg».
Los resultados mostraron que el sistema bifacial con una inclinación de 30 grados generaba la mayor cantidad de electricidad, con 7 919 kWh al año, mientras que la configuración monofacial de 30 grados ofrecía el menor costo nivelado de electricidad, con 0,061 libras esterlinas (0,082 dólares) por kWh. El rendimiento de los tomates fue similar en todas las configuraciones, con 0,31 kg por metro cuadrado. Entre las opciones de acristalamiento, las ventanas gasocromáticas al vacío lograron el mejor rendimiento térmico, con un valor U de 1,32 W por metro cuadrado-kelvin, aunque con un espesor mayor, de 24,62 mm.
«Aunque los volúmenes absolutos de hidrógeno son modestos, los resultados demuestran cómo pequeñas superficies de tejados pueden soportar múltiples aplicaciones de hidrógeno a escala de edificio, lo que refuerza el potencial de los sistemas modulares de energía fotovoltaica e hidrógeno in situ», afirmó Ghosh. «El impacto de la agrovoltaica en el aislamiento de las viviendas y el uso óptimo del hidrógeno producido para la calefacción doméstica serán el objetivo de nuestras futuras investigaciones».
Los resultados se publicaron en Energy and Buildings bajo el título «Rooftop agrivoltaic powered onsite hydrogen production for insulated gasochromic smart glazing and hydrogen vehicles: A holistic approach to sustainable residential building» (Producción de hidrógeno in situ alimentada por agrovoltaica en tejados para acristalamientos inteligentes gasocrómicos aislantes y vehículos de hidrógeno: un enfoque holístico para la construcción residencial sostenible).
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