Veden ja maan rajoitukset lisäävät hydroponisten kasvihuoneiden kysyntää. Nämä paikat käyttävät aurinkoenergiaa sadon kasvattamiseen suljetussa ympäristössä, mutta siihen liittyy myös erilaisia näkökohtia. Tänään käsitelty tutkimus korostaa aurinkosähkön käytön ympäristö- ja energianäkökohtia hydroponisissa kasvihuoneissa Alborzin maakunnassa.
Kasvihuoneet ovat suosittuja ympäri maailmaa niiden suorituskyvyn ja erilaisiin ympäristöihin sopeutumiskyvyn ansiosta. Maantieteellisten olosuhteiden sekä kuivan ja puolikuivan ilmaston vuoksi Iranin maataloussektori keskittyy kasvihuoneiden kehittämiseen.
Veden ja lannoitteiden käytön suhteen hydroponiset kasvihuoneet ovat tehokkaampia kuin perinteiset kasvihuoneet. Ne tuottavat myös korkeamman tuoton, mutta niiden energiankulutus ja kustannukset ovat suhteellisen korkeat. Tämä aiheuttaa suuren viljelyongelman kylminä vuodenaikoina.
Viime vuosikymmeninä useissa kasvihuoneissa on käytetty uusiutumattomia energialähteitä, kuten maakaasua ja öljyä, mikä on johtanut ympäristön saastumiseen kasvihuonekaasuilla, ilmaston lämpenemiseen ja ilmastonmuutokseen.
Opi aurinkosähköä hydroponisiin kasvihuoneisiin
Tutkijat keräsivät tietoa 3000 m2:n kasvihuoneesta. Kasvihuoneen kokonaisenergiankulutus oli noin 8652.20 GJ ha−1, pääasiallisina lähteinä maakaasu ja sähkö. Laskettu energian tuottavuus oli 0.20 kg GJ−1 ja energiasuhde 0.03.
Elinkaariarvioinnin ( LCA ) tulokset osoittavat, että suurin vaikutus oli maakaasulla . Aurinkokennot parantavat kasvihuoneen ympäristöindikaattoreita ja energiankulutusta. Tutkimuksessa käsiteltyä kasvihuonetta varten tarvitaan noin 120 m2 aurinkokennoja, jotka peittävät vain 4 % katosta.
Hydroponisten kasvihuoneiden aurinkosähkötutkimuksen tavoitteet
Tällä täällä käsitellyllä tutkimuksella on seuraavat tavoitteet:
- Investigating – Mansikkatuotannon ympäristövaikutukset ja energiankäyttötavat kasvihuoneessa viljelyn aikana.
- PV-järjestelmän simulointi – Lasketaan tarkka pinta-ala, jonka paneelit tarvitsevat sähkön syöttämiseen hydroponiseen kasvihuoneeseen. Se ottaa huomioon myös paneelien sopivan kaltevuuden.
- Vertaileva analyysi – Analysoida ympäristökuormituksia hydroponisessa kasvihuoneessa aurinkojärjestelmän kanssa ja ilman.
- Vesi Tuottavuus indeksi tutkittiin myös tutkimuksessa.
- Kokonaissäteily kaltevalla pinnalla: Laskettu paneelien kalteville pinnoille vastaanotettu kuukausittainen keskimääräinen päivittäinen säteily. Se tehtiin ottamalla huomioon vaakasuoralle pinnalle tuleva säteily.
Tutkitun alueen tiedot
Tämän tutkimuksen tutkimuspaikkana oli 3000 m2:n kaupallinen hydroponinen mansikkakasvihuone. Se sijaitsee Alborzin maakunnassa Iranissa. Siellä vuotuinen keskimääräinen sademäärä on noin 252 mm ja mitattu keskilämpötila on 14.1 °C vuodessa. Lisäksi tämä paikka sijaitsee 1300 m merenpinnan yläpuolella, mikä auttaa kuvaamaan kasvihuoneen sisäisiä näkökulmia tutkimukseen.
Huomioon otettavat energiankäyttöparametrit
Suorien käyntien ja kulutettujen tuotantopanosten mittausten avulla on mahdollista kerätä tietoja vuosilta 2021-2022 tuotantokaudelta. Panosenergiakertoimien avulla laskettiin kokonaisenergiapanos. Seuraavat ovat fysikaaliset syötteet ja niiden energiaekvivalentit tutkimuspaikalta.
- Ihmistyö: Heidän energiapanoksensa laskettiin tuotantojakson työtuntien perusteella sekä asiaankuuluvat kertoimet.
- Kiinteät laitteet: Niiden energia-arvo on laskettu laitteiden painon perusteella. Tutkijat käyttivät kiinteiden laitteiden (8–10 MJ kg–1 v–1) keskiarvoa kiloa kohden ja vuosilukua.
- Sähkö ja maakaasu: Vaihemittari ja kaasumittari auttoivat kirjaamaan molempien lähteiden kokonaiskulutuksen kiinteisiin laitteisiin, valaistukseen ja muihin tarkoituksiin tuotantojakson aikana. Sitten tutkijat laskivat energiakertoimien avulla energiaekvivalentin.
- Kemialliset lannoitteet ja biosidit: Näiden materiaalien kysyntä on kasvanut niiden taudintorjuntakykynsä vuoksi. Tuotantokaudella käytettyjen kemiallisten lannoitteiden (primääri- ja sivuravinteet) ja biosidien (fungisidit ja hyönteismyrkyt) kokonaismäärä energiaekvivalentteineen laskettiin.
- Nylon: Sitä käytetään kasvihuoneen peittämiseen ulkopuolelta ja sitä käytetään myös sisällä. Sen painoa ja käyttöikää käytettiin laskettaessa kirjatun nailonin määrää (paino) tuotantojaksolta. Laskennassa käytetty energiakerroin oli 60 MJ kg-1.
- ulostulo: Se oli tuotetun mansikan määrä, jonka paino otettiin huomioon energiakertoimen kanssa. Tämä auttoi laskemaan lähtöenergian määrää.
- Veden tuottavuusindeksi: Vesimäärä kuutiometriä kohden 5 kg hydroponisen mansikan tuottamiseen.
Kohokohdat: Energiankäyttömalli hydroponisissa kasvihuoneissa Irakissa
- Ihmistyö: 19,200 1 h ha−XNUMX
- Maakaasu: 119,693 3 m1 ha−XNUMX
- Typpilannoitteet: 423 kg ha−1
- Tarvittava kokonaisenergia (eri prosesseihin kasvihuoneen sisällä): 8652 GJ ha−1 (koko tuotantojaksolle)
- Keskimääräinen mansikkatuotto: 120 tonnia ha−1
- Kokonaislähtöenergia: 228 GJ ha−1
- Kulutettu sähkö yhteensä: 159,300 44,250 MJ (XNUMX XNUMX kWh)
- Syöttöenergian kulutus (Maakaasu): 5925 GJ ha−1 (68 % kokonaissyöttöenergiasta).
- sähkö: Jokainen paneelien tuottama 10 yksikköä vaatii 1 energiayksikön, 1 MJ (PV) = 0.1 MJ
Energiaindeksit (mansikkatuotanto) uusissa olosuhteissa on esitetty alla olevan taulukon viimeisessä sarakkeessa. On selvää, että aurinkosähkö parantaa kaikkia kasvihuoneen energiaindeksejä. Energiasuhde uudessa tilanteessa oli 0.033, mikä kasvaa aurinkopaneelien käytön myötä.
| Energiaindeksit | Yksiköt | Ilman aurinkokuntaa | Aurinkokunnan kanssa |
| ER | - | 0.026 | 0.033 |
| NE | GJ ha-1 | -8424.2 | -6717.6 |
| EP | kg GJ-1 | 13.87 | 17.28 |
| WP | kg m-3 | 5.13 | 5.13 |
Syitä uusiutumattoman energian käyttöön kasvihuoneissa
Iranissa polttoaineiden hinnat ovat alhaiset, mikä johtaa niiden tehottomaan käyttöön eri toimialoilla. Tämä on suurin syy korkeaan maakaasun kulutukseen. Tutkitun kasvihuoneen lämmitysjärjestelmät ovat alhaisia. Se ei perustu älykkääseen lämmitysjärjestelmään ja tuhlaa siten suuria määriä kaasua. Yleensä kasvihuoneen lämmitys kuluttaa valtavasti energiaa.
Ehdotetut ratkaisut
- Maakaasun kulutuksen vähentämiseksi: On käytettävä tehokkaita lämmitysjärjestelmiä. Ne myös tuottavat vähemmän saasteita.
- Energiankulutuksen vähentämiseksi: On suositeltavaa käyttää lämpösuojaa. Näitä verkkoja käyttämällä kasvien ympärillä oleva tila vähenee kasvihuoneessa. Näin ollen vähemmän tilaa tarvitsee lämmittää yöllä. Se myös optimoi polttoaineen käytön.
- Estämään lämpöhäviön ja parantamaan eristystä: Kasvihuoneen seinien ja kattojen rakentamisessa tulee käyttää materiaaleja, joilla on alhainen lämmönsiirto.
- Tarvittavan lämmityksen aikaansaamiseksi: Aurinkolämpökeräimiä suositellaan niiden edullisen teknologian vuoksi. Lisäksi maailmankerääjä on paras ja kustannustehokkain tapa lämmittää kasvihuone.
- Lämmön varastointiin: Vaiheenvaihtomateriaalien avulla on helppo varastoida lämpöä yöksi.
Puhtaampi tapa hallita vettä ja muuttaa kasvihuonekaasuja, tutkimus ehdottaa
Aurinkokunnan simulointi kasvihuoneen katolla
Kuten aiemmin mainittiin, mansikantuotannossa käytetty kokonaissähkö on mahdollista korvata uusiutuvilla luonnonvaroilla. Sähkönkulutuksen arvon (44,250 XNUMX kWh) mukaan voidaan laskea tarvittava paneelipinta-ala. Se tehdään käyttämällä maan ulkopuolista säteilyä (Ho) ja kokonaissäteilyä (H) vaakapinnalla yhdessä mainittujen yhtälöiden kanssa.
Tulokset:
- Keskimääräinen päivittäinen kokonaissäteily (vaakapinta): 10.9 MJ m−2
- Säteily (H) havaittiin kesäkuussa: noin 29 MJ m−2 (korkein)
- Säteily (H) havaittiin joulukuussa: noin 9 MJ m−2 (matalin)
- Vuotuinen keskimääräinen kirkkausindeksi: 63%
- Auringon säteilyn väheneminen: 27%
Kaltevuus tarvitaan
Viimeinen sarake näyttää tutkitun kasvihuoneen asennetun aurinkokennon kuukausittaisen keskimääräisen säteilymäärän neliömetriä kohden. Se oli 35°48ˊ:n eteläkulmassa. Tämän mukaan paneelipinta-alan neliömetriä kohden voidaan vuosittain vastaanottaa 7736 MJ aurinkoenergiaa. Tällä kaltevuudella on mahdollisuus lisätä vastaanotettua auringonsäteilyä 12 %.
Sähköntuotanto
Kuten tutkimuksessa todetaan, vuosittainen sähkönkulutus on 159 300 MJ . Tämän määrän tuottamiseen tarvitaan noin 120 m2 paneelipinta-alaa, ja se kattaa 4 % katosta. Tämä ei kuitenkaan vaaranna kasvihuoneen sisävalaistusta ja lämmitystä.
Jos aiot asentaa aurinkopaneeleja, selvitä 100 watin aurinkopaneelien teho pilvisenä päivänä.
Erilaisia aikaisempia tutkimuksia
Tutkijat ovat kokeilleet erilaisia menetelmiä ja tapoja tutkia aurinkokennoilla varustettujen kasvihuoneiden energiatehokkuutta. Heidän johtopäätöksensä on jaettu alla:
Tutkimus # 1
Japanissa tutkijat havaitsivat , miten aurinkopaneelien varjostus vaikuttaa walesilaisten sipulien kasvuun. Testattiin kahdenlaisia aurinkopaneelijärjestelyjä. He havaitsivat, että ruutukuvioisella järjestelyllä ei ollut merkittävää vaikutusta sadon kasvuun. Suoraviivaisella järjestelyllä oli puolestaan positiivinen vaikutus ja se tyydytti kasvihuoneen energiantarpeen uusiutuvien energialähteiden avulla.
Tutkimus # 2
Tässä tutkijat yrittivät selvittää aurinkopaneeleihin integroitujen kasvihuoneiden vaikutusta sadontuotantoon. Tulokset olivat positiivisia ja osoittivat, että aurinkopaneelit eivät ainoastaan tuota tarvittavaa sähkömäärää, vaan myös vähentävät satojen kastelutarvetta.
Tutkimus # 3
Tämä tutkimus keskittyi kasvien kasvuun ja kattopaneelien energiantuotantotehokkuuteen . Tutkittiin kahdenlaisia asennustapoja: kiinteää asennusta ja auringonseuranta-asennusta. Tulokset osoittivat, että auringonseuranta-asennus tuotti enemmän sähköä kuin kiinteä asennus. Siten se voi toimittaa kasvihuoneeseen hyvän määrän energiaa.
NMBU:n tutkijat sanovat, että äskettäin havaittiin, että uudet bakteerit voisivat vähentää maatalouden kasvihuonekaasupäästöjä.
Tutkimus # 4
Kanadassa tehdyssä tutkimuksessa tarkasteltiin kasvihuoneiden katoille asennettujen puoliläpinäkyvien aurinkopaneelien vaikutusta. Tulokset osoittivat, että aurinkopaneelit aiheuttivat sisäistä varjostusta, mutta toimittivat myös 43.7 % kasvihuoneen valaistukseen tarvitsemasta sähköstä.
Tutkimus # 5
Eräässä tutkimuksessa tutkijat käyttivät kasvihuoneen lämmitykseen aurinko-ilmakeräimiä, joissa oli faasimuutosmateriaalia (PCM). He totesivat, että kasvihuoneiden sisälämpötila pysyi korkeampana, erityisesti yöllä. Se oli enemmän kuin perinteinen aurinkolämmitysjärjestelmä.
Tutkimus # 6
Shirazissa, Iranissa, tutkittiin aurinkopaneeleilla varustetun kasvihuoneen lämpö- ja ympäristöolosuhteita . Tutkittiin noin 14 erilaista paneelikokoonpanoa. Pääteltiin, ettei kasvihuoneen valaistukseen vaikuttanut merkittävästi, vaikka 19.2 % katosta oli peitetty paneeleilla. Itse asiassa se vähensi maakaasun kulutusta ja hiilidioksidipäästöjä merkittävästi.
Erilaiset aurinkoteknologioita tutkivat tutkimukset keskittyivät siis yhteen näkökohtaan, niiden suorituskykyyn ja vaikutukseen kasvihuoneisiin. Useimmiten näiden teknologioiden ympäristövaikutuksiin ei tutkimuksissa kiinnitetty paljon huomiota.
Nämä viisi helppoa tapaa suojata aurinkopaneelit lintuilta helpottavat elämääsi.
Yhteenveto
Tämän tutkimustyön tavoitteena oli arvioida energiankulutusmallia sekä ympäristöanalyysiä tutkitusta kohteesta. Alborzin maakunnassa sijaitseva hydroponinen kasvihuone osoitti, että aurinkokennoja voidaan käyttää sähkön tuottamiseen uusiutumattomien luonnonvarojen sijaan. Joten nykyisen tutkimuksen tulosten mukaan tutkijat ovat tehneet seuraavat johtopäätökset.
Suurin osa syöttöenergiasta oli peräisin maakaasusta ja sähköstä.
- Energiaindeksit osoittavat, että mansikan tuotanto vesiviljelyssä on energiaintensiivistä.
- LCA-tulokset osoittavat, että ekosysteemille ja ihmisten terveydelle aiheutuvat vahingot johtuvat kiinteistä laitteista ja sähköstä. Myös maakaasu on suurin tekijä luonnonvaravahinkojen luokassa.
- Kasvihuoneen aurinkoenergian käytön kannattavuustulokset osoittivat, että noin 120 m2 aurinkokennoa pystyy tuottamaan tarvittavan määrän sähköä. Myöskään niiden asentaminen katolle ei heikennä valaistusta kasvihuoneen sisällä.
- Kasvihuoneiden aurinkosähköjärjestelmillä energiankulutusta ja haitallisia ympäristövaikutuksia voidaan vähentää kokonaan.
Joten aurinkosähkötekniikoiden ja energian optimointitekniikoiden avulla hydroponisista kasvihuoneista voi tulla energiatehokkaampia. Näin ollen tämä tutkimus aurinkosähkön tehokkuuden osoittamiseksi hydroponisissa kasvihuoneissa näyttää vaikuttavalta.
Lähde : Aurinkosähkökennojen käyttö kaupallisessa vesiviljelykasvihuoneessa
