Ограничения воды и земли приводят к увеличению спроса на гидропонные теплицы. Эти места используют солнечную энергию для выращивания культур в закрытой среде, но здесь есть и другие аспекты. Исследование, обсуждаемое сегодня, выделит экологические и энергетические аспекты использования фотоэлектричества для гидропонных теплиц в провинции Альборз.
Теплицы популярны во всем мире благодаря своим характеристикам и способности адаптироваться к различным условиям окружающей среды. Таким образом, ввиду географических условий, а также засушливого и полузасушливого климата, сельскохозяйственный сектор Ирана уделяет особое внимание развитию тепличного хозяйства.
С точки зрения использования воды и удобрений гидропонные теплицы более эффективны, чем традиционные. Кроме того, они дают более высокие урожаи, но у них относительно более высокое потребление энергии и затраты. Это создает серьезную проблему выращивания в холодное время года.
В последние десятилетия во многих теплицах используются невозобновляемые источники энергии, такие как природный газ и нефть, что приводит к загрязнению окружающей среды парниковыми газами, глобальному потеплению и изменению климата.
Исследование фотоэлектрических систем для гидропонных теплиц
Исследователи собрали данные из теплицы площадью 3000 м2. Общий расход энергии в этой теплице составил около 8652.20 ГДж га−1, основными источниками были природный газ и электричество. Расчетная производительность энергии составила 0.20 кг ГДж−1, а энергетический коэффициент — 0.03.
Результаты оценки жизненного цикла (LCA) показывают, что наибольшее влияние оказал природный газ . Солнечные батареи улучшают экологические показатели и энергосбережение в теплице. Для теплицы, рассмотренной в исследовании, требуется около 120 м2 солнечных батарей, которые покрывают лишь 4% площади крыши.
Цели исследования Фотоэлектрические системы для гидропонных теплиц
Обсуждаемое здесь исследование преследует следующие цели:
- Исследуя – Влияние на окружающую среду и модели энергопотребления при выращивании клубники в теплице в период выращивания.
- Моделирование фотоэлектрической системы – Для расчета точной площади поверхности, необходимой для подачи электроэнергии в гидропонную теплицу. Также учитывается подходящий для этого наклон панелей.
- Сравнительный анализ – Проанализировать нагрузку на окружающую среду в гидропонной теплице с солнечной системой и без нее.
- Вода пргоизводительность Индекс также был изучен в ходе исследования.
- Суммарная радиация на наклонной поверхности: Была рассчитана среднемесячная суточная радиация, полученная на наклонных поверхностях панелей. Это было сделано с учетом радиации, полученной на горизонтальной поверхности.
Подробная информация об изучаемом регионе
Коммерческая гидропонная теплица для выращивания клубники площадью 3000 м2 стала местом проведения данного исследования. Она находится в провинции Альборз в Иране. Там среднегодовое количество осадков составляет около 252 мм, а средняя зарегистрированная температура составляет 14.1° C в год. Кроме того, этот участок находится на высоте 1300 м над уровнем моря, что помогает изобразить внутренние перспективы теплицы для исследования.
Рассматриваемые параметры использования энергии
Благодаря прямым посещениям и измерениям потребляемых входов, сбор данных за производственный период 2021-2022 годов стал возможным. Используя коэффициенты входной энергии, были рассчитаны общие входы энергии. Ниже приведены физические входы и их энергетические эквиваленты с места исследования.
- Человеческий труд: Их энергозатраты рассчитывались по часам работы в течение производственного периода с использованием соответствующих коэффициентов.
- Стационарное оборудование: Их энергетическая ценность была рассчитана с учетом веса оборудования. Исследователи использовали среднее значение на килограмм и год для стационарного оборудования (8–10 МДж кг−1 год−1).
- Электричество и природный газ: Фазометр и газовый счетчик помогли зафиксировать общее потребление обоих источников для стационарного оборудования, освещения и других целей в течение производственного периода. Затем, используя энергетические коэффициенты, исследователи рассчитали энергетический эквивалент.
- Химические удобрения и биоциды: Из-за их способности контролировать болезни спрос на эти материалы увеличился. Были рассчитаны общие химические удобрения (первичные и вторичные питательные вещества) и биоциды (фунгициды и инсектициды), использованные в течение периода производства, с их энергетическим эквивалентом.
- нейлон: Он используется для покрытия теплицы снаружи, а также внутри. Его вес и срок службы были использованы для расчета количества нейлона, зарегистрированного (вес) за производственный период. 60 МДж кг-1 было энергетическим коэффициентом, использованным для расчета.
- Результат: Это было количество произведенной клубники, вес которой учитывался вместе с энергетическим коэффициентом. Это помогло рассчитать количество вырабатываемой энергии.
- Индекс продуктивности воды: Количество воды, используемое на кубический метр для выращивания 5 кг гидропонной клубники.
Основные моменты: Модель использования энергии в гидропонных теплицах в Ираке
- Человеческий труд: 19,200 1 га−XNUMX
- Газ: 119,693 3 м1 га−XNUMX
- Азотные удобрения: 423 кг га−1
- Общая требуемая энергия (для различных процессов внутри теплицы): 8652 ГДж га−1 (за весь период производства)
- Средний урожай клубники: 120 тонн га−1
- Общая выходная энергия: 228 ГДж га−1
- Общее потребление электроэнергии: 159,300 44,250 МДж (XNUMX XNUMX кВтч)
- Входное энергопотребление (Природный газ): 5925 ГДж га−1 (68% от общей потребляемой энергии).
- Электричество: Каждые 10 единиц, вырабатываемых панелями, требуют 1 единицу энергии, 1 МДж (PV) = 0.1 МДж
Энергетические индексы (производство клубники) в новых условиях показаны в последнем столбце таблицы ниже. Очевидно, что PV улучшает все энергетические индексы в теплице. Энергетический коэффициент в новой ситуации составил 0.033, что увеличивается за счет использования солнечных панелей.
| Энергетические индексы | Единицы | Без Солнечной системы | С Солнечной Системой |
| ER | – | 0.026 | 0.033 |
| NE | ГДж га-1 | -8424.2 | -6717.6 |
| EP | кг ГДж-1 | 13.87 | 17.28 |
| WP | кг м-3 | 5.13 | 5.13 |
Причины использования невозобновляемой энергии в теплицах
В Иране цены на топливо низкие, что приводит к его неэффективному использованию в различных отраслях промышленности. Это основная причина высокого потребления природного газа. Системы отопления в исследуемой теплице имеют низкую эффективность. Они не основаны на интеллектуальной системе отопления и, таким образом, тратят большие объемы газа. Как правило, отопление теплиц является источником огромного потребления энергии.
Предлагаемые решения
- Сокращение потребления природного газа: Следует использовать высокоэффективные системы отопления. Они также будут производить меньше загрязнений.
- Для снижения потребления энергии: Рекомендуется использовать тепловой экран. При использовании этих экранов пространство вокруг растений внутри теплицы будет уменьшено. Таким образом, меньше места нужно отапливать ночью. Это также оптимизирует использование топлива.
- Для предотвращения потери тепла и улучшения изоляции: При строительстве стен и крыш теплиц следует использовать материалы с низкой теплопередачей.
- Для обеспечения необходимого отопления: Солнечные тепловые коллекторы рекомендуются из-за их недорогой технологии. Кроме того, наземный воздушный коллектор является лучшим и наиболее экономически эффективным способом обогрева теплицы.
- Для хранения тепла: Благодаря материалам с изменяемой фазой можно легко сохранять тепло в течение ночи.
Моделирование солнечной системы на крыше теплицы
Как упоминалось ранее, можно заменить всю электроэнергию, используемую при производстве клубники, возобновляемыми ресурсами. По значению потребления электроэнергии (44,250 XNUMX кВт·ч) можно рассчитать необходимую площадь поверхности панели. Это делается с использованием внеземного излучения (Ho) и общего излучения (H) на горизонтальной поверхности, а также упомянутых уравнений.
Результаты:
- Среднесуточная суммарная радиация (горизонтальная поверхность): 10.9 МДж м−2
- Радиация (H) наблюдалась в июне: около 29 МДж м−2 (максимум)
- Радиация (H) наблюдалась в декабре: около 9 МДж м−2 (самый низкий)
- Среднегодовой индекс ясности: 63%
- Истощение солнечной радиации: 27%
Необходимый уклон
В последнем столбце показано среднемесячное количество солнечной радиации, падающей на м² установленной солнечной батареи в исследуемой теплице. Она расположена под углом 35°48ˊ к югу. Согласно этим данным, с одного квадратного метра поверхности панели можно получить 7736 МДж солнечной энергии в год. При таком уклоне существует вероятность увеличения получаемой солнечной радиации на 12%.
Производство электроэнергии
Как указано в исследовании, годовое потребление электроэнергии составляет 159 300 МДж . Для производства такого количества электроэнергии требуется примерно 120 м2 площади панелей, что составляет 4% от площади крыши. Это без учета освещения и отопления внутри теплицы.
Если вы планируете установить солнечные панели, узнайте, какую мощность обеспечивает солнечная панель мощностью 100 Вт в пасмурный день.
Различные предыдущие исследования
Исследователи пробовали разные методы и способы исследования энергетической эффективности теплиц, оборудованных фотоэлементами. Их выводы приведены ниже:
Исследование # 1
В Японии исследователи изучали, как затенение от солнечных батарей влияет на рост валлийского лука. Были протестированы 2 типа расположения солнечных панелей. Выяснилось, что расположение панелей в виде шахматной доски не оказало существенного влияния на рост урожая. В то время как прямолинейное расположение оказало положительное влияние и обеспечило потребности теплицы в электроэнергии за счет возобновляемых источников.
Исследование # 2
В данном исследовании ученые попытались выяснить влияние теплиц, в которые интегрированы солнечные панели, на урожайность сельскохозяйственных культур. Результаты оказались положительными, показав, что фотоэлектрические панели не только обеспечивают необходимое количество электроэнергии, но и снижают потребность в поливе для растений.
Исследование # 3
Данное исследование было посвящено изучению роста растений и эффективности выработки энергии с помощью солнечных панелей на крыше. Были исследованы два типа установки: стационарная установка и установка с отслеживанием положения солнца. Результаты показали, что установка с отслеживанием положения солнца вырабатывает больше электроэнергии, чем стационарная. Таким образом, она может обеспечить теплицу значительным количеством энергии.
Недавно исследователи из НМБУ сообщили об обнаружении новых бактерий, способных снизить выбросы парниковых газов в сельском хозяйстве.
Исследование # 4
Другое исследование, проведенное в Канаде, изучало влияние полупрозрачных фотоэлектрических панелей, установленных на крышах теплиц. Результаты показали, что солнечные панели вызывали внутреннее затенение, но также обеспечивали 43.7% электроэнергии, необходимой теплице для освещения.
Исследование # 5
В одном из исследований ученые использовали солнечные воздушные коллекторы с фазоизменяющимся материалом (PCM) для обогрева теплицы. Они пришли к выводу, что температура внутри теплиц оставалась выше, особенно ночью, чем при использовании традиционной системы солнечного отопления.
Исследование # 6
В Ширазе, Иран, были изучены термоэкологические условия теплицы, оборудованной солнечными панелями. Было исследовано около 14 различных конфигураций солнечных батарей. Сделан вывод, что даже при покрытии 19.2% крыши панелями существенного влияния на освещенность теплицы не наблюдалось. Напротив, это значительно снизило потребление природного газа и выбросы CO2.
Итак, различные исследования, изучающие солнечные технологии, были сосредоточены на одном аспекте, на том, как они работают и как они влияют на теплицы. В основном, в этих исследованиях не уделялось особого внимания воздействию этих технологий на окружающую среду.
Эти 5 простых способов защиты солнечных панелей от птиц значительно облегчат вам жизнь.
Заключение
Целью данной исследовательской работы была оценка модели потребления энергии вместе с экологическим анализом исследуемого участка. Гидропонная теплица в провинции Альборз показала возможность использования фотоэлектрических элементов для выработки электроэнергии вместо невозобновляемых ресурсов. Итак, согласно результатам, полученным в ходе текущего исследования, исследователи сделали следующие выводы.
Большая часть потребляемой энергии была получена за счет природного газа и электроэнергии.
- Энергетические показатели показывают, что производство клубники в гидропонной теплице является энергоемким.
- Результаты LCA показывают, что ущерб экосистеме и здоровью человека наносится стационарным оборудованием и электричеством. Кроме того, природный газ является основным источником ущерба ресурсам.
- Результаты технико-экономического обоснования использования солнечной энергии в теплице показали, что около 120 м2 солнечных батарей могут обеспечить необходимое количество электроэнергии. Кроме того, их установка на крыше не будет препятствовать освещению внутри теплицы.
- Использование фотоэлектрических систем в теплицах позволяет значительно сократить потребление энергии и негативное воздействие на окружающую среду.
Итак, с помощью фотоэлектрических технологий и методов оптимизации энергии гидропонные теплицы могут стать более энергоэффективными. Таким образом, это исследование, демонстрирующее эффективность фотоэлектричества для гидропонных теплиц, кажется эффективным.
Источник : Использование фотоэлектрических элементов в коммерческой гидропонной теплице
