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 своей производительности и способности адаптироваться к различным условиям. Таким образом, из-за географических условий, а также засушливого и полузасушливого климата, сельскохозяйственный сектор в Иране сосредоточен на развитии теплиц.
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 несколько теплиц использовали невозобновляемые источники энергии как природный газ и нефть, что приводит к загрязнению окружающей среды парниковыми газами, глобальное потепление, и изменение 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.
Оценка жизненного цикла Результаты (LCA) показывают, что наибольшее влияние оказал природный газ. Солнечные элементы улучшают экологические показатели и энергию в теплице. Для теплицы, обсуждаемой в исследовании, около Требуется 120 м2 солнечных батарей, которые покрывают всего 4% 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 указано среднемесячное падение радиации на м2 установленного солнечного элемента в исследуемой теплице. Он находился на склоне 35°48ˊ на юг. В соответствии с этим. 7736 МДж солнечной энергии можно получить ежегодно с квадратного метра поверхности панели. При таком склоне есть вероятность увеличение получаемой солнечной радиации на 12%.
Производство электроэнергии
Как говорится в исследовании, Годовое потребление электроэнергии составляет 159,300 XNUMX МДж.. Для производства этого количества требуется около 120 м2 поверхности панелей, что составляет 4% от площади крыши. Это без ущерба для освещения и отопления внутри теплицы.
Если вы планируете установить солнечные панели, узнайте Выходная мощность солнечной панели 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 наблюдали как затенение от фотоэлектрических массивов влияет на рост лука-батареи. Было протестировано 2 типа расположения солнечных панелей. Они обнаружили, что шахматное расположение массива 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 ресурсов.
Исследование # 2
Здесь исследователи пытались найти влияние теплиц с интегрированными солнечными панелями на производство сельскохозяйственных культур. Результаты оказались положительными, показав, что фотоэлектрические панели не только обеспечивают необходимое количество электроэнергии, но и снижают потребность в орошении сельскохозяйственных культур.
Исследование # 3
Этот исследования, направленные на рост растений и эффективность производства энергии крышных панелей. Были исследованы два типа режимов установки: фиксированная установка и отслеживание солнца. Результаты показали, что режим отслеживания солнца вырабатывал больше электроэнергии, чем фиксированный режим. Таким образом, он может поставлять достаточное количество энергии в теплицу.
Недавно было обнаружено, что Новые бактерии могут сократить выбросы парниковых газов в сельском хозяйстве, утверждают исследователи NMBU
Исследование # 4
Еще один продукт исследование из Канады изучали влияние полупрозрачных фотоэлектрических панелей, установленных на крышах теплиц. Результаты показали, что солнечные панели вызывали внутреннее затенение, но также поставляли 43.7% электроэнергии, необходимой теплице для освещения.
Исследование # 5
В одном исследовании исследователи использовали солнечные воздушные коллекторы с фазовым переходом материала (PCM) для отопления теплицы. Они пришли к выводу, что внутренняя температура теплиц оставалась выше, особенно ночью. Это было больше, чем обычная система солнечного отопления.
Исследование # 6
В Ширазе, Иран, термоэкологические условия теплицы, оборудованной солнечными панелями, были изучены. Было исследовано около 14 различных конфигураций массива. Был сделан вывод, что не было никакого существенного влияния на освещенность теплицы, даже когда 19.2% крыши было покрыто панелями. Фактически, это снизило потребление природного газа и выбросы CO2 в значительной степени.
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 облегчит вашу 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 для коммерческой гидропонной теплицы
