Begränsningar av vatten och mark leder till en ökad efterfrågan på hydroponiska växthus. Dessa platser använder solenergi för att utveckla grödor i en sluten miljö, men det finns olika aspekter på det också. Studien som diskuteras idag kommer att belysa miljö- och energiaspekterna av att använda solceller för hydroponiska växthus i Alborz-provinsen.
Växthus är populära runt om i världen på grund av deras prestanda och potential att anpassa sig till olika miljöer. På grund av de geografiska förhållandena och det torra och halvtorra klimatet fokuserar jordbrukssektorn i Iran på utveckling av växthus.
När det gäller användning av vatten och gödsel är hydroponiska växthus mer effektiva än traditionella. De ger också högre avkastning, men de har relativt sett högre energiförbrukning och kostnader. Detta utgör ett stort odlingsproblem under de kalla årstiderna.
Under de senaste decennierna har flera växthus använts icke-förnybara energikällor som naturgas och olja, vilket leder till miljöföroreningar med växthusgaser, den globala uppvärmningenoch klimatförändringar.
Studera solceller för hydroponiska växthus
Forskare samlade in data från ett 3000 m2 stort växthus. Den totala energitillförseln i detta växthus var cirka 8652.20 GJ ha−1, med naturgas och elektricitet som huvudkällor. Den beräknade energiproduktiviteten var 0.20 kg GJ−1 och energikvoten var 0.03.
Ocuco-landskapet Livscykelanalys (LCA) resultat visar att störst påverkan kom från naturgas. Solceller förbättrar miljöindikatorer och energi i växthuset. För växthuset som diskuteras i forskningen, ca Det krävs 120 m2 solceller som täcker endast 4 % av taket.
Mål för studien Solceller för hydroponiska växthus
Denna forskning som diskuteras här har följande syften:
- Undersöka – Miljöeffekter och energianvändningsmönster vid jordgubbsproduktion i växthuset under odlingsperioden.
- Simulering av PV-system – För att beräkna den exakta mängden yta som panelerna kräver för att leverera el till det hydroponiska växthuset. Den överväger också panelernas lämpliga lutning för densamma.
- Jämförande analys – Att analysera miljöbelastningar i ett hydroponiskt växthus med och utan solsystem.
- Vattnet Produktivitet index undersöktes också i studien.
- Total strålning på lutande yta: Den månatliga genomsnittliga dagliga strålningen som mottogs på panelernas lutande ytor beräknades. Det gjordes genom att beakta strålning mottagen på en horisontell yta.
Detaljer om den studerade regionen
Ett 3000 m2 kommersiellt hydroponiskt jordgubbsväxthus var studieplatsen för denna forskning. Det är i Alborz-provinsen i Iran. Där är den genomsnittliga årliga nederbörden cirka 252 mm och den registrerade medeltemperaturen är 14.1° C, årligen. Dessutom är denna plats belägen på 1300 m över havet, vilket hjälper till att skildra de interna perspektiven av växthuset för studien.
Övervägda energianvändningsparametrar
Genom direkta besök och mätningar av förbrukade insatsvaror blev det möjligt att samla in data för produktionsperioden 2021-2022. Med hjälp av ingående energikoefficienter beräknades den totala energiinsatsen. Följande är de fysiska insatserna och deras energiekvivalenter från studieplatsen.
- Mänskligt arbete: Deras energitillförsel beräknades av deras arbetstid under produktionsperioden tillsammans med relevanta koefficienter.
- Stationär utrustning: Deras energivärde beräknades genom att beakta utrustningens vikt. Forskarna använde medelvärdet per kilogram och årtal för stationär utrustning (8–10 MJ kg−1 år−1).
- El och naturgas: Fasmätaren och gasmätaren hjälpte till att registrera den totala förbrukningen av båda källorna för stationär utrustning, belysning och andra ändamål under produktionsperioden. Sedan med hjälp av energikoefficienter beräknade forskarna energiekvivalenten.
- Kemiska gödningsmedel och biocider: På grund av deras sjukdomsbekämpande förmåga har efterfrågan på dessa material ökat. Totalt antal kemiska gödselmedel (primära och sekundära näringsämnen) och biocider (fungicider och insekticider) som användes under produktionsperioden med deras energiekvivalenter beräknades.
- Nylon: Det används för att täcka växthuset från utsidan plus att det också används inuti. Dess vikt och livslängd användes för att beräkna mängden registrerad nylon (vikt) för produktionsperioden. 60 MJ kg-1 var energikoefficienten som användes för beräkningen.
- Produktion: Det var mängden producerad jordgubb vars vikt beaktades tillsammans med energikoefficienten. Detta hjälpte till att beräkna mängden utgående energi.
- Vattenproduktivitetsindex: Mängd vatten som används per kubikmeter för att producera 5 kg hydroponiska jordgubbar.
Höjdpunkter: Energianvändningsmönster i hydroponiska växthus i Irak
- Mänskligt arbete: 19,200 1 h ha−XNUMX
- NATURGAS: 119,693 3 m1 ha−XNUMX
- Kvävegödselmedel: 423 kg ha−1
- Total energi som krävs (för olika processer inne i växthuset): 8652 GJ ha−1 (för hela produktionsperioden)
- Genomsnittlig jordgubbsskörd: 120 ton ha−1
- Total utgående energi: 228 GJ ha−1
- Totalt förbrukad el: 159,300 44,250 MJ (XNUMX XNUMX kWh)
- Ingående energiförbrukning (Naturgas): 5925 GJ ha−1 (68 % av den totala tillförda energin).
- Elektricitet: Varje 10 enheter som genereras av paneler kräver 1 enhet energi, 1 MJ (PV) = 0.1 MJ
Energiindex (jordgubbsproduktion) under nya förhållanden visas i den sista kolumnen i tabellen nedan. Det är uppenbart att PV förbättrar alla energiindex i växthuset. Energikvoten i den nya situationen var 0.033 vilket ökar med användning av solpaneler.
| Energiindex | Enheter | Utan solsystem | Med solsystem |
| 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 |
Orsaker till att använda icke-förnybar energi i växthus
I Iran är bränslepriserna låga, vilket leder till att de används ineffektivt i olika branscher. Detta är den främsta orsaken till hög förbrukning av naturgas. Värmesystemen i det undersökta växthuset är av låg verkningsgrad. Den är inte baserad på ett intelligent värmesystem och slösar därmed stora mängder gas. Generellt står växthusuppvärmning för en enorm energiförbrukning.
Föreslagna lösningar
- För att minska naturgasförbrukningen: Högeffektiva värmesystem bör användas. De kommer också att producera mindre föroreningar.
- För att minska energiförbrukningen: Det rekommenderas att använda en termisk skärm. Genom att använda dessa skärmar kommer utrymmet runt växterna inne i växthuset att minska. Således behöver mindre utrymme värmas upp på natten. Det optimerar också bränsleanvändningen.
- För att förhindra värmeförlust och förbättra isoleringen: Material med låg värmeöverföring bör användas när man bygger växthusväggar och tak.
- För att ge nödvändig uppvärmning: Solfångare rekommenderas på grund av deras lågkostnadsteknik. Dessutom är en markluftsuppsamlare det bästa och mest kostnadseffektiva sättet att värma upp växthuset.
- För att lagra värme: Med fasväxlingsmaterial är det lätt att lagra värme för natten.
En renare väg för att kontrollera vatten och omvandla växthusgaser, föreslår studie
Simulering av solsystemet på taket av växthuset
Som tidigare nämnts är det möjligt att ersätta den totala el som används i jordgubbsproduktionen med förnybara resurser. Enligt värdet på elförbrukningen (44,250 XNUMX kWh) kan den nödvändiga panelytan beräknas. Det görs genom att använda utomjordisk strålning (Ho) och total strålning (H) på en horisontell yta, tillsammans med de nämnda ekvationerna.
Resultaten:
- Genomsnittlig daglig total strålning (horisontell yta): 10.9 MJ m−2
- Strålning (H) observerad i juni: ca 29 MJ m−2 (högst)
- Strålning (H) observerad i december: ca 9 MJ m−2 (lägst)
- Årligt genomsnittligt klarhetsindex: 63%
- Utarmning av solstrålning: 27%
Lutning behövs
Den sista kolumnen visar den månatliga medelinfallande strålningen per m2 av den installerade solcellen i det studerade växthuset. Det låg på en lutning av 35°48ˊ söderut. Enligt detta. 7736 MJ solenergi kan årligen tas emot per kvadratmeter av panelytan. Med denna lutning finns det en chans till öka den mottagna solstrålningen med 12 %.
Elproduktion
Som studien säger, årlig elförbrukning är 159,300 XNUMX MJ. För att producera denna mängd, ca. Det behövs 120 m2 panelyta och det står för 4 % av taket. Detta utan att kompromissa med belysningen och värmen inne i växthuset.
Om du planerar att installera solpaneler, ta reda på det 100-Watt solpanelseffekt på en molnig dag.
Olika tidigare studier
Forskare har prövat olika metoder och sätt att undersöka energiprestandan hos växthus utrustade med PV-celler. Deras slutsatser delas nedan:
Studie # 1
I Japan, forskare observerade hur skuggning från PV-matriser påverkar tillväxten av walesisk lök. 2 typer av solpanelarrangemang testades. De fann att det arrangerade schackbrädet inte visade någon betydande inverkan på tillväxten av grödan. Medan det linjära arrangemanget hade en positiv inverkan och tillgodosåg växthusets energibehov genom förnybara resurser.
Studie # 2
Här forskare försökte hitta effekten av integrerade växthus med solpaneler på växtodlingen. Resultaten var positiva, vilket visar att solcellspaneler inte bara levererar den nödvändiga mängden elektricitet utan också minskar bevattningsbehovet för grödorna.
Studie # 3
Detta forskning inriktad på växttillväxt och energiproduktionseffektivitet av takpaneler. Två typer av installationssätt undersöktes: fast installation och solspårning. Resultaten visade att solspårningsläge genererade mer elektricitet än fast läge. Därmed kan den leverera en bra mängd energi till växthuset.
Nyligen upptäcktes det nya bakterier kan minska jordbrukets utsläpp av växthusgaser, säger NMBU-forskare
Studie # 4
Annan studera från Kanada studerade effekten av halvtransparenta solceller installerade på växthustak. Resultaten visade att solpaneler orsakade invändig skuggning men också levererade 43.7 % av den el som växthuset behövde för blixtändamål.
Studie # 5
I en forskning, forskare använde solfångare med fasväxlingsmaterial (PCM) för uppvärmning av växthuset. De drog slutsatsen att inomhustemperaturen i växthus förblev högre, särskilt under natten. Det var mer än ett konventionellt solvärmesystem.
Studie # 6
I Shiraz, Iran, termo-miljömässiga förhållanden av ett växthus utrustat med solpaneler studerades. Omkring 14 olika arraykonfigurationer undersöktes. Man drog slutsatsen att det inte fanns någon signifikant effekt på växthusets belysning även när 19.2 % av taket var täckt med paneler. Faktum är att det minskade naturgasförbrukningen och CO2-utsläppen i stor utsträckning.
Så, olika delar av forskning som studerar solteknik fokuserade på en aspekt, hur de fungerar och deras inverkan på växthus. För det mesta uppmärksammades inte miljöpåverkan av dessa tekniker i dessa studier.
Dessa 5 enkla sätt att fågelsäkra solpaneler kommer att göra ditt liv enklare.
Slutsats
Syftet med detta forskningsarbete var att utvärdera energiförbrukningsmönstret tillsammans med en miljöanalys av den studerade platsen. Det hydroponiska växthuset i Alborz-provinsen visade möjligheten att använda PV-celler för att generera elektricitet, istället för icke-förnybara resurser. Så, enligt resultaten från den aktuella studien, har forskare dragit följande slutsatser.
Merparten av den ingående energin kom från naturgas och elektricitet.
- Energiindexen visar att jordgubbsproduktion i hydroponiska växthus är energikrävande.
- LCA-resultat visar att skador på ekosystemet och människors hälsa beror på stationär utrustning och el. Naturgas är också den största bidragsgivaren i kategorin resursskador.
- Genomförbarhetsresultaten för att använda solenergi i växthuset visade att cirka 120 m2 solceller kan leverera den nödvändiga mängden el. Att installera dem på taket kommer inte heller att hindra belysningen inuti växthuset.
- Med PV-system i växthus kan energiförbrukningen och negativa miljöeffekter minskas totalt.
Så med PV-tekniker och energioptimeringstekniker kan hydroponiska växthus bli mer energieffektiva. Därför verkar den här forskningen för att visa effektiviteten hos solceller för hydroponiska växthus effektfull.
Källa: Använder solceller för ett kommersiellt hydroponiskt växthus
