水和土地的限制导致对水培温室的需求增加。这些地方利用太阳能在封闭的环境中种植农作物，但它也有不同的方面。今天讨论的研究将重点介绍在阿尔伯茨省使用光伏技术进行水培温室的环境和能源方面。
温室 由于其性能和适应不同环境的潜力而受到世界各地的欢迎。因此，由于地理条件和干旱半干旱气候，伊朗农业部门正专注于温室发展。
水培温室在用水和肥料方面比传统温室更高效，产量也更高，但能耗和成本相对较高，在寒冷季节种植时会遇到很大的问题。
近几十年来，一些温室已经使用 不可再生能源 天然气和石油等，导致温室气体环境污染， 全球变暖，和气候变化。
研究水培温室的光伏发电
研究人员收集了一座3000平方米温室的数据，该温室总能量投入约为2 GJ ha−8652.20，主要能源为天然气和电力，计算得出能量生产率为1 kg GJ−0.20，能量效率为1。
此 生命周期评估 （LCA）结果表明 最大的影响来自天然气。太阳能电池提高了温室的环境指标和能源。对于研究中讨论的温室，大约 需要 120 平方米的太阳能电池，但仅覆盖 2% 的屋顶面积。
水培温室光伏系统研究目的
这里讨论的研究有以下目的：
- 调查 – 温室草莓生产在栽培期间的环境影响和能源使用模式。
- 光伏系统模拟 – 计算为水培温室供电所需的面板的准确表面量。它还考虑了面板的适当坡度。
- 对比分析 – 分析有和没有太阳能系统的水培温室的环境负荷。
- 水 生产力 索引 研究中也进行了调查。
- 斜面总辐射：计算了面板倾斜表面接收的每月平均日辐射量。这是通过考虑水平表面接收的辐射量得出的。
研究区域详情
本研究的试验地点是一座 3000 平方米的商业水培草莓温室。它位于伊朗阿尔伯兹省。那里的年平均降雨量约为 2 毫米，年平均气温为 252°C。此外，该地点位于海拔 14.1 米处，这有助于描绘本研究温室的内部视角。
考虑的能源使用参数
通过直接访问和测量消耗的投入，可以收集 2021-2022 年生产期的数据。使用输入能量系数，计算总能量输入。以下是研究地点的物理输入及其能量当量。
- 人力：其能源投入量是根据生产期间的工作时间，结合相关系数计算得出的。
- 固定设备：它们的能量值是通过考虑设备的重量来计算的。研究人员使用每公斤和一年的固定设备平均值（8–10 MJ kg−1 yr−1）。
- 电力和天然气：相位计和气表有助于记录生产期间固定设备、照明和其他用途的两种能源的总消耗量。然后，研究人员利用能量系数计算出能量当量。
- 化学肥料和杀菌剂：由于这些材料具有控制疾病的功效，因此对这些材料的需求有所增加。计算了生产期间使用的化学肥料（主要和次要营养物）和杀生物剂（杀菌剂和杀虫剂）总量及其能量当量。
- 尼龙：它用于覆盖温室外部，也用于内部。其重量和使用寿命用于计算生产期间记录的尼龙量（重量）。60 MJ kg-1 是用于计算的能量系数。
- 输出：这是生产的草莓的数量，其重量与能量系数一起考虑。这有助于计算输出能量的数量。
- 水分生产率指数：生产5公斤水培草莓每立方米所用的水量。
亮点：伊拉克水培温室的能源使用模式
- 人力: 19,200 小时/公顷
- 天然气: 119,693 立方米/公顷
- 氮肥: 423 千克/公顷
- 所需总能量 （用于温室内的不同过程）：8652 GJ ha−1（整个生产期）
- 草莓平均产量: 120吨/公顷
- 总输出能量：228GJ/公顷
- 总用电量：159,300 兆焦耳（44,250 千瓦时）
- 输入能耗 （天然气）：5925 GJ ha−1（占总输入能量的 68%）。
- 电力：每 10 个太阳能电池板产生 1 个单位的电量，需要 1 个单位的能量，0.1 MJ（PV）= XNUMX MJ
新条件下的能源指数（草莓产量）显示在下表的最后一列。很明显，光伏改善了温室中的所有能源指数。新情况下的能源比率为 0.033，通过使用太阳能电池板，能源比率有所提高。
| 能源指数 | 单位 | 没有太阳系 | 有太阳系 |
| ER | – | 0.026 | 0.033 |
| NE | 哈 - 1 | - 8424.2 | - 6717.6 |
| EP | 千克吉焦 - 1 | 13.87 | 17.28 |
| WP | 公斤米 - 3 | 5.13 | 5.13 |
温室使用不可再生能源的原因
在伊朗，燃料价格低廉，导致不同行业的燃料使用效率低下。这是天然气消耗量高的主要原因。所调查的温室中的加热系统效率低下。它不是基于智能加热系统，因此浪费了大量的天然气。一般来说，温室加热占能源消耗的很大一部分。
拟议的解决方案
- 减少天然气消耗：应使用高效供暖系统。这样产生的污染也会更少。
- 减少能源消耗：建议使用隔热屏。使用这些隔热屏，温室内植物周围的空间将减少。因此，夜间需要加热的空间更少。它还可以优化燃料的使用。
- 防止热量损失并提高绝缘性能：建造温室墙壁和屋顶时，应使用传热性低的材料。
- 提供必要的供暖：建议使用太阳能集热器，因为其技术成本低。此外，地面空气集热器是加热温室的最佳且最具成本效益的方式。
- 储存热量：利用相变材料很容易储存夜间的热量。
温室屋顶太阳能系统模拟
如前所述，可以用可再生资源替代草莓生产中使用的总电力。根据用电量值（44,250 kWh），可以计算出所需的面板表面积。这是通过使用水平表面上的地外辐射（Ho）和总辐射（H）以及上述方程式来完成的。
其结果是：
- 每日平均总辐射量 （水平表面）：10.9 MJ m−2
- 六月份观测到的辐射（H）：约 29 MJ m−2 （最高）
- 12 月份观测到的辐射 (H)：约 9 MJ m−2 （最低）
- 年平均晴空指数：63％
- 太阳辐射消耗：27％
需要坡度
最后一列显示了所研究温室中安装的太阳能电池每平方米的月平均辐射入射量。它位于向南 2°35ˊ 的斜坡上。根据这一点，每平方米的面板表面每年可接收 48 MJ 太阳能。有了这个坡度，就有可能 接收的太阳辐射增加12%。
发电
正如研究指出的那样， 年用电量为159,300 MJ。要生产出这种量，需要约 120 平方米的面板表面，占屋顶面积的 2%。这不会影响温室内的照明和供暖。
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先前的各种研究
研究人员尝试了不同的方法和途径来研究配备光伏电池的温室的能源性能。他们的结论如下：
研究＃1
在日本， 研究人员观察 光伏阵列的遮光对大葱生长的影响。测试了 2 种太阳能电池板布置。他们发现棋盘阵列布置对作物生长没有显著影响。而直线布置则有积极影响，并通过可再生资源满足温室的电力需求。
研究＃2
在这里， 研究人员试图找到 太阳能电池板集成温室对农作物生产的影响。结果是积极的，表明光伏电池板不仅可以提供所需的电量，还可以减少农作物的灌溉需求。
研究＃3
本篇 研究重点是植物生长和能量生产效率 屋顶面板。研究了两种安装模式：固定安装和太阳跟踪。结果表明，太阳跟踪模式比固定模式产生更多的电力。因此，它可以为温室提供大量能源。
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研究＃4
另一个 来自加拿大的研究 研究了安装在温室屋顶上的半透明光伏系统的效果。结果表明，太阳能电池板会造成内部遮光，但也为温室的防雷需求提供了 43.7% 的电力。
研究＃5
在一项研究中， 研究人员利用太阳能空气收集器 使用相变材料 (PCM) 加热温室。他们得出的结论是，温室的室内温度保持较高，尤其是在夜间。这比传统的太阳能加热系统要好。
研究＃6
在伊朗设拉子， 热环境条件 研究了配备太阳能电池板的温室。研究了大约 14 种不同的阵列配置。结论是，即使 19.2% 的屋顶被太阳能电池板覆盖，也不会对温室的照明产生重大影响。事实上，它在很大程度上减少了天然气消耗和二氧化碳排放。
因此，各种研究太阳能技术的研究都集中在一个方面，即它们的性能及其对温室的影响。这些研究大多没有关注这些技术对环境的影响。
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结语
这项研究的目的是评估能源消耗模式以及对研究地点的环境分析。阿尔伯茨省的水培温室展示了使用光伏电池发电而不是不可再生资源的可行性。因此，根据当前研究的结果，研究人员得出了以下结论。
大部分输入能量来自天然气和电力。
- 能源指标显示，水培温室草莓生产能源消耗大。
- LCA结果显示，对生态系统和人类健康的损害主要源于固定设备和电力。此外，天然气是资源损害类别中的主要贡献者。
- 温室使用太阳能的可行性结果表明，大约 120 平方米的太阳能电池可以提供所需的电量。此外，将它们安装在屋顶上不会妨碍温室内的照明。
- 使用温室中的光伏系统，可以彻底减少能源消耗和不利的环境影响。
因此，借助光伏技术和能源优化技术，水培温室可以提高能源效率。因此，这项证明光伏技术对水培温室有效性的研究似乎很有影响力。
来源: 在商业水培温室中使用光伏电池
