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。
温室因其优异的性能和适应不同环境的能力而享誉全球。因此，鉴于伊朗的地理条件以及干旱和半干旱的气候，该国农业部门正致力于发展温室技术。
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，许多温室都使用了天然气和石油等不可再生能源，导致温室气体排放造成环境污染，加剧了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。
生命周期评估（LCA）结果表明，天然气是影响最大的能源。太阳能电池可以改善温室的环境指标并提高能源利用率。本研究中讨论的温室大约需要120平方米的太阳能电池，仅占屋顶面积的4%。
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板每平方米的月平均辐射量。该电池板朝南倾斜35°48′。据此计算，每平方米面板表面每年可接收7736兆焦耳的太阳能。在此倾斜角度下，接收的太阳辐射量有望增加12%。
发电
研究指出，温室每年的电力消耗量为159,300兆焦耳。要产生这么多电力，大约需要120平方米的太阳能电池板，占屋顶面积的4%。而且，这并没有影响温室内部的照明和供暖。
如果您计划安装太阳能电池板，请查明100 瓦太阳能电池板在阴天的输出功率。
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，研究人员观察了光伏阵列的遮光作用如何影响大葱的生长。他们测试了两种太阳能电池板排列方式。研究发现，棋盘格排列方式对作物生长没有显著影响，而直线排列方式则产生了积极影响，并通过可再生能源满足了温室的电力需求。
研究＃2
研究人员试图探究太阳能光伏板与温室相结合对作物产量的影响。结果表明，光伏板不仅能提供所需的电力，还能减少作物的灌溉需求。
研究＃3
本研究聚焦于屋顶光伏板的植物生长和能源生产效率。研究考察了两种安装方式：固定式安装和太阳跟踪式安装。结果表明，太阳跟踪式安装比固定式安装产生更多电力，因此能够为温室提供充足的能源。
挪威生命科学大学（NMBU）的研究人员表示，最近发现一种新的细菌可以减少农业温室气体排放。
研究＃4
加拿大另一项研究调查了安装在温室屋顶上的半透明光伏板的效果。结果表明，太阳能电池板虽然造成了温室内部的遮阴，但也提供了温室照明所需电力的43.7%。
研究＃5
在一项研究中，研究人员使用相变材料（PCM）太阳能空气集热器为温室供暖。他们得出结论，温室内部温度，尤其是在夜间，保持较高水平，优于传统的太阳能供暖系统。
研究＃6
在伊朗设拉子，一项针对配备太阳能电池板的温室的热环境条件研究展开。研究考察了约14种不同的阵列配置。结果表明，即使屋顶19.2%被太阳能电池板覆盖，温室的照明效果也没有显著变化。事实上，太阳能电池板还大幅降低了天然气消耗量和二氧化碳排放量。
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。
