ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
Возможности использования солнечной энергии в сельскохозяйственном производстве чрезвычайно широки и многообразны. Это: процессы сушки кормов, сена, продукции; выращивание в генераторах хлореллы на корм скоту; выращивание продукции в закрытом грунте (теплицы, парники); подогрев открытого грунта; нагрев воды для полива и искусственного рыбоводства. Но наиболее близким по тематике данной книги является исследование солнечной энергии в системах тепло — и хладоснабжения в животноводстве [2].
Установки для горячего водоснабжения ферм и летних лагерей крупного рогатого скота применяют автономные с термосифонной циркуляцией или в сочетании с дублирующими источниками (котельными, электроводоподогревателями). Их применение обусловлено технологическими нормами, согласно которым температура воды для подмывания вымени коровы должна быть не менее 38 °С, для промывки молочного оборудования — 55 . 60 °С и прополаскивания — 25 . 30 °С. Технологические схемы установок не отличаются от описанных ранее.
В свинарниках-маточниках согласно действующим зоотехническим нормам в летний период необходимы обогрев бетонных полов в пределах 28. 32 °С в зоне содержания поросят, а также подогрев воды
Для технологических нужд. Для этих целей рекомендуется использовать солнечную энергию. Эффективность обогрева бетонного пола для поросят в летний период подтверждена исследованиями, выполненными ВНИИПТИ механизации и электрификации сельского хозяйства (ВНИИПТИМЭСХ).
Установку для теплоснабжения свинарников-маточников рекомендуется использовать в двух конструктивных вариантах. В свинарниках с централизованным теплоснабжением для обогрева полов в межотопительный период целесообразно использовать солнечные, водонагревательные приставки.
С целью снижения удельных капитальных вложений следует предусматривать поочередное теплоснабжение двух смежных свинарников-маточников с помощью одной установки. Промежуток времени между заполнением смежных свинарником свиноматками перед опоросом составляет в среднем один месяц, в течение которого поросята в первом свинарнике в месячном возрасте становятся менее требовательны к обогреву, и установку необходимо переключать на другой свинарник. В этом случае график теплопотребления соответствует приходу месячной энергии солнечной радиации на протяжении периода использования гелиоустановок.
Для свинарников-маточников при децентрализованном теплоснабжении рекомендуется использовать комбинированную систему солнечно-электрического теплоснабжения с аккумулированием тепла во внепиковый период, разработанную КиевЗНИИЭП и ВНИИПТИМЭСХ.
Технологическая схема комбинированной системы солнечно-электрического теплоснабжения (см. рис. 4.11) предусматривает ее работу в летнем и зимнем режимах. В летнем режиме (апрель-октябрь) теплоснабжение потребителей в целях обогрева бетонных полов и подогрева воды для технологических нужд осуществляется за счет солнечной энергии с частичным использованием внепиковой электроэнергии. В зимнем режиме (ноябрь — март) теплоснабжение потребителей, включая подогрев вентиляционного воздуха осуществляется за счет внепиковой электроэнергии.
Систему рекомендуется выполнять двухконтурной. Контур тепло — потребления включает циркуляционный насос, проточные электронагреватели ЭПЗ-100 и теплопотребителей.
В летний период работает один электроводонагреватель, обеспечивая нагрев воды при недостатке солнечной радиации. Горячая вода с температурой 38 . 45 °С циркулирует по регистрам обогреваемых полов с обратной подачей в нижнюю часть бака-стратификатора ТА.
Рекомендуемое значение температуры воды на выходе из гелио — приемников с учетом теплопотерь составляет 50 . 52 °С. Для получения заданного значения температуры воды гелиоприемники целесообразно соединить последовательно в группы. Регулирование часовой подачи теплоносителя через гелиоприемники позволяет увеличить дневную выработку тепловой энергии с температурой теплоносителя 50. 52 ОС на 100 %.
Управление работой системы — автоматическое. При необходимости система может быть дополнена холодильной установкой. Такая система, разработанная ВНИИПТИМЭСХ, КиевЗНИИЭП и ИТТФАН УССР, смонтирована и испытана в Ростовской области.
Источник
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
Сельское хозяйство в отличие от крупных промышленных объектов или мегаполисов имеет ту отличительную особенность, что небольшие потребители электрической энергии могут быть расположены в удаленности от централизованных сетей. Прокладка линий электропередач до таких объектов, как правило, является экономически невыгодной.
Для электроснабжения потребителей отдаленных районов, в том числе и для проведения сельхоз работ, часто используются дизельные электростанции или установки, работающие на газе. Однако помимо обеспечения энергией такие системы имеют и недостатки: 1. Топливо необходимо транспортировать к месту расположения генератора электростанции, который может находиться на большом расстоянии. Учитывая не совсем хорошее качество сельских дорог, особенно в периоды распутицы, эта доставка может быть затруднена. 2. Шум работающей электростанции и газы могут отрицательно сказываться на сельскохозяйственных животных и птице. 3. Разлив топлива загрязняет почву и водоемы. 4. Работа генератора требует специального обслуживания и запчастей, которые не всегда доступны. Аналогичные проблемы возникают и при использовании таких энергоисточников , как пропан или баллонный газ. Альтернативой для многих сельскохозяйственных районов может быть использование солнечной энергии. Современные, хорошо продуманные и простые в обслуживании солнечные системы смогут обеспечить потребителей энергией, где это необходимо и когда это необходимо.
Мировой опыт работы солнечных систем энергообеспечения доказал, что они экономически эффективны, надежны и являются основой повышения уровня производительности сельского хозяйства.
В гелиоэнергетике существует два типа преобразователей энергии – те, которые преобразуют солнечные лучи в постоянный ток, и те, которые преобразуют солнечную энергию в тепло. Оба типа имеют много приложений в сельскохозяйственных процессах. Преобразование солнечной энергии в электрическую происходит в фотоэлементах или модулях (PV). Когда фотоны света попадают на поверхность модуля, выполненного из полупроводникового материала, они выбивают свободные электроны из атомов материала, и во внешней цепи появляется постоянный ток.
Использование фотоэлектрических модулей может быть достаточно эффективным для фермерских хозяйств, особенно удаленных от ЛЭП. Стоимость такой электроэнергии может быть сопоставима с электроэнергией от сети, а в дальнейшем, при повышении цен на энергоносители, будет еще меньше.
Фотоэлектричество целесообразно применять для внутреннего и внешнего освещения, работы маломощных двигателей, открытия/закрытия ворот, электрических изгородей, орошения, опреснения и очистки воды, светоловушек для насекомых, автоматического включения кормушек и многого другого [1].
На рисунке 1 показана схема фотоэлектрической насосной системы для подачи воды в резервуары и на орошаемые поля, которая является хорошей альтернативой механическим двигателям и ручным насосам. Она исключительно хорошо подходит для мест выпаса животных и отдаленных пастбищ. Наиболее эффективная работа системы будет в летние жаркие дни, когда потребность в воде значительно возрастает. Излишки воды накапливаются в резервуарах или цистернах. Для увеличения объемов закачиваемой воды устанавливают большее количество солнечных модулей, система снабжается устройством слежения за солнцем. Правильно подобранная фотоэлектрическая насосная система очень надежна, не требует большого обслуживания и имеет высокую производительность. С помощью солнечного модуля мощностью 128 Вт насос может поднимать 3-4 тыс. литров воды за сутки из 200-метровой скважины. Сушка зерна и овощей является одним из старых способов использования солнечной энергии. При этом сушка происходит намного быстрее и равномернее. Недостатком открытого способа является то, что зерновые и другие.культуры подвержены загрязнению пылью и грязью, а также повреждению птицами и грызунами. Во избежание этого используют специальные сушильные сооружения, состоящие из двух основных частей: солнечного коллектора и сушильного шкафа (рис. 2). Коллектор поглощает солнечные лучи и нагревает воздух, проходящий через него. Нагретый воздух путем естественной конвекции подается на сушильный шкаф, где он проходит через ряд стеллажей с находящимися на них продуктами питания. Подогретый воздух, отдавший большую часть тепла продуктам и забравший от них влагу, проходит через отверстия в верхней части шкафа. Такая конструкция исключает наличие вентилятора для подъема воздуха вверх и использование электроподогрева, следовательно, снижает затраты на сушку. Для повышения эффективности использования солнечных лучей желоб с коллектором должен быть ориентирован на южную сторону с наиболее оптимальным углом наклона к горизонту. Объем воздуха, проходящего через коллектор, а также его температуру можно регулировать с помощью задвижки на воздухозаборнике. Вместо воздуха в солнечных коллекторах можно использовать жидкий теплоноситель. При этом увеличивается производительность сушильного устройства, а при установке аккумулятора тепла, накапливающего излишки тепловой энергии, сушку можно производить и в пасмурную погоду. В этом случае нагретый от солнечных лучей воздух подается на стеллажи через семена или фрукты с помощью вентиляторов. Конструкция коллектора и скорость воздушного потока зависят от количества высушиваемого материала, содержания влаги в нем, влажности воздуха и интенсивности солнечного излучения в течение всего сезона сушки.
Рисунок 1. Использование солнечных насосов для закачки воды в резервуары и орошения.
Рисунок 2. Сушка сельскохозяйственных культур с помощью солнечного коллектора.
Рисунок 3. Схема обогрева теплицы солнечными коллекторами: 1 – солнечные коллекторы; 2 – теплица; 3 – бойлер косвенного нагрева; 4 – бак-аккумулятор тепла; 5 – тепловой насос; 6 – циркуляционный насос; 7 – клапаны регулятора потока; 8 – контур подогрева грунта теплицы (аккумулятор тепла): 9 – гидравлические аккумуляторы; 10 – датчик влажности и температуры грунта; 11- логический контроллер; 12 – трехходовые краны с сервоприводами; 13 – устройство защитного отключения;14 – геотермальный контур.
Сушка сельскохозяйственных культур производится обычно в летнее время, в холодные же периоды года солнечные коллекторы могут быть использованы для обогрева помещения или получения горячей воды. Таким образом, подобные солнечные установки вполне рентабельны, они не требуют дополнительных источников энергии и затрат на электроэнергию, обслуживание их минимально.
Источник
Почему солнечная энергетика уживётся с сельским хозяйством
Немецкий институт солнечных энергетических систем Fraunhofer ISE опубликовал промежуточные результаты проекта в области агровольтаики (или агро-фотовольтаики), в рамках которого на участке земли одновременно с сельскохозяйственной деятельностью также располагаются солнечные электростанции.
О начале этого проекта мы рассказывали в 2017 году. Он важен с точки зрения понимания возможностей и перспектив двойного использования земельных участков, а также решения проблем конкуренции за земельные ресурсы между разными видами деятельности.
Результаты 2018 года оказались отличными. Показатель эффективности использования земельного участка составил 186%. Он рассчитывается следующим образом:
Как мы видим, берется два возможных варианта использования земельного участка — либо выращивание сельхозкультур, либо установка солнечных модулей. Затем эти виды деятельности совмещаются с помощью использования специальных монтажных конструкций для установки солнечных модулей, позволяющих работать сельскохозяйственной технике. В результате земля дает два урожая: солнечной энергии и сельхозпродукции. В данном случае три из четырех возделываемых культур (озимая пшеница, картофель, клевер, сельдерей), культивируемых под агровольтаикой, показали более высокие урожаи, чем в контрольной зоне без солнечных модулей. Лишь у клевера урожай получился ниже.
В рамках проекта также были собраны данные о микроклиматических условиях в месте размещения солнечных установок. Фотосинтетическое солнечное излучение под системой агровольтаики было примерно на 30% ниже, чем на контрольной поверхности. Помимо солнечной радиации, солнечные модули также влияли на распределение осадков и температуру почвы. Температура почвы под ними была ниже, чем у эталонной поверхности весной и летом, а в жаркие и сухие летние месяцы 2018 года влажность была выше, чем в контрольной зоне.
Соответственно, по мнению исследователей, результаты свидетельствуют о высоком потенциале агровольтаики для засушливых регионов.
Эксперты Fraunhofer отмечают, что уже сегодня солнечные установки для агровольтаики сопоставимы по стоимости единицы вырабатываемой электроэнергии с небольшими кровельными электростанциями, а в ближайшем будущем их стоимость может еще больше снизиться благодаря экономии на масштабе и эффекту обучения.
Напоминм, что подобный принцип использования уже существует при строительстве «солнечных парковок» , где солнечные модули защищают от солнца автомобили и одновременно вырабатывают электроэнергию, которой возможно запитать припаркованные электромобили.
Прокачайте свою ленту Дзен — поставьте лайк и подпишитесь на канал
Если вам понравилась эта статья, предлагаю также почитать следующие материалы:
Источник
Применение солнечной энергии в сельском хозяйстве
Сельское хозяйство – сфера деятельности с долгосрочной окупаемостью, высоким уровнем рисков и тяжелыми условиями труда. К большому количеству стоящих перед организатором фермы или владельцем ЛПХ задач часто добавляется еще одна, связанная со сложностями подачи электроэнергии в сельской местности. Внезапные и длительные ее отключения вне городов обычно связаны с недостаточной мощностью в сети, обрывами ЛЭП вследствие погодных явлений. В то же время энергозатраты любого хозяйства чрезвычайно велики.
Мировой опыт использования солнечной энергетики в сельском хозяйстве
В современной практике выращивания сельскохозяйственных культур популярность набирает технология двойного использования земель – солнечные электростанции располагают непосредственно над фермерскими полями в Японии, Италии, Франции и Германии. Перед монтажом установок исследователи тщательно просчитывают особенности падения тени и риски ее негативного влияния на рост и развитие растений, величину урожая.
Опоры для гелиопанелей выполняются без применения бетона, что позволяет быстро осуществлять демонтаж конструкций при необходимости. Технологии использования солнечной энергии в сельском хозяйстве жарких южных стран (Кипр, Турция, Греция, Египет) особенно интересны, поскольку незначительное затенение в сочетании с модернизацией гидротехники должно благоприятно сказаться на объемах выращиваемой продукции.
В России также имеются примеры внедрения инновационных технологий получения солнечной энергии для сельского хозяйства и дешевого электричества в частных домовладениях. Показателен опыт генерального директора «1C-Битрикс» Сергея Рыжикова в Калининграде, успешно осуществившего перевод своего дома на обеспечение солнечной энергией. Он использует и возможности двустороннего счетчика, сбрасывая излишки выработки в городскую сеть.
Применение солнечной энергии в сельском хозяйстве
Технологии применения солнечной энергии для агропромышленного комплекса решают широкий спектр задач в сфере сельскохозяйственной деятельности. Могут быть внедрены в любой ее отрасли. Наличие свободных территорий и значительной площади крыш и стен домов и хозяйственных построек позволяет получать и накапливать большие количества бесплатной электроэнергии.
Монтаж фотоэлектрических систем выполняется для производства электроэнергии, которую можно применять для работы насосов, электропастуха на выпасах, медогонок на пасеке, электроножей и другого оборудования, а также обеспечения электричеством жилых зданий.
Воздушные коллекторы служат для обогрева и вентиляции помещений, создавая комфортную среду проживания для людей, сельскохозяйственных животных и поддерживая показатели температуры и влажности на заданном уровне.
Парники и теплицы, оборудованные гелиопанелями, не только сохраняют тепло и накапливают его, задерживая внутри, но и обеспечивают необходимый растениям микроклимат.
Применение устройств для отопления и проветривания в зерно- и овощехранилищах, на складах позволяет обойтись без непрерывного участия обслуживающего персонала в поддержании заданных параметров среды и сохранить урожай, здания и технику наилучшим образом.
Сокращение затрат с помощью солнечных панелей
Солнечные коллекторы и системы S-WALL производства компании Solar Fox для личных домовладений и промышленных предприятий призваны решать задачи отопления и вентиляции на объектах любой мощности. Монтаж установок выполняется быстро и не требует разрешений со стороны государственных органов надзора; они могут легко включаться в наличествующие инженерные системы и оснащаться датчиками при необходимости.
Все работы по производству и сборке гелиопанелей выполняются сотрудниками компании-разработчика без привлечения незнакомых со спецификой оборудования подрядных организаций. Воздушные коллекторы оснащены современной системой безопасности, предотвращающей появление замыканий или возгорания.
Солнечные системы вентиляции и обогрева сокращают издержки, окупаясь в период от 12 месяцев до трех лет.
Источник