Энергия солнца сельское хозяйство

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

В поле света: фермерские угодья смогут вырабатывать энергию

Российские сельскохозяйственные поля оснастят солнечными панелями. Это позволит производить энергию, не выделяя специальный участок под электростанцию. Идею планируется реализовать с помощью установки батарей на специальных мачтах — они не будут мешать выращиванию растений и проезду техники, при этом давая возможность получать 1,5 МВт энергии с 1 га земли. Этого будет достаточно для полного самообеспечения фермерских хозяйств электричеством и продажи ее излишков в общую сеть — при условии принятия соответствующих поправок в законодательство. Однако, по мнению экспертов, установка солнечных батарей прямо на территории полей может усложнить уход за оборудованием.

Урожай с неба

Идея российских инженеров состоит в размещении на сельскохозяйственных полях специальных шестиметровых мачт с таким расчетом, чтобы они не мешали выращиванию растений и проезду техники. Далее на них будут устанавливаться солнечные панели, способные эффективно вырабатывать электроэнергию.

Как рассказали создатели проекта, используемые батареи работают на основе технологии PERC, которая позволяет добиться КПД ячеек в 21,5% при мощности солнечного модуля от 300 до 375 Вт. Таким образом, совокупная установленная мощность для 1 га земли составит около 1,5 МВт, отметил представитель разработчика Илья Лихов. По его словам, этого будет достаточно для полного удовлетворения потребностей хозяйств в электроэнергии.

Интерес вызывает и конфигурация батарей: они представляют собой безрамочные солнечные панели, состоящие из двух слоев стекла, между которыми находятся генерирующие элементы. Благодаря такой конструкции они могут пропускать часть солнечного света, который проходит через промежутки между солнечными ячейками. В конечном счете это позволяет создать легкое затенение, которое обеспечивает защиту растений от выгорания при сохранении доступа к свету.

Кроме того, установка большого количества панелей мешает распространению ветра и способствует повышению влажности, что помогает увеличить плодородность земли.

Помимо мачт и батарей для создания полноценной электростанции необходим инвертор (он переводит постоянный ток от солнечных элементов в переменный), а в некоторых случаях еще и аккумуляторные батареи, которые позволяют сохранить энергию для последующего использования (например, в ночное время).

Гарантия на батареи составляет 30 лет при сроке службы около полувека. При этом инверторы и аккумуляторы необходимо менять каждые 15–20 лет.

Специалисты уже приступили к реализации первого проекта строительства новой солнечной электростанции в Краснодарском крае — местного сельхозпроизводителя планируется оснастить системой батарей суммарной мощностью в 200 КВт.

Битва за гектары

Традиционно под станцию в 1 МВт требуется 2–3 га земли, отметил генеральный директор АО «Белгородский институт альтернативной энергетики» Владимир Бредихин. Решение использовать солнечные панели на основе технологии PERC с довольно высоким КПД должно уменьшить срок окупаемости солнечных электростанций и повысить привлекательность технологии для потребителей.

Панели Майминской солнечной электростанции в Республике Алтай

Однако некоторые эксперты выразили сомнение в целесообразности установки солнечных батарей прямо на территории сельскохозяйственных полей, поскольку это может усложнить уход за оборудованием.

— Во время вспашки, культивирования, уборки урожая и других сельскохозяйственных работ, в ходе которых используется техника, будет происходить сильное запыление панелей, что неизбежно приведет к снижению эффективности их работы, — считает заведующая кафедрой «Электрические станции, сети и системы электроснабжения» Южно-Уральского государственного университета Ирина Кирпичникова. — В результате поверхность батарей нужно будет регулярно чистить, что может стать достаточно сложной задачей, учитывая высоту их расположения.

По расчетам специалистов, срок строительства одной солнечной станции (в зависимости от размера участка) составит от одной недели до месяца — без учета времени на доставку оборудования. При этом ее цена для удаленных регионов во множестве случаев не превысит стоимости подключения к электрической сети или установки автономного дизельного генератора сопоставимой мощности, обещают разработчики.

Частная электростанция

Доступность солнечной электростанции можно повысить также благодаря отказу от использования дорогостоящих аккумуляторов (обычно на них уходит половина стоимости системы), наладив поставку излишков вырабатываемой энергии в общую сеть. Однако пока эту возможность нельзя реализовать из-за отсутствия необходимой законодательной базы.

— Судя по характеристикам проекта, при установке новой электростанции мы могли бы получать со своих 2 га 3 МВт электроэнергии, однако для растениеводства такие мощности излишни, — отметил глава одного из хозяйств станицы Казанская (Кавказский район Краснодарского края) Виктор Коломийцев. — Думаю, более актуально это будет для хозяйств, которые совмещают выращивание растений с птицеводством и содержанием скота, поскольку это требует больших затрат электричества. Также установка большого количества батарей может быть интересна, если появится возможность продавать излишки энергии в общую сеть, как это делают фермеры в Германии и Франции.

Панели Майминской солнечной электростанции в Республике Алтай

Как писали «Известия», в прошлом году Минэнерго разработало законопроект о частной «зеленой» микрогенерации. Согласно предложениям ведомства, монтировать солнечные панели и ветряные установки смогут только собственники домов. Энергию с них они будут продавать так называемым гарантирующим поставщикам — это основные энергосбытовые компании регионов. Таких поставщиков обяжут заключать с жителями договоры купли-продажи электричества. В документе сказано, что таким образом они возместят теряющуюся при передаче по сетям энергию. По оценкам экспертов, создание таких частных электростанций окупится как минимум за пять лет в Южном федеральном округе, где пасмурных дней меньше, и за 7–8 лет в регионах Поволжья и Сибири. По мнению аналитиков, процесс развития возобновляемых источников энергии в России во многом будет зависеть от дальнейшего удешевления оборудования и темпов роста цен на электричество. Законопроект о частной «зеленой» микрогенерации в конце прошлого года был направлен в Госдуму, в первом чтении он пока не рассматривался.

Источник