Tarım ve Sera Isıtmasında PVT Uygulamasına İlişkin Araştırma: Modern Tarım İçin "Sıcak Savunma Hattı" Oluşturmak Üzere Teknolojinin Güçlendirilmesi

Tarım ve Sera Isıtmasında PVT Uygulamasına İlişkin Araştırma: Modern Tarım İçin "Sıcak Savunma Hattı" Oluşturmak Üzere Teknolojinin Güçlendirilmesi

Modern tarımın gelişim sürecinde sıcaklık, özellikle ısıtma sisteminin kararlılığı, enerji verimliliği ve çevre dostu olması konusunda daha yüksek gereksinimlere sahip sera ekim modelinde, ürün büyümesini, verimini ve kalitesini etkileyen temel faktörlerden biridir. Geleneksel sera ısıtması, esas olarak kömürle çalışan, gazla çalışan kazanlara veya elektrikli ısıtma ekipmanlarına dayanır. Bu ekipmanlar, yalnızca yüksek enerji tüketimi, yüksek işletme maliyetleri ve yüksek karbon emisyonu sorunlarıyla değil, aynı zamanda enerji arzındaki dalgalanmalara karşı hassastır ve farklı büyüme evrelerindeki ürün sıcaklık gereksinimlerini tam olarak karşılamakta zorluk çeker. Bu bağlamda, benzersiz "güç üretimi + ısıtma" ikili işleviyle fotovoltaik-termal entegre teknoloji (Fotovoltaik-Termal, kısaca PVT), tarımsal ve sera ısıtmasının sorunlarını çözmek için giderek daha önemli bir teknoloji haline gelmiş ve yeşil dönüşüme ve modern tarımın verimli gelişimine yeni bir ivme kazandırmıştır.

PVT teknolojisinin temel prensibi, geleneksel fotovoltaik güç üretim bileşenleri temelinde bir emici tabaka, ısı transfer ortamı kanalları ve yalıtım tabakasını entegre ederek, "tek güneş enerjisi girişi, eş zamanlı elektrik ve ısı çıkışı" şeklinde son derece verimli bir kullanım modu elde etmektir - fotovoltaik bileşenler, seradaki aydınlatma, havalandırma ve su ve gübre sulama ekipmanlarının güç kaynağı ihtiyaçlarını karşılamak için güneş enerjisini elektriğe dönüştürür; emici tabaka, fotovoltaik bileşenlerin güç üretim süreci sırasında oluşan atık ısıyı emer (geleneksel fotovoltaik bileşenlerde güneş enerjisinin yaklaşık %60-70'i ısı enerjisine dönüştürülür ve boşa harcanır) ve ısıyı su ve hava gibi ısı transfer ortamları aracılığıyla sera ısıtma sistemine aktararak, ürün büyümesi için istikrarlı bir ısı kaynağı sağlar. Geleneksel ısıtma ve bağımsız fotovoltaik sistemlerinin "ayrı ayrı uygulanması" ile karşılaştırıldığında, PVT teknolojisinin enerji kapsamlı kullanım oranı %30'dan fazla artırılmıştır. Bu, yalnızca fotovoltaik bileşenlerin yüksek sıcaklık nedeniyle güç üretim verimliliğinin düşmesi sorununu çözmekle kalmayıp, aynı zamanda geleneksel ısıtmanın yüksek enerji tüketimi ve yüksek kirliliğinin eksikliklerini de ortadan kaldırarak, modern tarımın "enerji tasarrufu, çevre koruma ve verimlilik" geliştirme konseptine mükemmel şekilde uymaktadır.

PVT teknolojisinin tarımda uygulanması sera senaryoları ile sınırlı değildir, aynı zamanda büyük ölçekli saha ekiminde yalıtım, hayvancılık ve kümes hayvanları üremesi ve tarımsal ürünlerin depolamada korunması gibi birden fazla bağlantıya da uzanır, "dikim sonuna" depolama sonuna kadar tarımsal üretim için tam süreç koruması sağlar. Büyük ölçekli saha ekiminde, kışın düşük sıcaklık ve kuzey bölgelerindeki ilkbaharda soğuk anlama, buğday ve mısır gibi mahsullerin ortaya çıkış oranını ve stres direncini kısıtlayan ana problemlerdir. Geleneksel soğuk koruma önlemleri esas olarak plastik filmi örtmeye ve sınırlı etkileri olan ve büyük ölçekte teşvik edilmesi zor olan anti-dondurucu ajanların püskürtülmesine dayanır. Bununla birlikte, PVT sistemi, "Elektrik Tabanlı + Isı Beslemesi" kombinasyonu moduyla sahadaki gömülü ısıtma borularına sürekli ısı sağlayabilir, bu da toprak sıcaklığını, mahsul çimlenmesi için uygun olan 10-15 ℃ 'de stabilize eder. Aynı zamanda, toprak nem sensörlerine ve otomatik sulama ekipmanlarına güç sağlamak için enerji üretim işlevini kullanır ve "Sıcaklık Regülasyonu + Hassas Yönetim" entegrasyonu elde eder. Taking a wheat planting base in Northeast China as an example, after introducing the PVT large-scale field heating system in 2023, the spring wheat emergence rate of the base increased from 82% in previous years to 95%, the average yield per mu increased by 12%, and no coal was consumed during the winter heating period, reducing carbon emissions by about 80 tons per year and reducing operating costs by 40% compared with traditional electric heating methods, truly "Artan üretim, enerji tasarrufu ve karbon azaltma" nın üçlü faydalarını elde etmek.

Hayvancılık ve kümes hayvanları üremesi alanında, stabil sıcaklık doğrudan hayatta kalma oranını, hayvancılık ve kümes hayvanlarının büyüme oranını ve hastalık direncini etkiler-domuz yavruları için uygun büyüme sıcaklığı 28-32 ℃ ve civcivler için 33-35 ℃'dir. Geleneksel üreme ısıtması esas olarak kömür sobaları ve sıcak hava sobaları kullanır, bu da sadece büyük sıcaklık dalgalanmalarına sahip değildir (hatalar ± 5 ℃'ye ulaşabilir), aynı zamanda karbon monoksit ve toz gibi kirleticiler üretir ve hayvancılık ve kümes hayvanlarında solunum hastalıkları riskini arttırır. PVT sistemlerinin su ürünleri yetiştiriciliği senaryosuna, "merkezi ısıtma + bölgesel sıcaklık kontrolü" tasarımı yoluyla uygulanması, ısıtma yoğunluğunu farklı su ürünleri yetiştiriciliği alanlarının (üreme odaları, kuluçka odaları, besi odalar) sıcaklık gereksinimlerine göre tam olarak ayarlayabilir ve aynı zamanda, sıcaklık kontrol sensörleri, ventilasyon fanları ve manür arıtma ekipmanlarına güç sağlama, "güçlendirme,", ",", " Su Ürünleri Ortamı. Shandong'daki büyük ölçekli bir domuz çiftliğinden elde edilen veriler, PVT ısıtma sistemini tanıttıktan sonra domuz yavrularının hayatta kalma oranının% 90'dan% 98'e yükseldiğini, şişman domuzun pazarlanabilir süresinin 7 gün kısaltıldığını ve yıllık kömür tüketiminin 150 ton azaltıldığını göstermektedir. Üreme atölyesindeki toz konsantrasyonu%60 azaldı ve hastalık insidansı%35 düştü. Bu sadece üreme maliyetini azaltmakla kalmadı, aynı zamanda hayvancılık ve kümes hayvanlarının kalitesini geliştirerek yeşil üreme için teknik destek sağladı. Sera ekiminin temel senaryosunda, PVT teknolojisinin uygulanması "özelleştirme, hassasiyet ve uzun vadeli etkinlik" avantajlarını göstermiştir. Farklı mahsullerin (sebzeler, meyveler, çiçekler) büyüme döngüsü ve sıcaklık gereksinimlerine göre, olgun bir ısıtma çözeltisi oluşturulmuştur. Sera ekiminin çekirdek ağrı noktası, farklı mahsuller ve farklı büyüme aşamaları için sıcaklık gereksinimlerindeki önemli farklılıklarda yatmaktadır-örneğin, domates fideleri için uygun sıcaklık 20-25 ℃'dir ve meyve periyodu boyunca 25-28 ℃ 'ye yükseltilmesi gerekir; Büyüme süresi boyunca Phalaenopsis için uygun sıcaklık 18-25 ℃'dir ve çiçekli dönemde 20-22 ℃'de stabilize edilmesi gerekir. Geleneksel ısıtma sistemlerine ulaşmak zordur ve "bölgesel ve zamana dayalı" hassas kontrolü elde etmek zordur ve özellikle seraların ısıtma maliyetinin toplam ekim maliyetinin% 30-% 50'sini oluşturabileceği soğuk kış bölgelerinde işletme maliyetleri yüksektir. PVT sera ısıtma sistemi, "fotovoltaik güç kaynağı + atık ısıtma + enerji depolama zirvesi tıraş" aracılığıyla bu sorunu mükemmel bir şekilde çözer. İlk olarak, sistem, çatıya monte edilen PVT bileşenleri aracılığıyla güneş enerjisini elektriğe dönüştürür, aydınlatma, su ve gübre entegrasyon makineleri ve dolaşım fanları gibi sera ekipmanlarının gerçek zamanlı güç talebini önceliklendirir. Geri kalan elektrik, gece veya bulutlu günlerde kullanılmak üzere pillerde saklanır, "kendi kendine üretim ve kendi kendine kullanım, fazla elektrik depolanmış" elde edilir ve satın alınan elektrik tüketimini azaltır. İkincisi, PVT bileşenleri tarafından üretilen atık ısısı, bir su dolaşım sistemi aracılığıyla sera içindeki ısı lavabolarına, gömülü borulara veya fan bobin birimlerine taşınır ve sera için sabit bir ısı kaynağı sağlar. Aynı zamanda, sıcaklık sensörleri seranın iç sıcaklığını gerçek zamanlı olarak izler. Sıcaklık ayarlanan değeri aştığında, sistem ısıtma yoğunluğunu otomatik olarak azaltır ve yalıtım su deposundaki fazla ısıyı saklar. Sıcaklık ayarlanan değerden daha düşük olduğunda, sistem, seradaki sıcaklık dalgalanmasının ± 1 ℃ içinde kontrol edildiğinden emin olmak için depolanan ısıyı otomatik olarak serbest bırakır ve ürünlerin büyüme gereksinimleriyle tam olarak eşleşir. Son olarak, kışın yetersiz ışık ve ısı temini sorununu ele almak için, sistem az miktarda yardımcı gaz ısıtma ekipmanı (sadece aşırı soğuk havalarda aktive edilir) ile bağlanabilir ve "ana olarak PVT ısıtması" takviyesi olarak yardımcı olur "modu, enerji tüketimini en aza indirir. Jiangsu'da akıllı bir sera çilek dikim tabanı alarak, taban 2022'de toplam 5.000 metrekarelik Pvt sera ısıtma sistemi inşa ederek, çatıdaki 2.000 metrekarelik PVT bileşenlerinin kurulumuyla "güç üretimi + ısıtma" döngüsüne ulaştı. Veriler, sistemin kışın ortalama günlük enerji üretiminin 800 kWh'ye ulaşabileceğini, sera ekipmanlarının güç talebini tam olarak karşılayabileceğini ve kalan elektriğin ısıtma için gece kullanılmak üzere enerji depolama pillerinde saklanabileceğini gösteriyor. Ortalama günlük ısı arzı 12.000 MJ'ye ulaşabilir, sera sıcaklığını 22-25 ℃ olarak stabilize ederek çilek meyve döneminin sıcaklık gereksinimlerini tamamen karşılayabilir. Geleneksel gaz ısıtma ile karşılaştırıldığında, taban gaz tüketimini yılda 2.000 metreküp azaltır, ısıtma maliyetlerini%45 azaltır, çilek başına ortalama verimi%18 artırır ve meyve tatlılığını yüzde 1,5 puan artırır. Ayrıca karbon emisyonlarını yılda yaklaşık 1,8 ton azaltarak "ekonomik faydalar, çevresel faydalar ve sosyal faydalar" birleşimi elde eder. Ayrıca, PVT teknolojisinin sera ısıtmasında uygulanmasının da avantajları vardır.