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.