ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ

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.