Солнечные панели для теплиц: летом – прохлада, солнце – зимой
Когда мы слышим об инновациях в области солнечных технологий, то думаем, что речь идет о новых панелях, которые используются для выработки электроэнергии для людей. На этот раз ученые позаботились о сельскохозяйственных культурах, разрешив вопрос о комфортных условиях их выращивания в течение всего года.
Специалисты из испанского консорциума ULMA Agricola и исследовательского центра Neiker Tecnalia разработали новый тип солнечных панелей для теплиц, которые поддерживают в помещениях оптимальный микроклимат, отслеживая движение солнца. Новые панели «умеют» распознавать годовые колебания активности светила, в том числе – высоту его прохождения по небу в определенное время года.
В отличие от подобных систем, которые выполняют аналогичные функции с помощью механических средств слежения за движением солнца, новая разработка основана на простой геометрии, а именно – использовании оптических линз и правильном размещении всех элементов системы.
Покрытие организовано таким образом, что панели закрывают крышу теплицы лишь частично. Зимой солнечные лучи свободно проникают внутрь через прозрачные стекла, обеспечивая естественное освещение выращиваемых растений. Летом излишек солнечной энергии улавливается линзами и направляется на солнечные панели. Накопленная энергия используется для охлаждения помещений.
По утверждению разработчиков, новые солнечные панели генерируют электроэнергии на 15% больше, чем стандартные системы. И это результаты лишь первого этапа тестирования. Ученые надеются, что в результате дальнейших исследований, которые продлятся до марта этого года, удастся добиться повышения энергетической эффективности панелей.
Свои разработки ученые тут же испытывают в теплице площадью 400 кв. м, специально построенной в Дерио для этих целей. В качестве подопытных растений были выбраны перцы и помидоры, для цветения которых необходимо большое количество солнечного света. Следовательно, растения позволят быстро обнаружить какие-либо недостатки системы. К тому же, эти культуры широко распространены во всем мире, и именно их чаще всего выращивают в теплицах.
За растениями ведется постоянное наблюдение, анализируются все показатели микроклимата: влажность, температура воздуха, суммарное солнечное излучение. Отдельно изучается фотосинтетически активная радиация, т.е. та часть солнечного спектра, которая имеет наибольшее значение для физиологических процессов растений (используется ими для фотосинтеза). Она составляет около 50% от общей энергии солнечного излучения.
Первые результаты эксперимента порадовали ученых – урожайность и вкусовые качества томатов и перцев были достойными.
Источник
Солнечные батареи для теплицы: будущее уже рядом
Долгое время сельскохозяйственные теплицы оставались едва ли не единственным видом конструкций, где установка солнечных батарей являлась нерентабельной. Виной тому была полная непрозрачность классических модулей, что позволяло накрывать ими не более 20-30% площади кровли. Однако с появлением тонкопленочных технологий ситуация кардинально изменилась, поскольку появились фотоэлектрические панели, пропускающие необходимый растениям свет.
Солнечные батареи для теплиц Майкла Лоика
Первой полупрозрачной конструкцией с ячейками пурпурного оттенка создала группа физика Майкла Лоика из Калифорнийского технологического института. В качестве эксперимента в 2017 году ученые установили две теплицы – одну с традиционным полимерным покрытием, а вторую с полупрозрачными гелио пленками цвета пурпура.
Экспериментальными культурными растениями стали одинаковые сорта томатов и огурцов, за ростом которых ежедневно велось наблюдение.
По истечении стандартного времени созревания овощи в обоих помещениях оказались абсолютно идентичными по размеру, сочности и вкусовым качествам. Однако при этом «пурпурный» кровельный вариант солнечных панелей для теплиц полностью обеспечивал строение энергией для полива, освещения, вентилирования и снабжения теплом.
Подробности первого экспериментального выращивания культур с использованием фотоэлектрических пленок были опубликованы крупным научным журналом «Earth is Future» (США).
Солнечные батареи для теплиц LUMO
Следующим серьезным шагом к росту функциональности и применению в сельском хозяйстве стали панели LUMO американского концерна «Soliculture».
Новые модули на тонких пленках получили целый ряд усовершенствований по сравнению с предшественниками. Наиболее важным новшеством оказалось покрытие внутренней поверхности солнечных батарей слоем специализированного люминофора длительного послесвечения.
Это позволило инновационным кровлям для теплиц:
- значительно повысить КПД;
- продолжать генерировать энергию достаточно долгое время при слабом и даже полностью отсутствующем внешнем освещении;
- осуществлять преобразование «зеленых» фотонов в «красные», с длиной волны, наиболее благоприятной для созревания растений;
- примерно на 7% повысить урожайность, на 8% — скорость созревания, и на 5% снизить потребность во влаге;
- сделать культуры более устойчивыми к болезням плодов;
- способствовать угнетению вредоносных микроорганизмов.
Интересно, что при выполнении масштабных проектов «Soliculture» смогла добиться существенного повышения энергоэффективности сельскохозяйственных предприятий. С этой целью для теплиц применялись новые полупрозрачные солнечные панели, а для складов – более мощные традиционные монокристаллические батареи.
Европейский ответ американцам от «Ombrea»
В Европе первыми достойный ответ американцам дали французы. Один из крупнейших в Старом Свете агрохолдинг «Ombrea» выбрал другой путь эффективного снабжения тепличных хозяйств энергией солнца.
Обладая огромным опытом в создании систем защиты урожая от климатических угроз, французская компания разработала раздвижные солнечные батареи для теплиц под управлением искусственного интеллекта.
Уникальный комплекс панелей:
- устанавливается на стальных фермах со специальными направляющими «рельсами» над любыми участками сельскохозяйственного назначения;
- в режиме реального времени собирает с внешних датчиков информацию о местоположении солнца, температуре, влажности и величине солнечной инсоляции;
- с помощью компьютера изменяет положение и эффективную площадь фотоэлектрических модулей над созревающими культурами.
По утверждению директора холдинга, Джулио Давико-Пахина, такое конструктивное решение позволяет:
- защищать урожай от ливней и града;
- в любой момент времени обеспечивать оптимальный уровень освещения;
- повышать скорость созревания, урожайность и потребительские качества культур, высаженных на бахчах или в теплицах;
- за счет варьирования освещения контролировать и управлять даже такими параметрами, как уровень сахара и спирта в винограде.
Солнечные панели для теплиц с селективным поглощением излучения
Наиболее совершенной на сегодня гелио технологией является WSPV, которая обязана своим появлением двум калифорнийским физикам – Стивену Картеру и Генри Аллерсу из университета Санта-Крус (США).
В 2019 году, опираясь на разработки избирательного поглощения света разных длин волн от «Soliculture», калифорнийцы усовершенствовали ее и адаптировали для солнечных батарей.
При размещении на кровлях теплиц, WSPV-модули с невозможными еще недавно физико-оптическими характеристиками позволяют:
- не только поглощать излучение заданной длины волны, но и преобразовывать в него поток фотонов другой части спектра – например, «зеленые» в «красные»;
- выдавать до 25% номинальной генерации даже при затянутом тучами небе или ночью, за счет использования на внутренней части модулей слоя люминофора длительного послесвечения;
- сводить до минимума потери преобразования излучения в электрический ток, благодаря новой патентованной технологии изготовления токопроводящих лент;
- сократить на 4-6% потребность растений в поливе;
- увеличить урожайность и ускорить созревание для 80% сельскохозяйственных культур, высаженный в теплицах или на бахчах.
Еще одно важное достоинство селективных WSPV-модулей – получение максимального КПД освещенности растений светом оптимальной именно для них длины волны.
Дополнительные преимущества пропускающих свет солнечных панелей для теплиц
Помимо достоинств, связанных с урожайностью, которыми обладают модули нового поколения для агропромышленных комплексов, им присущ ряд других важных преимуществ.
В сравнении с другими разновидностями фотовольтаики, а также классическими источниками обеспечения растений энергией, WSPV и их аналоги:
- Вырабатывают достаточно генерации для управления системами полива, вентиляции и обогрева теплиц на 100% в южных регионах и 85-90% в центральных.
- Являются более легкими, чем кремниевая «классика».
- Благодаря способности пропускать свет могут монтироваться на всей полезной площади тепличных кровель.
- Обходятся до 35-40% дешевле традиционных аналогов, равных им по производительности.
Последней важной отличительной чертой, присущей именно солнечным батареям для теплиц данного класса, является способность перенастраивать диапазон поглощения. При слабом освещении или дождливой погоде автоматика максимально увеличит отбор фотонов только красной зоны спектра, необходимых для фотосинтеза. Это незначительно замедлит рост растений, но гарантирует сохранение высокой урожайности.
Источник
Как сделать солнечное отопление для теплицы своими руками
Экологичная усадьба: Отопление теплицы можно организовать различными способами. Можно отапливать теплицу электричеством, используя калориферы, инфракрасные лампы, электрический кабель, уложенный в дренаж пола теплицы. Можно обогревать теплицу горячим воздухом. А можно построить и комбинированную систему отопления теплицы, причем скомбинировать различные способы таким образом, чтобы отдача была максимальной, а затраты минимальными.
Наверняка сейчас никто не удивляется, видя даже зимой на прилавках магазинов, на рынках самые разнообразные овощи, фрукты, ягоды. Помидоры, огурцы, яблоки, груши, клубника, вишни, арбузы, различные экзотические фрукты – всего не перечислить. Глаза разбегаются от этой красоты, от всего этого изобилия. Но красота красотой, а вот качество всего этого, экологическая чистота продуктов зачастую вызывают большие сомнения. Как это было выращено, чем удобрялось, защищалось от вредителей – на эти вопросы чаще всего ответ получить невозможно.
Поэтому сейчас можно видеть, что с каждым днем увеличивается число тех, кто самостоятельно выращивает различные растения на своем дачном участке. Причем выращивает круглогодично, обеспечивая свою семью экологически чистыми свежими овощами и фруктами. А при обильных урожаях излишки пускаются на продажу, принося определенных доход.
Разумеется, на открытом воздухе выращивать круглый год овощи и фрукты невозможно. Для этого сооружаются парники и теплицы. Парники используются только сезонно, как правило, ранней весной, когда готовят рассаду, чтобы ее защитить от заморозков и непогоды. Теплица же эксплуатируется круглый год, поэтому для создания благоприятных условий для выращивания растений необходимо позаботиться о том, чтобы обеспечить ее отопление.
Отопление теплицы можно организовать различными способами. Можно отапливать теплицу электричеством, используя калориферы, инфракрасные лампы, электрический кабель, уложенный в дренаж пола теплицы. Это достаточно дорогостоящий способ. Кроме стоимости оборудования нужно будет еще оплачивать электричество, расходуемое на обогрев.
Можно организовать водяное отопление, установив в теплице батареи отопления, или проложив в дренаже трубы, по которым будет циркулировать нагретая вода. Можно обогревать теплицу горячим воздухом. А можно построить и комбинированную систему отопления теплицы, причем скомбинировать различные способы таким образом, чтобы отдача была максимальной, а затраты минимальными.
Укладка труб для водяного отопления в полу теплицы
С точки зрения энергозатрат наиболее экономичным является организация отопления теплицы с использованием энергии солнца. Причем, независимо от того, какой способ отопления был выбран, – воздушный, водяной или комбинированный. Ведь энергия солнца ничего не стоит, а какой теплоноситель будет нагреваться солнечным коллектором, не имеет абсолютно никого значения.
Отопление теплиц солнечным воздушным коллектором
Такой коллектор является главным элементом этой системы отопления. В зависимости от расположения этого коллектора отопление может осуществляться либо естественной циркуляцией воздуха в системе, либо с помощью вентиляторов.
В первом случае выходной патрубок коллектора должен располагаться ниже раструба входного отверстия в теплице. Тогда воздух, нагретый в коллекторе, по законам конвекции будет подниматься по воздуховоду и попадать в теплицу. Вытесняемый остывший воздух по обратному воздуховоду поступает в коллектор, нагревается и возвращается в теплицу. Этот цикл непрерывный, длится весь световой солнечный день.
Во втором случае расположение солнечного коллектора не имеет значения, так как циркуляция воздуха поддерживается вентиляторами, установленными в теплице на входе теплого воздуха. При таком способе обеспечивается равномерное распределение теплых воздушных масс по всему обогреваемому объему, и, что очень важно, равномерный обогрев почвы.
Естественно, что воздуховоды (особенно горячий) должны быть покрыты теплоизоляцией, чтобы воздух не мог быстро остывать. В темное время суток воздух в теплице без горячей подпитки может достаточно быстро охлаждаться. Поэтому для поддержания теплового режима необходимо предусмотреть резервный контур отопления. Это могут быть тепловентиляторы, калориферы.
Сам воздушный солнечный коллектор представляет собой предельно простую конструкцию. Собрать его самому из подручных материалов можно меньше, чем за час. Это герметичный деревянный короб высотой 10 – 15 см. Днище делается из ДВП. Для прочности боковые стенки соединяются деревянными брусками с сечением 5х5 сантиметров.
На днище укладывается теплоизолятор – пенопласт или минеральная вата. Поверх теплоизолирующего слоя кладется абсорбер, например, листовое оцинкованное железо. Чтобы увеличить площадь нагрева, к этому листу можно прикрепить дополнительные ребра.
Все швы внутренней части короба тщательно обрабатываются «Герметиком», после чего короб изнутри покрывается черной термостойкой краской. В зависимости от того, где и как будет устанавливаться коллектор, в его боковины встраиваются трубы для впускания и выпускания воздуха. После всех подготовительных работ короб закрывается каленным стеклом, стыки стекла с корпусом герметизируются «Герметиком».
Схема солнечного воздушного коллектора
Остается поставить коллектор на место и соединить воздуховодами с теплицей. При этом выходной патрубок коллектора должен располагаться выше патрубка входного. Размеры коллектора определяются только размерами металлического листа и стекла. В зависимости от размеров теплицы, таких коллекторов может быть несколько.
Воздух в таком коллекторе прогревается до температуры 45°C – 50°С. Нагретый воздух не только поддерживает в теплице комфортную для растений температуру, но, отдавая свое тепло, нагревает еще и почву, что создает наиболее благоприятные условия для развития корневой системы растений.
Водяные солнечные коллекторы для отопления теплицы
По ряду причин водяное отопление теплиц является более предпочтительным, хотя стоимость такой системы значительно выше стоимости системы воздушного отопления. В сущности, система солнечного водяного отопления теплицы ничем не отличается от системы солнечного отопления самого загородного дома.
Различия заключаются лишь в форме и расположении нагревательных элементов. В теплицах вместо привычных для комнаты радиаторов отопления вдоль стен прокладываются трубы, в которых циркулирует теплая вода. Трубы также прокладываются в земляном полу теплицы на глубине от 30 до 50 см. Тем самым в теплице обеспечивается и нагрев воздуха, и подогрев почвы.
Схема солнечного водяного отопления
В системе водяного отопления теплоноситель может нагреваться как в плоских коллекторах, так и в коллекторах на вакуумных трубках. В плоском коллекторе к абсорберу крепится плоский змеевик, для изготовления которого нужна медная трубка. Эта медная трубка сначала заполняется солью, и только после этого ее можно сгибать, не опасаясь возникновения заломов.
Когда трубка примет нужную форму, соль легко вымывается из нее проточной водой. Змеевик крепится к абсорберу и окрашивается в черный цвет термостойкой краской. Входной и выходной патрубки выводятся наружу, и отверстия, через которые они были выведены, герметизируются.
Схема плоского солнечного коллектора
Иную конструкцию имеют коллекторы, построенные с применением вакуумных трубок, которые своими наконечниками соединены с трубой контура теплоносителя. Вакуумные трубки представляют собой стеклянный цилиндр, внутри которого помещается медная трубка с легкокипящей жидкостью. Верхний конец медной трубки слегка расширен и запаян.
Из пространства между внешней и наружной трубками откачан воздух для создания максимально возможной теплоизоляции. Жидкость внутри медной трубки под воздействием солнечного излучения нагревается и испаряется. Пар поднимается к наконечнику и нагревает его. Отдавая тепло, пар остывает, конденсируется и по стенкам стекает вниз. На наконечнике температура может достигать 270°C – 300°C.
Схема вакуумной трубки
Вакуумный коллектор
Нагретая в солнечных коллекторах жидкость циркуляционными насосами подается в теплообменник, установленный в бойлере. Нагретая в бойлере вода поступает в отопительную систему. Этот бак должен иметь мощную теплоизоляцию для сохранения тепла в темное время суток.
Чтобы вода в бойлере чрезмерно не охлаждалась, предусматривается еще один нагревательный элемент системы резервного подогрева. Эта система включается при необходимости в темное время суток и может быть запитана от аккумуляторов солнечного электроснабжения дома.
Солнечная энергетика все прочнее входит в наш повседневный быт. Возможности ее неисчерпаемы. Солнце дает нам свет, тепло, электричество. И не воспользоваться этим источником даровой энергии было бы просто непростительно. опубликовано econet.ru
Источник