Автор: Chikaire, J. Nnadi, F.N., Nwakwasi, R.N., Anyoha, N.O, Aja O.O., Onoh, P.A.
Источник: http://www.matchinggrants.org/..
Возобновляемые источники энергии, такие как солнечная энергия, ветер и биотопливо, могут сыграть ключевую роль в создании экологически чистой и надежной энергетики будущего. Преимущества многочисленны и разнообразны, включая более чистую окружающую среду. Электроэнергия часто производится путем сжигания ископаемых видов топлива, таких как нефть, уголь и природный газ. При сгорании этих видов топлива в атмосферу выделяются различные загрязнители, такие как диоксид углерода, диоксид серы и оксид азота, которые создают кислотные дожди и смог. Двуокись углерода от сжигания ископаемого топлива является важным компонентом выбросов парниковых газов. Эти выбросы могут значительно изменить окружающую среду в мире и способствовать глобальному потеплению.
С другой стороны, возобновляемая энергия может быть экологически чистым источником энергии. Использование возобновляемых источников энергии для замены обычного ископаемого топлива может предотвратить выброс загрязняющих веществ в атмосферу и помочь в борьбе с глобальным потеплением. Например, использование солнечной энергии для снабжения энергией миллиона домов снизило бы выбросы диоксида углерода на 4,3 миллиона тонн в год, что эквивалентно удалению с дороги 850 000 автомобилей. Возобновляемая энергия - это энергия, которая поступает из природных ресурсов, таких как солнечный свет, ветер, дождь, приливы и геотермальное тепло, которые являются возобновляемыми (естественными пополнениями). В 2006 году около 18 % мирового потребления топливной энергии приходилось на возобновляемые источники энергии, 13 % приходилось на традиционную биомассу, которая в основном используется для отопления, и 3 % на гидроэлектроэнергетику. Новые возобновляемые источники энергии (малая гидроэнергетика, современная биомасса, ветер, солнечная энергия, геотермальная энергия, биотопливо) составляют еще 2,4 % и очень быстро растут. Доля возобновляемых источников энергии в производстве электроэнергии составляет около 18 %, при этом 15 % мировой электроэнергии приходится на гидроэлектроэнергетику и 3,4 % - на новые возобновляемые источники. Таким образом, в данной статье описываются некоторые применения технологий солнечной энергии, используемых в сельском хозяйстве.
Солнечная энергия может удовлетворить и дополнить многие потребности фермы в энергии. Ниже приводится краткое обсуждение нескольких применений технологий солнечной энергии в сельском хозяйстве.
Использование солнца для сушки сельскохозяйственных культур и зерна – одно из старейших и наиболее широко используемых приложений солнечной энергии. Самый простой и наименее дорогостоящий метод – дать урожаю высохнуть естественным путем в поле или разложить зерно и фрукты на солнце после сбора урожая. Недостатком этих методов является то, что посевы и зерновые культуры могут быть повреждены птицами, грызунами, ветром и дождем, а также загрязнены пылью и грязью, переносимой ветром. Более совершенные солнечные сушилки защищают зерно и фрукты, сокращают потери, сушат быстрее и равномернее и производят продукт более высокого качества, чем методы на открытом воздухе .
Основными компонентами солнечной сушилки являются корпус или навес, экранированные сушильные лотки или стеллажи и солнечный коллектор. В жарком засушливом климате коллектор может даже не понадобиться. Южную сторону корпуса можно застеклить, чтобы солнечный свет мог сушить материал. Коллектор может быть таким же простым, как застекленный ящик с темным внутренним пространством, чтобы поглощать солнечную энергию, которая нагревает воздух. Воздух, нагретый в солнечном коллекторе, движется либо естественной конвекцией, либо нагнетаемым вентилятором вверх через высушиваемый материал. Размер коллектора и скорость воздушного потока зависят от количества высушиваемого материала, влажности материала, влажности воздуха и среднего количества солнечного излучения, доступного в течение сезона сушки.
В мире существует относительно небольшое количество крупных солнечных сушилок для сельскохозяйственных культур. Это связано с тем, что стоимость солнечного коллектора может быть высокой, а скорость сушки не так контролируема, как с сушилками, работающими на природном газе или пропане.
Использование коллектора в другое время года, например, для обогрева здания фермы, может сделать солнечную сушилку более рентабельной. Из простых материалов можно сделать небольшие сушилки по очень низкой цене. Эти системы могут быть полезны для сушки овощей и фруктов для домашнего использования.
Животноводство и молочные хозяйства часто требуют значительного нагрева воздуха и воды. Современные свинофермы и птицефабрики разводят животных в закрытых помещениях, где необходимо тщательно контролировать температуру и качество воздуха, чтобы обеспечить максимальное здоровье и рост животных. Эти помещения должны регулярно заменять воздух в помещении для удаления влаги, запахов токсичных газов и пыли. При необходимости нагревание этого воздуха требует большого количества энергии. При правильном планировании и проектировании солнечные воздухонагреватели могут быть встроены в сельскохозяйственные постройки для предварительного нагрева поступающего свежего воздуха. Эти системы также могут использоваться для дополнения уровней естественной вентиляции в летние месяцы в зависимости от региона и погоды. Солнечный водонагреватель может обеспечить горячую воду для очистки загона или оборудования или для предварительного нагрева воды, поступающей в обычный водонагреватель. На нагрев воды может приходиться до 25 процентов затрат на электроэнергию типичной семьи и до 40 процентов энергии, используемой в типичном молочном хозяйстве. Солнечная водонагревательная система правильного размера может сократить эти расходы вдвое.
Доступны четыре основных типа солнечных водонагревательных систем. Эти системы имеют три общих черты: остекление (обычно стекло) на темной поверхности для сбора солнечного тепла; одна или две емкости для хранения горячей воды; и связанный водопровод с насосами или без них для циркуляции теплоносителя из бака в коллекторы и обратно.
Еще одно применение солнечной энергии в сельском хозяйстве – это отопление теплиц. Коммерческие теплицы обычно полагаются на солнце для обеспечения своих потребностей в освещении, но не предназначены для использования солнца для обогрева. Они полагаются на газовые или масляные обогреватели, чтобы поддерживать температуру, необходимую для выращивания растений в холодные месяцы. Однако солнечные теплицы предназначены для использования солнечной энергии как для отопления, так и для освещения.
Солнечная теплица имеет тепловую массу для сбора и хранения солнечной тепловой энергии и изоляцию для сохранения этого тепла для использования в ночное время и в пасмурные дни. Солнечная теплица ориентирована на максимальное южное остекление. Его северная сторона практически не остеклена и хорошо изолирована. Чтобы уменьшить потери тепла, само остекление также более эффективно, чем однослойное, и доступны различные продукты, от двойного остекления до ячеистого остекления. Солнечная теплица снижает потребность в ископаемом топливе для отопления. Газовый или масляный обогреватель может служить резервным обогревателем или повышать уровень углекислого газа, чтобы стимулировать более высокий рост растений.
Пассивные солнечные теплицы часто являются хорошим выбором для мелких производителей, потому что они являются экономически эффективным способом для фермеров продлить вегетационный период. В более холодном климате или в районах с длительными периодами пасмурной погоды солнечное отопление может потребоваться дополнить газовой или электрической системой отопления, чтобы защитить растения от сильного холода. Активные солнечные теплицы используют дополнительную энергию для перемещения нагретого солнцем воздуха или воды из мест хранения или сбора в другие части теплицы.
Солнечные электрические или фотоэлектрические системы преобразуют солнечный свет непосредственно в электричество. Они работают в любое время, когда светит солнце, но больше электричества вырабатывается, когда солнечный свет более интенсивен и падает непосредственно на фотоэлектрические модули (например, когда солнечные лучи перпендикулярны фотоэлектрическим модулям). Они также могут питать электроприбор напрямую или накапливать солнечную энергию в батарее. В районах, где нет инженерных сетей, фотоэлектрические системы часто дешевле и требуют меньшего обслуживания, чем дизельные генераторы, ветряные турбины или батареи. А там, где коммунальные предприятия взимают плату за новые линии, фотоэлектрическая генерирующая система зачастую намного дешевле для землевладельца, чем оплата новой линии.
Фотоэлектрические системы позволяют производить электроэнергию без шума и загрязнения воздуха из чистого возобновляемого ресурса. В фотоэлектрической системе никогда не заканчивается топливо. Солнечная электроэнергия очень удобна на фермах и ранчо и часто является наиболее рентабельным и не требующим особого обслуживания решением в местах, удаленных от ближайших коммуникаций. Фотоэлектрические системы могут использоваться для питания освещения, электрических ограждений, небольших двигателей, вентиляторов аэрации, открывателей ворот, переключателей оросительных клапанов, автоматических дозаторов. Солнечная электроэнергия может использоваться для перемещения оросительных систем дождеванием. Фотоэлектрические системы также очень хорошо подходят для перекачки воды для скота на удаленных пастбищах, где нет электричества от линий электропередач. Фотоэлектрические системы часто намного дешевле, чем альтернатива протяжки линий электропередач в эти отдаленные районы.
Фотоэлектрические водонасосные системы могут быть наиболее экономически эффективным вариантом перекачки воды в местах, где нет существующей линии электропередач. Они исключительно хорошо подходят для выпаса скота с целью обеспечения водой отдаленных пастбищ. Простые фотоэлектрические системы включают насосы напрямую, когда светит солнце, поэтому они больше всего работают в жаркие летние месяцы, когда они больше всего нужны. Как правило, в батареях нет необходимости, потому что вода хранится в резервуарах или перекачивается на поля и используется в дневное время. Более крупные насосные системы могут включать батареи, инверторы и крепления для отслеживания движения солнца.
При правильном размере и установке фотоэлектрические водяные насосы очень надежны и не требуют значительного обслуживания. Размер и стоимость фотоэлектрической водонасосной системы зависит от качества солнечной энергии, доступной на объекте, глубины откачки, потребности в воде, а также затрат на приобретение и установку системы. Фотоэлектрические системы очень рентабельны для удаленного водоснабжения домашнего скота. аэрация прудов и небольшие оросительные системы. Например, система, включающая фотоэлектрическую батарею на 128 Вт и погружной насос, может производить 750-1000 галлонов воды в день из 200-футовой пробуренной скважины.
Сельскохозяйственные технологии стремительно меняются. Сельскохозяйственная техника, хозяйственные постройки и производственные помещения постоянно совершенствуются. Более дешевые и улучшенные источники энергия необходима для эффективной и бесперебойной работы объектов. Эти источники энергии чистые, безопасные и не наносят вреда человеку и окружающей среде.