بحث حول تطبيق PVT في التدفئة الزراعية والدفيئة: تمكين التكنولوجيا لبناء "خط دفاع دافئ" للزراعة الحديثة

البحث في تطبيق تكنولوجيا التدفئة الحرارية في الزراعة والصوب الزراعية: تمكين التكنولوجيا لبناء "خط دفاع دافئ" للزراعة الحديثة

في عملية تطوير الزراعة الحديثة، تُعدّ درجة الحرارة أحد العوامل الأساسية المؤثرة على نمو المحاصيل وإنتاجيتها وجودتها، وخاصةً في نموذج الزراعة في البيوت المحمية، الذي يتطلب متطلبات أعلى لاستقرار نظام التدفئة وكفاءته في استخدام الطاقة وملاءمته للبيئة. يعتمد تدفئة البيوت المحمية التقليدية بشكل أساسي على غلايات تعمل بالفحم أو الغاز أو معدات التدفئة الكهربائية، والتي لا تقتصر مشاكلها على استهلاك الطاقة المرتفع وتكاليف التشغيل المرتفعة وانبعاثات الكربون الكبيرة فحسب، بل إنها أيضًا عرضة لتقلبات إمدادات الطاقة وصعوبة تلبية متطلبات درجة الحرارة لمختلف مراحل نمو المحاصيل بدقة. في ظل هذه الخلفية، أصبحت تقنية الطاقة الكهروضوئية الحرارية المتكاملة (PVT)، بوظيفتها المزدوجة الفريدة المتمثلة في "توليد الطاقة + التدفئة"، تدريجيًا تقنية رئيسية لحل مشاكل التدفئة الزراعية وتدفئة البيوت المحمية، مما يُعطي زخمًا جديدًا للتحول الأخضر والتطوير الفعال للزراعة الحديثة.

يعتمد المبدأ الأساسي لتقنية PVT على دمج طبقة امتصاص وقنوات وسيط نقل الحرارة وطبقة عازلة، استنادًا إلى مكونات توليد الطاقة الكهروضوئية التقليدية، مما يحقق استخدامًا عالي الكفاءة لـ "مدخل واحد للطاقة الشمسية، ومخرجات متزامنة من الكهرباء والحرارة" - حيث تحول المكونات الكهروضوئية الطاقة الشمسية إلى كهرباء لتلبية احتياجات إمدادات الطاقة للإضاءة والتهوية ومعدات الري بالمياه والأسمدة في الدفيئة؛ تمتص طبقة الامتصاص الحرارة المهدرة الناتجة أثناء عملية توليد الطاقة للمكونات الكهروضوئية (يتم تحويل حوالي 60%-70% من الطاقة الشمسية إلى طاقة حرارية وتُهدر في المكونات الكهروضوئية التقليدية)، وتنقل الحرارة إلى نظام تدفئة الدفيئة من خلال وسائط نقل الحرارة مثل الماء والهواء، مما يوفر مصدرًا حراريًا مستقرًا لنمو المحاصيل. بالمقارنة مع "التطبيق المنفصل" للتدفئة التقليدية وأنظمة الطاقة الشمسية المستقلة، فإن معدل الاستخدام الشامل للطاقة لتكنولوجيا PVT يزيد بنسبة تزيد عن 30٪، وهو ما لا يحل مشكلة انخفاض كفاءة توليد الطاقة للمكونات الكهروضوئية بسبب ارتفاع درجة الحرارة فحسب، بل يتجنب أيضًا أوجه القصور في استهلاك الطاقة العالي والتلوث العالي للتدفئة التقليدية، وهو ما يتوافق تمامًا مع مفهوم تطوير الزراعة الحديثة "الحفاظ على الطاقة وحماية البيئة والكفاءة".

لا يقتصر تطبيق تقنية PVT في الزراعة على سيناريوهات الدفيئة ، ولكنه يمتد أيضًا إلى روابط متعددة مثل العزل في زراعة الحقول واسعة النطاق ، والتدفئة في الماشية وتربية الدواجن ، والحفاظ على المنتجات الزراعية في التخزين ، وتوفير حماية كاملة للمعالجة من أجل "نهاية الزراعة" إلى "Ending Stocorage End". في زراعة الحقول واسعة النطاق ، فإن درجة الحرارة المنخفضة في فصل الشتاء والبرد البارد في الربيع في المناطق الشمالية هي المشكلات الرئيسية التي تقيد معدل ظهور المحاصيل مثل القمح والذرة. تعتمد تدابير الحماية الباردة التقليدية بشكل أساسي على تغطية الأفلام البلاستيكية ورش عوامل مضادة للتجميد ، والتي لها آثار محدودة ويصعب تعزيزها على نطاق واسع. ومع ذلك ، يمكن أن يوفر نظام PVT حرارة مستمرة لأنابيب التدفئة المدفونة في الحقل من خلال وضع مجموعة "إمدادات الحرارة التي تعتمد على الكهرباء" ، مما يؤدي إلى استقرار درجة حرارة التربة عند 10-15 ℃ ، وهو مناسب لإنبات المحاصيل. في الوقت نفسه ، فإنه يستخدم وظيفة توليد الطاقة لتوفير الطاقة لأجهزة استشعار رطوبة التربة ومعدات الري التلقائية ، مما يحقق تكامل "تنظيم درجة الحرارة + إدارة دقيقة". أخذ قاعدة زراعة القمح في شمال شرق الصين على سبيل المثال ، بعد إدخال نظام التدفئة الحقل على نطاق واسع PVT في عام 2023 ، ارتفع معدل ظهور القمح الربيعي للقاعدة من 82 ٪ في السنوات السابقة إلى 95 ٪ ، وارتفع متوسط ​​العائد لكل MU بنسبة 12 ٪ ، ولم يتم استهلاك أي فحم خلال فترة تسخين الشتاء ، مما يؤدي تحقيق الفوائد الثلاثية من "زيادة الإنتاج ، الحفاظ على الطاقة والحد من الكربون".

في مجال تربية الماشية والدواجن ، تؤثر درجة الحرارة المستقرة بشكل مباشر على معدل البقاء على قيد الحياة ، ومعدل النمو ومقاومة الأمراض للماشية والدواجن-درجة حرارة النمو المناسبة للخنازير هي 28-32 ℃ ، وللحصول على الكتاكيت 33-35 ℃. يستخدم التدفئة التقليدية للتكاثر بشكل أساسي مواقد الفحم ومواقد الهواء الساخن ، والتي لا تحتوي على تقلبات كبيرة في درجة الحرارة (يمكن أن تصل الأخطاء إلى ± 5 ℃) ، ولكنها أيضًا تنتج بسهولة ملوثات مثل أول أكسيد الكربون والغبار ، مما يزيد من خطر الإصابة بأمراض الجهاز التنفسي في الثروة الحيوانية والدواجن. يمكن أن يؤدي تطبيق أنظمة PVT في سيناريو الاستزراع المائي ، من خلال تصميم "التدفئة المركزية + التحكم في درجة حرارة المناطق" ، بدقة أن تعدل شدة التدفئة وفقًا لمتطلبات درجة حرارة المناطق المختلفة للزراعة المائية (غرف التكاثر ، وتجهيزات الصلاحية ، وتنظيف ، وتنظيف ، وتنظيف ، وتنظيف ، وتنظيف ، وتنظيف ، وتنظيف ، وتنظيف ، وتنظيف ، وتنظيف ، وتنظيف ، وتنظيف ، وتنظيف ، وتنظيف ، وتنظيف ". بيئة الاستزراع المائي. تُظهر البيانات من مزرعة الخنازير على نطاق واسع في شاندونغ أنه بعد إدخال نظام التدفئة PVT ، ارتفع معدل البقاء على قيد الحياة من الخنازير من 90 ٪ إلى 98 ٪ ، تم تقصير فترة تسويق الخنزير السمين بمقدار 7 أيام ، وتم تخفيض استهلاك الفحم السنوي بنسبة 150 طن. انخفض تركيز الغبار في ورشة التكاثر بنسبة 60 ٪ ، وانخفض معدل الإصابة بالأمراض بنسبة 35 ٪. هذا لم يقلل من تكلفة التكاثر فحسب ، بل أدى أيضًا إلى تحسين جودة منتجات الثروة الحيوانية والدواجن ، مما يوفر الدعم الفني للتربية الخضراء. في السيناريو الأساسي لزراعة الدفيئة ، أظهر تطبيق تقنية PVT مزايا "التخصيص والدقة والفعالية طويلة الأجل". وفقًا لدورة النمو ومتطلبات درجة الحرارة للمحاصيل المختلفة (الخضار والفواكه والزهور) ، تم تشكيل محلول تسخين ناضج. تكمن نقطة الألم الأساسية في زراعة الدفيئة في الاختلافات المهمة في متطلبات درجة الحرارة للمحاصيل المختلفة ومراحل النمو المختلفة-على سبيل المثال ، تكون درجة الحرارة المناسبة لشتلات الطماطم 20-25 ℃ ، ويجب رفعها إلى 25-28 ℃ خلال فترة الإثمار ؛ درجة الحرارة المناسبة لل phalaenopsis خلال فترة النمو هي 18-25 ℃ ، ويجب أن تستقر في 20-22 ℃ خلال فترة الإزهار. يصعب تحقيق أنظمة التدفئة التقليدية على التحكم الدقيق "في المنطقة والوقت" ، وتكاليف التشغيل مرتفعة ، خاصة في المناطق الشتوية الباردة ، حيث يمكن أن تمثل تكلفة التدفئة للبيوتات الدفيئة 30 ٪ -50 ٪ من إجمالي تكلفة الزراعة. نظام التدفئة PVT Greenhouse ، من خلال "مزود الطاقة الكهروضوئية + تسخين حرارة النفايات + حلاقة ذروة تخزين الطاقة" ثلاثة في واحد ، يحل هذه المشكلة بشكل مثالي. أولاً ، يقوم النظام بتحويل الطاقة الشمسية إلى الكهرباء من خلال مكونات PVT المثبتة على السطح ، مما يعطي الأولوية للطلب على الطاقة في الوقت الفعلي لمعدات الدفيئة مثل الإضاءة وآلات تكامل الأسمدة والمراوح الدورة الدموية. يتم تخزين الكهرباء المتبقية في البطاريات لاستخدامها في الليل أو في الأيام الملبدة بالغيوم ، وتحقيق "التهوية الذاتية والاستخدام الذاتي ، مع تخزين الكهرباء الزائدة" ، مما يقلل من استهلاك الكهرباء المشتراة. ثانياً ، يتم نقل حرارة النفايات الناتجة عن مكونات PVT إلى أحواض الحرارة أو الأنابيب المدفونة أو وحدات لفائف المروحة داخل الدفيئة من خلال نظام تداول المياه ، مما يوفر مصدر حرارة مستقر للاحتباس الحراري. في الوقت نفسه ، تراقب أجهزة استشعار درجة الحرارة درجة الحرارة الداخلية للاحتباس الحراري في الوقت الفعلي. عندما تتجاوز درجة الحرارة قيمة المجموعة ، يقلل النظام تلقائيًا من كثافة التدفئة ويخزن الحرارة الزائدة في خزان المياه العازلة. عندما تكون درجة الحرارة أقل من القيمة المحددة ، يطلق النظام تلقائيًا الحرارة المخزنة للتأكد من أن تقلبات درجة الحرارة في الدفيئة يتم التحكم فيه في ± 1 ℃ ، وهو مطابقة بدقة متطلبات نمو المحاصيل. أخيرًا ، لمعالجة مشكلة عدم كفاية الإمداد والإمداد بالحرارة في فصل الشتاء ، يمكن ربط النظام بكمية صغيرة من معدات تسخين الغاز الإضافية (يتم تنشيطها فقط في الطقس البارد للغاية) ، وتشكيل "تسخين PVT كأسلوب رئيسي ، تسخين إضافي كملحق" ، مما يقلل من استهلاك الطاقة. أخذ قاعدة زراعة الفراولة الذكية في Jiangsu على سبيل المثال ، قامت القاعدة ببناء مساحة إجمالية تبلغ 5000 متر مربع من نظام تسخين الدفيئة PVT في عام 2022 ، وتحقيق دورة مستقلة من "توليد الطاقة + تسخين" من خلال تركيب 2000 متر مربع من مكونات PVT على السطح. تشير البيانات إلى أن متوسط ​​توليد الطاقة اليومي للنظام في فصل الشتاء يمكن أن يصل إلى 800 كيلو واط ساعة ، مما يلبي الطلب بالكامل على الطاقة من معدات الدفيئة ، ويمكن تخزين الكهرباء المتبقية في بطاريات تخزين الطاقة للاستخدام في الليل للتدفئة. يمكن أن يصل متوسط ​​إمدادات الحرارة اليومية إلى 12000 ميجا جول ، مما يؤدي إلى تثبيت درجة حرارة الدفيئة في 22-25 ℃ ، مما يفي بالكامل بمتطلبات درجة حرارة فترة إثبات الفراولة. بالمقارنة مع تسخين الغاز التقليدي ، تقلل القاعدة من استهلاك الغاز بمقدار 2000 متر مكعب سنويًا ، مما يقلل من تكاليف التدفئة بنسبة 45 ٪ ، ويزيد من متوسط ​​العائد لكل MU من الفراولة بنسبة 18 ٪ ، ويحسن حلاوة الفاكهة بنسبة 1.5 نقطة مئوية. كما أنه يقلل من انبعاثات الكربون بنحو 1.8 طن سنويًا ، مما يحقق توحيد "الفوائد الاقتصادية والفوائد البيئية والفوائد الاجتماعية". بالإضافة إلى ذلك ، فإن تطبيق تقنية PVT في تسخين الدفيئة لديه أيضًا مزايا