Ricerca sull'applicazione della tecnologia PVT nel riscaldamento agricolo e delle serre: potenziare la tecnologia per costruire una "linea di difesa calda" per l'agricoltura moderna

Ricerca sull'applicazione della tecnologia PVT nel riscaldamento agricolo e delle serre: potenziare la tecnologia per costruire una "linea di difesa calda" per l'agricoltura moderna

Nel processo di sviluppo dell'agricoltura moderna, la temperatura è uno dei fattori chiave che influenzano la crescita, la resa e la qualità delle colture, soprattutto nel modello di coltivazione in serra, che richiede requisiti più elevati in termini di stabilità, efficienza energetica e rispetto dell'ambiente del sistema di riscaldamento. Il riscaldamento tradizionale delle serre si basa principalmente su caldaie a carbone, a gas o su impianti di riscaldamento elettrici, che non solo presentano problemi di elevato consumo energetico, elevati costi operativi e ingenti emissioni di carbonio, ma sono anche vulnerabili alle fluttuazioni dell'approvvigionamento energetico e difficili da adattare con precisione ai requisiti di temperatura delle diverse fasi di crescita delle colture. In questo contesto, la tecnologia integrata fotovoltaico-termica (Fotovoltaico-Termico, abbreviato in PVT), con la sua esclusiva duplice funzione di "produzione di energia + riscaldamento", è gradualmente diventata una tecnologia chiave per risolvere i problemi del riscaldamento agricolo e delle serre, iniettando nuovo impulso alla trasformazione verde e allo sviluppo efficiente dell'agricoltura moderna.

Il principio fondamentale della tecnologia PVT è quello di integrare uno strato assorbente, canali di trasferimento del calore e uno strato isolante sulla base dei tradizionali componenti di generazione di energia fotovoltaica, ottenendo una modalità di utilizzo altamente efficiente di "un input di energia solare, output simultaneo di elettricità e calore": i componenti fotovoltaici convertono l'energia solare in elettricità per soddisfare le esigenze di alimentazione di illuminazione, ventilazione e acqua e attrezzature per l'irrigazione di fertilizzanti nella serra; lo strato assorbente assorbe il calore di scarto generato durante il processo di generazione di energia dei componenti fotovoltaici (circa il 60%-70% dell'energia solare viene convertito in energia termica e sprecato nei tradizionali componenti fotovoltaici) e trasferisce il calore al sistema di riscaldamento della serra attraverso mezzi di trasferimento del calore come acqua e aria, fornendo una fonte di calore stabile per la crescita delle colture. Rispetto all'"applicazione separata" del riscaldamento tradizionale e dei sistemi fotovoltaici indipendenti, il tasso di utilizzo complessivo dell'energia della tecnologia PVT è aumentato di oltre il 30%, non solo risolvendo il problema del calo dell'efficienza di generazione di energia dei componenti fotovoltaici dovuto all'alta temperatura, ma anche evitando le carenze dell'elevato consumo energetico e dell'elevato inquinamento del riscaldamento tradizionale, abbinandosi perfettamente al concetto di sviluppo dell'agricoltura moderna di "risparmio energetico, tutela ambientale ed efficienza".

L'applicazione della tecnologia PVT in agricoltura non si limita agli scenari di serra, ma si estende anche a più collegamenti come l'isolamento nella piantagione di campo su larga scala, il riscaldamento nel bestiame e l'allevamento di pollame e la conservazione dei prodotti agricoli nello stoccaggio, fornendo una protezione completa per la produzione agricola dalla "fine delle impianti" a "fine di stoccaggio". Nella piantagione di campo su larga scala, la bassa temperatura in inverno e lo scatto freddo in primavera nelle regioni settentrionali sono i principali problemi che limitano il tasso di emergenza e la resistenza allo stress di colture come grano e mais. Le tradizionali misure di protezione a freddo si basano principalmente sulla copertura di film di plastica e sulla spruzzatura di agenti anti-congelamento, che hanno effetti limitati e sono difficili da promuovere su larga scala. Tuttavia, il sistema PVT può fornire calore continuo ai tubi di riscaldamento sepolti nel campo attraverso la modalità di combinazione di "alimentazione di calore guidata dall'elettricità +", stabilizzando la temperatura del suolo a 10-15 ℃, adatto alla germinazione delle colture. Allo stesso tempo, utilizza la funzione di generazione di energia per fornire energia ai sensori di umidità del suolo e alle apparecchiature di irrigazione automatica, raggiungendo l'integrazione della "regolazione della temperatura + gestione precisa". Taking a wheat planting base in Northeast China as an example, after introducing the PVT large-scale field heating system in 2023, the spring wheat emergence rate of the base increased from 82% in previous years to 95%, the average yield per mu increased by 12%, and no coal was consumed during the winter heating period, reducing carbon emissions by about 80 tons per year and reducing operating costs by 40% compared with traditional electric heating methods, truly Raggiungere i tripli benefici di "aumento della produzione, risparmio energetico e riduzione del carbonio".

Nel campo del bestiame e dell'allevamento del pollame, la temperatura stabile influisce direttamente sul tasso di sopravvivenza, il tasso di crescita e la resistenza alle malattie del bestiame e del pollame: la temperatura di crescita adeguata per i suinetti è di 28-32 ℃ e per i pulcini è di 33-35 ℃. Il riscaldamento da riproduzione tradizionale utilizza principalmente stufe a carbone e stufe ad aria calda, che non solo hanno grandi fluttuazioni di temperatura (gli errori possono raggiungere ± 5 ℃), ma producono anche facilmente inquinanti come il monossido di carbonio e la polvere, aumentando il rischio di malattie respiratorie nel bestiame e nel pollame. The application of PVT systems in the aquaculture scenario, through the design of "centralized heating + zonal temperature control", can precisely adjust the heating intensity according to the temperature requirements of different aquaculture areas (breeding rooms, brooding rooms, fattening rooms), and at the same time utilize the power generation function to supply power to temperature control sensors, ventilation fans, and manure treatment equipment, creating a "constant temperature, clean, and Intelligente "ambiente di acquacoltura. I dati di un allevamento di suini su larga scala a Shandong mostrano che dopo aver introdotto il sistema di riscaldamento PVT, il tasso di sopravvivenza dei suinetti è aumentato dal 90% al 98%, il periodo commercializzabile del maiale ingrassato è stato ridotto di 7 giorni e il consumo annuale del carbone è stato ridotto di 150 tonnellate. La concentrazione di polvere nel seminario di riproduzione è diminuita del 60%e l'incidenza di malattie è diminuita del 35%. Ciò non solo ha ridotto il costo di riproduzione, ma ha anche migliorato la qualità dei prodotti di bestiame e pollame, fornendo supporto tecnico per l'allevamento verde. Nello scenario fondamentale della piantagione di serra, l'applicazione della tecnologia PVT ha dimostrato i vantaggi di "personalizzazione, precisione ed efficacia a lungo termine". Secondo il ciclo di crescita e i requisiti di temperatura di diverse colture (verdure, frutta, fiori), è stata formata una soluzione di riscaldamento matura. Il punto dolente di base della piantagione di serra sta nelle differenze significative nei requisiti di temperatura per le diverse colture e nelle diverse fasi di crescita, ad esempio la temperatura adeguata per le piantine di pomodoro è di 20-25 ℃ e deve essere aumentata a 25-28 ℃ durante il periodo di fruttificazione; La temperatura adeguata per la falaenopsi durante il periodo di crescita è di 18-25 ℃ e deve essere stabilizzata a 20-22 ℃ durante il periodo di fioritura. I sistemi di riscaldamento tradizionali sono difficili da ottenere un controllo preciso "basato sul tempo e basato sul tempo" e i costi operativi sono elevati, soprattutto nelle regioni invernali fredde, in cui il costo di riscaldamento delle serre può rappresentare il 30% -50% del costo totale della semina. Il sistema di riscaldamento in serra PVT, attraverso l'alimentazione fotovoltaica + il riscaldamento del calore dei rifiuti + la rasatura del picco di energia ", il design tre in uno, risolve perfettamente questo problema. In primo luogo, il sistema converte l'energia solare in elettricità attraverso i componenti PVT installati sul tetto, dando la priorità alla domanda di energia in tempo reale di apparecchiature a serra come illuminazione, acqua e integrazione dei fertilizzanti e ventilatori di circolazione. L'elettricità rimanente è immagazzinata nelle batterie per l'uso di notte o nei giorni nuvolosi, raggiungendo "auto-generazione e auto-uso, con l'elettricità in eccesso immagazzinata", riducendo il consumo di elettricità acquistata. In secondo luogo, il calore dei rifiuti generato dai componenti PVT viene trasportato nei dissipatori di calore, tubi sepolti o unità di bobina della ventola all'interno della serra attraverso un sistema di circolazione dell'acqua, fornendo una fonte di calore stabile per la serra. Allo stesso tempo, i sensori di temperatura monitorano la temperatura interna della serra in tempo reale. Quando la temperatura supera il valore impostato, il sistema riduce automaticamente l'intensità di riscaldamento e memorizza il calore in eccesso nel serbatoio dell'acqua isolante. Quando la temperatura è inferiore al valore impostato, il sistema rilascia automaticamente il calore immagazzinato per garantire che la fluttuazione della temperatura nella serra sia controllata entro ± 1 ℃, corrispondente con precisione ai requisiti di crescita delle colture. Infine, per affrontare il problema della luce insufficiente e dell'offerta di calore in inverno, il sistema può essere collegato a una piccola quantità di attrezzature ausiliarie di riscaldamento a gas (attivate solo in tempo estremamente freddo), formando un "riscaldamento PVT come il riscaldamento ausiliario principale come il supplemento", minimizzando il consumo di energia. Assumendo una base di impianto di fragole in serra intelligente a Jiangsu, come esempio, la base ha costruito un'area totale di 5.000 metri quadrati di sistema di riscaldamento a effetto serra PVT nel 2022, ottenendo un ciclo autonomo di "generazione di energia + riscaldamento" attraverso l'installazione di 2.000 metri quadrati di componenti PVT sul tetto. I dati mostrano che la generazione di energia giornaliera media del sistema in inverno può raggiungere 800 kWh, soddisfacendo completamente la domanda di energia delle attrezzature a serra e l'elettricità rimanente può essere immagazzinata nelle batterie di conservazione dell'energia per l'uso di notte per il riscaldamento. L'alimentazione media giornaliera di calore può raggiungere i 12.000 MJ, stabilizzando la temperatura della serra a 22-25 ℃, soddisfacendo completamente i requisiti di temperatura del periodo di fruttificazione della fragola. Rispetto al tradizionale riscaldamento del gas, la base riduce il consumo di gas di 2.000 metri cubi all'anno, riduce i costi di riscaldamento del 45%, aumenta la resa media per MU di fragole del 18%e migliora la dolcezza della frutta di 1,5 punti percentuali. Riduce anche le emissioni di carbonio di circa 1,8 tonnellate all'anno, raggiungendo l'unificazione di "benefici economici, benefici ambientali e benefici sociali". Inoltre, l'applicazione della tecnologia PVT nel riscaldamento in serra ha anche i vantaggi