農業および温室暖房におけるPVTの応用に関する研究：現代農業の「温暖な防御線」を構築するための技術強化

農業および温室暖房におけるPVTの応用に関する研究：現代農業の「温暖な防御線」を構築するための技術強化

現代農業の発展過程において、温度は作物の生育、収量、品質に影響を与える中核的な要因の一つであり、特に温室栽培モデルにおいては、暖房システムの安定性、エネルギー効率、環境への配慮に対する要求が極めて高い。従来の温室暖房は、主に石炭火力、ガス火力ボイラー、あるいは電気暖房設備に依存しており、エネルギー消費量、運転コスト、二酸化炭素排出量が多いという問題があるだけでなく、エネルギー供給の変動の影響を受けやすく、作物の生育段階に応じた温度要件に正確に適合させることも困難である。こうした背景から、「発電＋暖房」という独自の二重機能を備えた太陽光発電と温室暖房の融合技術（Photovoltaic-Thermal、略称PVT）は、農業と温室暖房の課題を解決する重要な技術として徐々に位置づけられ、現代農業のグリーン化と効率的な発展に新たな推進力を与えている。

PVT技術の中核原理は、従来の太陽光発電部品をベースに、吸収層、伝熱媒体チャネル、絶縁層を統合し、「太陽エネルギーを1度入力し、電気と熱を同時に出力する」という高効率利用モードを実現することです。太陽光発電部品は太陽エネルギーを電気に変換し、温室内の照明、換気、給水・肥料灌漑設備の電源ニーズを満たします。吸収層は、太陽光発電部品の発電プロセス中に発生する廃熱（従来の太陽光発電部品では太陽エネルギーの約60％～70％が熱エネルギーに変換されて無駄になっています）を吸収し、水や空気などの伝熱媒体を通じて温室暖房システムに熱を伝達し、作物の成長に安定した熱源を提供します。伝統的な暖房と独立型太陽光発電システムの「分離適用」と比較して、PVT技術のエネルギー総合利用率は30％以上向上し、高温による太陽光発電部品の発電効率低下の問題を解決するだけでなく、伝統的な暖房の高エネルギー消費と高汚染の欠点も回避し、「省エネ、環境保護、効率」という現代農業の発展理念に完全に合致しています。

農業におけるPVTテクノロジーの適用は、温室シナリオに限定されませんが、大規模な畑の植え付けにおける断熱材、家畜飼育や家禽の繁殖、貯蔵における農産物の保存などの複数のリンクにも拡張され、「植え付けの終わり」から「植え付けの終わり」から農業生産のためのフルプロセスの保護を提供します。大規模な畑の植え付けでは、冬の低温と北部地域の春の寒いスナップは、小麦やトウモロコシなどの作物の出現率とストレス抵抗を制限する主な問題です。従来の冷たい保護対策は、主にプラスチックフィルムを覆い、凍結防止剤を噴霧することに依存しています。ただし、PVTシステムは、「電気駆動型 +熱供給」の組み合わせモードを介して、フィールドの埋もれた加熱パイプに連続熱を提供し、作物の発芽に適した10〜15℃で土壌温度を安定化することができます。同時に、発電機能を使用して、土壌水分センサーと自動灌漑機器に電力を供給し、「温度調節 +正確な管理」統合を実現します。中国北東部の小麦の植え付け基地を例にとると、2023年にPVTの大規模な野外暖房システムを導入した後、塩基のスプリング小麦の出現率は過去の年の82％から95％に増加し、MUあたりの平均収量は12％増加し、冬の暖房期間中に石炭は消費されませんでした。 「生産、省エネ、炭素削減の増加」の3つの利点。

家畜と家禽の繁殖の分野では、安定した温度は、家畜と家禽の生存率、成長速度、病気耐性に直接影響します。子豚の適切な成長温度は28-32℃で、ひよこの場合は33-35℃です。伝統的な繁殖暖房は、主に石炭ストーブと熱気ストーブを使用します。これは、大きな温度変動（エラーが±5°に達する可能性がある）だけでなく、一酸化炭素や粉塵などの汚染物質を簡単に産生し、家畜や家禽の呼吸疾患のリスクを高めます。 「集中暖房 +ゾーン温度制御」の設計を通じて、水産養殖シナリオでのPVTシステムの適用は、さまざまな養殖エリア（繁殖室、育種室、育児室、肥育室）の温度要件に応じて暖房強度を正確に調整できます。インテリジェントな「養殖環境。山東の大規模な豚農場のデータは、PVT暖房システムを導入した後、子豚の生存率が90％から98％に増加し、肥育豚の市場性のある期間が7日間短縮され、年間石炭消費量が150トン減少したことを示しています。繁殖ワークショップの粉塵濃度は60％減少し、疾患の発生率は35％減少しました。これにより、繁殖コストが削減されるだけでなく、家畜と家禽製品の品質が向上し、緑の繁殖の技術的サポートを提供しました。温室植林の中心的なシナリオでは、PVTテクノロジーの適用は「カスタマイズ、精度、長期的な有効性」の利点を実証しています。さまざまな作物（野菜、果物、花）の成長サイクルと温度要件によれば、成熟した加熱溶液が形成されています。温室植栽の中核的な痛みは、さまざまな作物や異なる成長段階の温度要件の大きな違いにあります。たとえば、トマトの苗に適した温度は20〜25℃であり、果物期間中は25〜28℃に上げる必要があります。成長期間中のファラエノプシスに適した温度は18〜25℃であり、開花期間中は20〜22℃で安定化する必要があります。従来の暖房システムは、「帯状および時間ベースの」正確な制御を達成することが困難であり、特に寒い冬の地域では運用コストが高く、温室の暖房コストが総植栽コストの30％〜50％を占めることができます。 PVT温室暖房システムは、「太陽光発電電源 +廃熱暖房 +エネルギー貯蔵ピークシェービング」3インチの設計を通じて、この問題を完全に解決します。第一に、このシステムは、屋根に設置されたPVTコンポーネントを介して太陽エネルギーを電気に変換し、照明、水、肥料統合マシン、循環ファンなどの温室機器のリアルタイム電力需要を優先します。残りの電力は、夜間または曇りの日に使用するためにバッテリーに保管され、「自己生成と自己使用、余分な電力が保管されている」を達成し、購入した電力の消費を削減します。第二に、PVTコンポーネントによって発生した廃熱は、水循環システムを介して温室内のヒートシンク、埋められたパイプ、またはファンコイルユニットに輸送され、温室の安定した熱源を提供します。同時に、温度センサーは温室の内部温度をリアルタイムで監視します。温度が設定値を超えると、システムは加熱強度を自動的に低下させ、断熱水タンクに過剰な熱を保存します。温度が設定値よりも低い場合、システムは保存された熱を自動的に放出して、温室の温度変動が±1°以内に制御されるようにし、作物の成長要件と正確に一致します。最後に、冬の光と熱供給の不十分な問題に対処するために、システムは少量の補助ガス加熱装置（非常に寒い気候でのみ活性化されている）とリンクし、「サプリメントとしての主要な補助加熱」モードを形成し、エネルギー消費を最小限に抑えます。江蘇省のスマート温室のイチゴの植栽ベースを例にとると、ベースは2022年に5,000平方メートルのPVT温室暖房システムの総面積を構築し、屋根に2,000平方メートルのPVTコンポーネントの設置により「発電 +暖房」の自律サイクルを達成しました。データによると、冬のシステムの毎日の平均発電が800 kWhに達し、温室機器の電力需要を完全に満たし、残りの電力は夜間に使用するためにエネルギー貯蔵バッテリーに保管できます。毎日の平均熱供給は12,000 MJに達する可能性があり、22〜25℃で温室温度を安定させ、イチゴの結実期間の温度要件を完全に満たします。従来のガス暖房と比較して、ベースはガス消費量を年間2,000立方メートル削減し、暖房コストを45％削減し、イチゴのMUあたりの平均収量を18％増加させ、果物の甘さを1.5パーセントポイント改善します。また、炭素排出量を年間約1.8トン削減し、「経済的利益、環境利益、社会的利益」の統一を達成します。さらに、温室暖房におけるPVTテクノロジーの適用にも利点があります