4. Енергоефективна частина

1. Основні напрями енергозабезпечення у сільському господарстві

Енергозберігаючий шлях розвитку передбачає: значне зниження в розрахунку на одиницю продукції витрат палива, електроенергії і теплоти на кінцевій стадії їх споживання, докорінне вдосконалення видобутку, виробництва, перетворення, транспортування і зберігання енергоресурсів, що зумовлює підвищення коефіцієнту їх використання (ККВ); вдосконалення структури енергобалансу у напрямку зміщення в ньому дефіцитних і дорогих енергоресурсів дешевшими і доступнішими, а також нетрадиційними джерелами енергії.

Одним з найбільших споживачів енергії у народному господарств є сільськогосподарське виробництво. Так, агропромисловий комплекс України споживає 35 млн. т. умовного пального за рік, половина якого - у вигляді дефіцитного рідкого палива. Тому у найближчі роки необхідно поліпшити енергетичну базу сільськогосподарського виробництва, а насамперед – забезпечити теплотою та енергією житло та комунально-побутові потреби. Однак, поки що ці завдання вирішуються без належного економічного обґрунтування.

До альтернативних джерел енергії належать відновлювальні - вітер, сонячне випромінювання, енергія морів і океанів тощо.

Значення енергії можна досягти за рахунок:

• впровадження нових конструктивних рішень при проектуванні енергетичного обладнання, які передбачають зниження питомих метало- та енергомісткості;

• поліпшення структури машино тракторного парку, максимального підвищення частки дизельного транспорту, формування автопоїздів з використанням причепів та автопричепів;

• повного задоволення потреб сільського господарства типовими нафтосховищами, пересувними заправними станціями, поліпшення якісних показників палива, підвищення надійності енергопостачання;

• розвитку і поліпшення мережі автомобільних доріг у сільській місцевості;

• впровадження індустріальних технологій виробництва, безвідходних технологій і переробки сільськогосподарської продукції;

• використання у сільському господарстві побічних енергетичних ресурсів;

• використання нетрадиційних та відновлюваних джерел енергії;

• посилення теплозахисних властивостей конструкцій промислових приміщень та житлових будинків.

У всіх випадках можливе використання кількох варіантів енергозберігаючих заходів.

2. Розрахунок енергозатрат

Сонце є найпотужнішим джерелом екологічно чистої енергії. На кожний квадратний метр поверхні земної атмосфери падає 1300 Вт сонячної енергії. Для одержання електроенергії використовується кілька методів. З них найперспективнішим вважається метод безпосереднього перетворення сонячного випромінювання на електричну енергію за допомогою напівпровідникових фотоелектричних генераторів (сонячних батарей).

Сонячна батарея – це пристрій, що складається з послідовно з’єднаних сонячних елементів та служить для перетворення світлової енергії в електричну.

Принцип роботи сучасних фотоелементів базується на напівпровідниковому p-n переході. При поглинанні фотона в області, яка прилягає p-n переходу, створюється пара носіїв заряду: електрон і дірка. Одна із цих частинок є неосвоєним зарядом і з великою ймовірністю проникає крізь перехід. В результаті створені завдяки поглинанню енергії фотона заряди розділяються в просторі й не можуть рекомбінуватись. Як наслідок порушується рівновага густини зарядів. При під’єднанні елементу до зовнішнього навантаження у колі протікає струм.

Сонячні батареї чи панелі, на основі монокристалічних кремнієвих

фотоелементів, найбільш ефективні і популярні у споживачів. Їх отримують шляхом лиття цільних кристалів кремнію високої чистоти. Сам розплав твердне при контакті з запалом кристала. У процесі охолодження кремній поступово застигає у формі циліндричної виливки монокристала діаметром 13-20 см, довжина якого досягає 200см. Одержуваний таким чином злиток нарізується листочками товщиною 250-300 мкм. Монокристалічні фотоелементи мають більшу ефективність у порівнянні з фотоелементами, виробленими іншими способами. Їх ККД досягає 20%, завдяки особливій орієнтації атомів монокристала, що сприяє зростанню рухливості електронів.

До систем сонячного енергозабезпечення входить:

- сонячні панелі; - контролер заряду; - акумуляторні батареї; - інвертор (перетворювач).

Необхідно дотримуватися температурного режиму сонячних батарей, який вказаний в їх паспорті. Зазвичай це від -40°С до +50°С. Влітку, у спекотну погоду необхідно розташувати сонячні батареї на поверхні, яка не дуже схильна до нагрівання, наприклад, на білій матерії або на блискучій алюмінієвій фользі. У цьому випадку вони слабо нагріваються і забезпечують задовільну роботу розташованих поверх них сонячних батарей.

Розрахунок економії при використанні відновлювальних джерел енергії потрібно розпочинати з рівня сонячної енергії для конкретного місця, тобто ферми для утримання худоби. В середньому одна корова в Україні використовує 3550 кВт/год електроенергії. Маючи рівень споживання електроенергії дільниці та рівень надходження сонячного проміння в Україні (візьмемо середні дані - 950-1000 кВт/рік/м²) нам потрібно визначити необхідну потужність сонячних батарей для дільниці.

(4.1)

де Р – необхідна потужність сонячних батарей для дільниці;

N – кількість електроенергії;

Q – рівень надходження сонячного проміння.

Отже,

Приймаємо

Отже, в середньому для забезпечення електроенергією з ВДЕ нам потрібно 4 м² сонячних панелей. Одна сонячна батарея має площу 1,6 м² (розміри сонячних батарей 1650х990мм). Відповідно для забезпечення дільниці нам потрібно встановити 3 сонячних батарей (4м² розділити на площу 1,6м² однієї батареї), які разом утворять сонячну панель (декілька сонячних батарей разом).

(4.2)

де n – кількість сонячних батарей;

Р – необхідна потужність сонячних батарей для дільниці;

S – площа однієї батареї.

Отже,

Приймаємо

Очевидно, що інтенсивність сонячних променів, наприклад, влітку і взимку різна. Ми можемо судити про ефективність сонячних систем, розрахувавши, настільки система сонячного теплопостачання забезпечує необхідний об’єм гарячої води. З травня по жовтень сонячна енергія буде майже повністю покривати всі потреби. У перехідні місяці сонячне теплопостачання може вигідно підтримувати систему опалення, значно зменшуючи споживання електрики або газу.

Таким чином, сонячна енергетика має велике майбутнє. То ж пропоную встановити 3 сонячні батареї, які разом утворять сонячну панель площею 4 м².