بخشی از مقاله
چکیده:
»خزانه هوشمند فتوولتائیک - SHNP - «، دستگاهیست که پروسه پرورش صیفی جات را با الگوی هیدروپونیک - کشت بدون خاک - ، توسط یک پردازشگر الکترونیکی - - ATMEGA32 مدیریت نموده و در آن کلیه مراحل از کاشت تا برداشت محصول بصورت تمام اتوماتیک می باشد. این دستگاه در حال حاضر در پارک علم و فناور گیلان در حال ساخت و راه اندازی می باشد. ایده این طرح نامزد دریافت جایزه ایده برتر در جشنواره بین المللی تحقیق و توسعه در سال جاری گردیده است. با نصب این دستگاه در ابعاد متناسب با بام ساختمان می توان توسط سلول های خورشیدی، کل توان الکتریکی مورد نیاز در هر دوره کشت محصولی خاص را ذخیره نمود.
از شیب موجود در بام ساختمان، جهت جمع آوری آب باران و سپس پمپاژ آنها پس از مرحله غنی سازی، به مخزن آب SHNP ، استفاده می گردد. شایان ذکرست سیستم آبیاری این دستگاه کاملا بسته بوده بطوریکه متوسط راندمان استفاده از آب مثلا در کشت گیاه گشنیز، نسبت به روش سنتی حدود %82.5 می باشد. بدین ترتیب استفاده از این تکنولوژی نوین ضمن کاربری از فضای خالی بام ساختمانها، بخوبی از هدر رفت انرژی های تجدیدپذیر ممانعت نموده، ضمن ایجاد عرصه ای جدید در تحقیق و توسعه و کارافرینی ملی، با تولید صیفی جات مورد نیاز هر خانواده در همان محل، کمک بزرگی به خودکفائی ملی می نماید.
کلمات کلیدی: خزانه هوشمند،فتوولتائیک، نگهداشت انرژی، تحقیق و توسعه، کارآفرینی، خودکفائی
مقدمه:
بالا بودن هزینه اولیه سیستمهایی که از انرژی های تجدیدشونده تغذیه می شوند، و در عین حال عرضه نفت و گاز ارزان، بزرگترین سد راه پیشرفت اینگونه سیستمها شده بود. اما بحران انرژی در سال 1974 و از طرفی پیشرفت تکنیک ساخت کلکتورهای مختلف خورشیدی، و احتمال کاهش و یا اتمام بعضی از منابع زیرزمینی، بار دیگر توجه جهانیان را به انرژی خورشیدی جلب کرده و تلاشهای زیادی در اکثر کشورهای مختلف جهان، در جهت تکامل و پیشرفت این تکنیک صورت می گیرد.[1] در عصر حاضر از انرژی خورشیدی توسط سیستمهای مختلف و برای مقاصد متفاوت استفاده و بهره گیری می شود که اهم آنها عبارتند از:
-1 سیستم های فتوبیولوژیک: تغییراتی که در حیات و زیست گیاهان و جانداران بوسیله نور خورشید و فتوسنتز ایجاد می گردد، فرآیند تجزیه کود حیوانات و استفاده از گاز آن.[2 ]
-2 سیستم های فتوشیمیائی: تغییرات شیمیایی در اثر نور خورشید، الکترولیزهای نوری، سلول های فتوولتائیک الکتروشیمی و تأسیسات تهیه هیدروژن.[2 ]
-3 سیستم های فتوولتائیک: تبدیل انرژی خورشید به انرژی الکتریکی، سلول های خورشیدی.[ 1 ]
-4 سیستم های حرارتی و برودتی: شامل سیستم های تهیه آبگرم - گرمایش ساختمان ها - تهیه آب شیرین - سیستم های انتقال و پمپاژ - سیستم های تولید فضای سبز - گلخانه ها - - خشک کن ها و اجاق های خورشیدی - سیستم های سردساز - برج های نیرو - خشک کن های خورشیدی - نیروگاه های خورشیدی.[ 2 ]
اگر در نظر بگیریم که طبق برآورد های علمی، در حدود6000 میلیون سال از زمان شروع به هیدروژن گدازی خورشید، می گذرد، در هر ثانیه 4/2 میلیون تن از جرم خورشید در تحولات هسته ای تبدیل به انرژی می شود. شاید نگران تحلیل رفتن سریع سوخت این کوره هسته ای عظیم باشیم ولی اگر از میزان جرم خورشید که معادل 2/21026 تن می باشد، آگاه شویم متوجه خواهیم شد که نگرانی ما حداقل برای هزاران میلیون سال آینده بی مورد است.[1 ]با توجه به اینکه ایران یکی از 15 کشور جهان از لحاظ مصرف بالای مواد نفتی بوده و در بین کشورهای اوپک بیشترین مصرف کننده اینگونه مواد می باشد، و آمار مربوط به میزان مصرف کشور، مصرف فرآورده های نفتی در سال 1976 و 1983 بترتیب معادل 430,000 و 871,000 بشکه نفت در روز بوده است، می توان گفت در زمانی که دنیای غرب با اعمال سیاستهای بهینه سازی مصرف انرژی، مصرف خود را پائین آورده است، ایران در کمتر از دو دهه مصرف فرآورده های نفتی خود را حدوداً سه برابر کرده است. با عنایت به رشد مصرف بالای 5 درصدی در ایران به راحتی می توان مشاهده کرد که هر 10 سال مصرف انرژی ما دو برابر می شود.[1 ]کشورهای صنعتی باین نتیجه دست یافته اند که با بهینه سازی مصرف انرژی در صنایع و ساختمانها، می توان بین 30 تا 40 درصد مصرف انرژی را کاهش داد.[2 ]
-2 واحدهای مختلف دستگاه
-1-2سیستمهای فتوولتائیک:
سیستمی که در آن انرژی خورشید بدون بهره گیری از مکانیزمهای متحرک و شیمیائی، به انرژی الکتریکی تبدیل شود، اثر آنرا فتوولتائیک می نامند. عاملی که در این فرآیند بکار می رود سلول خورشیدی نامیده می شود. حدود 45 سال پیش برای اولین بار و بعنوان مولد الکتریکی در سفینه های فضائی از این سلولها استفاده گردید و مدتی است که بهره گیری ازآنها در زمین نیز متداول شده است.سلولهای خورشیدی قادرند انرژی تشعشعی خورشید را با بازدهی معادل 5 تا 20درصد مستقیماً به الکتریسیته تبدیل کنند. اگرچه انرژی الکتریکی نوری هنوز بمیزان کافی از لحاظ اقتصادی بصرفه نمی باشد ولی در سالهای اخیر کاهش چشمگیری در هزینه های مربوط به بهره برداری از این سیستمها مشاهده گردیده و انتظار می رود در آینده نیز با تحقیقات لازم در نوع سلولهای نوری، کاهش قیمت ادامه یابد. ولی نباید فراموش کرد که در مناطق دور و در جاهائی که دسترسی به سوخت و الکتریسیته ارزان مقدور نباشد از سیستمهای فتوولتائیک استفاده می گردد. این سیستمها را برق خورشیدی نیز می نامند.[1 ]
از آنجائیکه در روزهای صاف آفتابی متوسط شدت تشعشع خورشید در حدود 1000 W/m2 و درجه حرارت متوسط 27درجه سانتیگراد می باشد پس سلولهای فتوولتائیک می توانند نتیجه مطلوبی در عملکرد های خود داشته باشند.واحد اساسی یک سیستم فتوولتاژ مدول می باشد که برای ساختن یک مدول، سلولهای مستقلی را در حالتهای سری و یا موازی هم نصب می کنند. در صورتیکه تعدادی از سلولها بصورت سری بسته شوند ظرفیت ولتاژ برابر مجموع ولتاژها و اگر بصورت موازی بسته شوند ظرفیت جریان برابر مجموع جریانهای سلولها خواهد بود.نمونه ای از یک سیستم تبدیل کننده فتوولتاژ، شامل تعدادی از سلولهای خورشیدی می باشد که ممکن است بصورت تخت، یا مرکب و یا متمرکز کننده های رو به خورشید باشند.در سیستمهای فتوولتاژ، معمولا یک باطری برای ذخیره انرژی جهت استفاده در شبها، بکاربرده می شود.
خروجی از سلول فتوولتاژ برق مستقیم - DC - است که می تواند برای ذخیره در باطری و یا عبور مستقیم از مصرف کننده، مورد استفاده قرار گیرد.[ 1 ]باطری های ذخیره در سیستمهای فتوولتاژ می بایستی در شرایطی باشند که در درجه حرارت و رطوبت محیط عمل کرده و احتیاجی به تعمیرات نداشته باشند. با استفاده از آلیاژ سرب و کلسیم بجای سرب و آنتیموان در اسید، باطریهای با راندمان بهتری را معرفی کرده اند.[2 ] ظرفیت - آمپر- ساعت - نشاندهنده مقدار الکتریسیته ای است که می توان از یک باطری در مدت زمان معینی کشید که بستگی به تعداد و طرح صفحات داخلسلول دارد. باطریهای اسید سربی، در سیستمهای فتوولتائیک می توانند دارای ظرفیت - 16A-H - آمپر ساعت باشند. بنابراین 6 سلول با باطری 19 صفحه ای می توانند 480 آمپر ساعت را در صورت استفاده ی با نرخ - 30A-H - در 16 ساعت تحویل دهند. نصب همین تعداد سلول در سقف یک منزل برای تغذیه SHNP کافیست.
-2-2سیستم آبیاری:
سیستم آبیاری[3] این دستگاه کاملا بسته است، آب پس از پمپاژ شدن روی سینی بذور[4] و آبیاری از قسمت پایین تخلیه می گردد و سپس به قسمت بالایی مخزن جهت تصفیه و غنی سازی [5] رانده میشود. بعد از عملیات تصفیه و غنی سازی، آب مجددا وارد مخزن می گردد.شایان ذکرست این عملیات ضمن کاهش صعوبت آبرسانی به مزرعه از طریق حفر کانال، از هدر رفتن حجم بسیار زیادی آب، در مزارع نیز، جلوگیری میکند.در واقع قسمت اعظم کاهش مقدار آب مخزن، از تغذیه گیاه و تبخیر سطحی آن است. این مقدار در مقایسه با کشت سنتی و جذب آب از طریق زمین تشنه بطور کامل قابل صرفنظر نمودن است.همچنین این مزیت در زمین هایی که برای آبیاری نیاز به حفر قنات و چاه دارند، غنیمت محسوب می شود.
-3-2کنترل دما:[5]
سیستم گرمایشی این دستگاه پس از سنجیدن دمای هوای داخل خزانه توسط سنسور، و مقایسه آن با دمای بیرون خزانه، در صورت نیاز با روشن شدن بخاری تعبیه شده در زیر دستگاه تامین میشود. سیستم سرمایشی همان تهویه فضای داخل خزانه است که توسط فن ها با دستور پردازشگر اعمال میشود. همچنین برای کنترل بیماری و سمپاشی، نازلهایی در خزانه تعبیه گردیده که در زمان برنامه ریزی شده، اقدام به پاشش سموم مورد نیاز روی بذور یا جوانه می کند.[4 ]
