Navržený systém využívá stlačený vzduch k akumulaci energie a také k prevenci ucpávání zavlažovacích trubic. V Číně se postavily a testovaly dva experimentální systémy a zanášení se snížilo až o 93 %.
Vědci z čínské Northwest A&F University vyvinuli nový systém kapkové závlahy poháněný FV, který ukládá energii ve formě stlačeného vzduchu. Použití stlačeného vzduchu nejen reguluje výkon systému, ale také zajišťuje rovnoměrnost odtoku zavlažování a zvyšuje ochranu proti ucpávání potrubí.
„Fotovoltaicky poháněná kapková závlaha je zásadním přístupem k řešení požadavků na zavlažování v regionech s omezenými vodními zdroji a nedostatkem energie. Čímž se zajištuje zajištění obživy a zahradnické produkce pro místní obyvatele,“ uvedli akademici. „Náchylnost systému kapkové závlahy k ucpání a také kolísání výkonu fotovoltaiky však může výrazně ovlivnit kvalitu zavlažování.“
Aby se maximalizovala rovnováha vody a energie v systému, výzkumníci použili utěsněnou tlakovou nádrž se směsí vzduchu a vody. Tato nádrž je umístěna mezi čerpadlem a odkapávacími trubicemi. Nádrž je zpočátku naplněna vzduchem, a jakmile je k dispozici solární energie, čerpadlo tlačí vodu do nádrže a účinně stlačuje vzduch v ní. Jakmile je dosaženo určitého tlaku, otevře se ventil, který pulzně uvolňuje uloženou vodu. Jakmile se voda uvolní, vzduch se znovu roztáhne, což umožňuje opakování cyklu.
Experimentální systém kapkové závlahy
„Během procesu cyklu se objem vzduchu v tlakové nádobě rozpíná během každého pulzního kapkového zavlažování. Čímž se zaručuje konzistence jak doby pulzního paprsku, tak vypouštěcího toku,“ uvedla skupina. „Ačkoli se výkon solárního panelu a výkon čerpadla při čerpání vody liší v důsledku změn slunečního záření nebo okluze oblačnosti během různých denních období, tyto rozdíly mění pouze zvedání vody a dobu vstřikování každé periody pulzu v různém čase, aniž by to ovlivnilo proces pulzního proudu.“
K testování nového systému vědci postavili dvě experimentální zařízení v Yanglingu v Číně. Pro analýzu hydraulického výkonu použili 374W FV panel, který poháněl čerpadlo o výkonu 16 l/min. Čerpadlo hnalo vodu 48metrovým centrálním potrubím, ke kterému se připojilo osm bočních trubek, každé šest metrů dlouhé. Na každé čerpadlo se umístilo šest zářičů. Což vedlo k celkovému počtu 48 zářičů v celém systému. Pod každou z nich se umístila odměrka.
Druhý experimentální systém se zaměřil na výkony proti zanášení. K tomu tekla kalná voda s obsahem písku 2 g/l do čtyř odkapávacích pásků. Jedna páska dostávala vodu přímo z kontaminované vodní nádrže pomocí čerpadla. Zatímco tři další měly tlakovou nádrž mezi čerpadlem a páskou. V těch dalších třech systém používal stejnou techniku tlaku voda-vzduch jako v prvním nastavení.
Výsledky
„Systém funguje v režimu přerušovaného cyklického pulzního zavlažování. Přičemž průtok emitoru se mění jako výkonová funkce špičkového tlaku, aby se zajistila rovnoměrnost průtoku ne menší než 91,76 %,“ vysvětlila skupina. „Dynamický pulzní tlak generovaný systémem navíc výrazně zvyšuje výkon proti ucpání emitoru. Během intenzivních testů zanášení se usazování sedimentu v boční trubici snížilo o 78,95 % – 93,36 % ve srovnání se systémy kontinuální kapkové závlahy s konstantním tlakem.“
Kromě toho tým provedl ekonomickou analýzu systému a zjistil, že implementace systému bude stát 8 500 Kč, což odpovídá počáteční investici 2 300 Kč do tradičního kapkového zavlažování. Avšak pouze zvážení provozní spotřeby energie a přínosů pro životní prostředí může vést k ročním provozním přínosům až 440 Kč za mu, což je tradiční čínská jednotka plochy, což odpovídá přibližně 667 m2.
„Systém nabízí podstatné ekonomické a ekologické výhody bez výrazného zvýšení investičních nákladů systému a zároveň poskytuje čistou, snadno dostupnou energii pro efektivní provoz systémů kapkové závlahy, čímž pozitivně přispívá k zabezpečení potravin,“ uzavřel vědecký tým.
Systém se představil v publikaci „Začlenění solární energie a stlačeného vzduchu do systému zásobování energií zvyšuje ekologický a efektivní provoz systémů kapkové závlahy“, publikované v Agricultural Water Management.
Zdroj: pv-magazine, Vapol
