Recherche sur l'application du PVT au chauffage agricole et des serres : une technologie permettant de construire une « ligne de défense thermique » pour l'agriculture moderne

2025/09/30 09:07

Dans le développement de l'agriculture moderne, la température est l'un des principaux facteurs influençant la croissance, le rendement et la qualité des cultures, notamment dans le modèle de culture sous serre, qui impose des exigences plus élevées en matière de stabilité, d'efficacité énergétique et de respect de l'environnement du système de chauffage. Le chauffage traditionnel des serres repose principalement sur des chaudières à charbon, à gaz ou électriques, qui présentent non seulement des problèmes de consommation énergétique élevée, de coûts d'exploitation élevés et d'importantes émissions de carbone, mais sont également vulnérables aux fluctuations de l'approvisionnement énergétique et rendent difficile l'adaptation précise des besoins en température aux différents stades de croissance des cultures. Dans ce contexte, la technologie intégrée photovoltaïque-thermique (PVT), avec sa double fonction unique de « production d'électricité et de chauffage », s'est progressivement imposée comme une technologie clé pour résoudre les problèmes de chauffage des cultures et des serres, insufflant un nouvel élan à la transition écologique et au développement efficace de l'agriculture moderne.

Le principe de base de la technologie PVT est d'intégrer une couche d'absorption, des canaux de transfert de chaleur et une couche d'isolation sur la base de composants de production d'énergie photovoltaïque traditionnels, obtenant un mode d'utilisation hautement efficace de « une entrée d'énergie solaire, une sortie simultanée d'électricité et de chaleur » - les composants photovoltaïques convertissent l'énergie solaire en électricité pour répondre aux besoins d'alimentation électrique des équipements d'éclairage, de ventilation et d'irrigation en eau et en engrais dans la serre ; la couche d'absorption absorbe la chaleur perdue générée pendant le processus de production d'énergie des composants photovoltaïques (environ 60 à 70 % de l'énergie solaire est convertie en énergie thermique et gaspillée dans les composants photovoltaïques traditionnels), et transfère la chaleur au système de chauffage de la serre via des supports de transfert de chaleur tels que l'eau et l'air, fournissant une source de chaleur stable pour la croissance des cultures. Par rapport à « l'application séparée » du chauffage traditionnel et des systèmes photovoltaïques indépendants, le taux d'utilisation énergétique global de la technologie PVT est augmenté de plus de 30 %, ce qui résout non seulement le problème de la baisse de l'efficacité de la production d'énergie des composants photovoltaïques en raison de la température élevée, mais évite également les inconvénients de la consommation d'énergie élevée et de la pollution élevée du chauffage traditionnel, correspondant parfaitement au concept de développement de l'agriculture moderne de « conservation de l'énergie, protection de l'environnement et efficacité ».

L'application de la technologie PVT dans l'agriculture ne se limite pas aux scénarios de serre, mais s'étend également à plusieurs liens tels que l'isolation dans la plantation de terrain à grande échelle, le chauffage dans l'élevage et l'élevage de volailles, et la préservation des produits agricoles en stockage, la protection complète des processus de procédure pour la production agricole de la "plantation" à la "fin de stockage". Dans la plantation de champs à grande échelle, la basse température en hiver et le snap froid au printemps dans les régions du nord sont les principaux problèmes restreignant le taux d'émergence et la résistance au stress des cultures telles que le blé et le maïs. Les mesures traditionnelles de protection contre le froid reposent principalement sur le recouvrement des films plastiques et la pulvérisation des agents anti-congélation, qui ont des effets limités et sont difficiles à promouvoir à grande échelle. Cependant, le système PVT peut fournir une chaleur continue aux tuyaux de chauffage enterrés sur le terrain à travers le mode combinaison de "l'alimentation thermique à thermoscope à électricité +", stabilisant la température du sol à 10-15 ℃, ce qui convient à la germination des cultures. Dans le même temps, il utilise la fonction de production d'électricité pour alimenter les capteurs d'humidité du sol et l'équipement d'irrigation automatique, atteignant l'intégration "régulation de la température + gestion précise". En prenant une base de plantation de blé dans le nord-est de la Chine à titre d'exemple, après avoir introduit le système de chauffage à grande échelle PVT en 2023, le taux d'émergence du blé de printemps de la base est passé de 82% au cours des années précédentes à 95% Atteindre les triples avantages de "l'augmentation de la production, de la conservation de l'énergie et de la réduction du carbone".

Dans le domaine de l'élevage et de l'élevage de volailles, la température stable affecte directement le taux de survie, le taux de croissance et la résistance aux maladies du bétail et de la volaille - la température de croissance appropriée pour les porcelets est de 28-32 ℃, et pour les poussins est de 33-35 ℃. Le chauffage de reproduction traditionnel utilise principalement des poêles à charbon et des poêles à air chaud, qui ont non seulement de grandes fluctuations de température (les erreurs peuvent atteindre ± 5 ℃), mais aussi produire facilement des polluants tels que le monoxyde de carbone et la poussière, augmentant le risque de maladies respiratoires dans le bétail et la volaille. L'application de systèmes PVT dans le scénario de l'aquaculture, grâce à la conception de "chauffage centralisé + contrôle de la température zonale", peut ajuster avec précision l'intensité de chauffage en fonction des exigences de température de différentes zones d'aquaculture (salles de reproduction, des salles de suppression, des capteurs de gras Environnement d'aquaculture intelligent. Les données d'une ferme porcine à grande échelle du Shandong montrent qu'après l'introduction du système de chauffage PVT, le taux de survie des porcelets est passé de 90% à 98%, la période commercialisable du porc de gras a été raccourcie de 7 jours et la consommation annuelle de charbon a été réduite de 150 tonnes. La concentration de poussière dans l'atelier de reproduction a diminué de 60% et l'incidence des maladies a chuté de 35%. Cela a non seulement réduit le coût de reproduction, mais a également amélioré la qualité du bétail et des produits de volaille, fournissant un soutien technique à l'élevage vert. Dans le scénario de base de la plantation de serre, l'application de la technologie PVT a démontré les avantages de la "personnalisation, de la précision et de l'efficacité à long terme". Selon le cycle de croissance et les exigences de température de différentes cultures (légumes, fruits, fleurs), une solution de chauffage mature s'est formée. Le point de douleur central de la plantation de serre réside dans les différences significatives dans les besoins en température pour différentes cultures et les différents stades de croissance - par exemple, la température appropriée pour les semis de tomates est de 20-25 ℃, et elle doit être augmentée à 25-28 ℃ pendant la période de fructification; La température appropriée pour Phalaenopsis pendant la période de croissance est de 18-25 ℃, et elle doit être stabilisée à 20-22 ℃ pendant la période de floraison. Les systèmes de chauffage traditionnels sont difficiles à obtenir un contrôle précis "zonal et basé sur le temps", et les coûts d'exploitation sont élevés, en particulier dans les régions froides de l'hiver, où le coût de chauffage des serres peut représenter 30% à 50% du coût total de plantation. Le système de chauffage en serre PVT, à travers la "alimentation photovoltaïque + chauffage de chaleur à déchets + rasage de pointe de stockage d'énergie" trois en un design, résout parfaitement ce problème. Premièrement, le système convertit l'énergie solaire en électricité grâce à des composants PVT installés sur le toit, en hiérarchisant la demande d'énergie en temps réel des équipements de serre tels que l'éclairage, les machines d'intégration d'eau et d'engrais et les ventilateurs de circulation. L'électricité restante est stockée dans des batteries pour une utilisation la nuit ou les jours nuageux, atteignant "l'auto-génération et l'auto-utilisation, avec un excès d'électricité stocké", réduisant la consommation d'électricité achetée. Deuxièmement, la chaleur des déchets générée par les composants Pvt est transportée vers les dissipateurs de chaleur, les tuyaux enterrés ou les unités de bobine de ventilateur à l'intérieur de la serre à travers un système de circulation de l'eau, offrant une source de chaleur stable pour la serre. Dans le même temps, les capteurs de température surveillent la température interne de la serre en temps réel. Lorsque la température dépasse la valeur définie, le système réduit automatiquement l'intensité de chauffage et stocke l'excès de chaleur dans le réservoir d'eau d'isolation. Lorsque la température est inférieure à la valeur définie, le système libère automatiquement la chaleur stockée pour garantir que la fluctuation de la température dans la serre est contrôlée à ± 1 ℃, correspondant avec précision aux exigences de croissance des cultures. Enfin, pour résoudre le problème de l'alimentation de lumière et de chaleur insuffisante en hiver, le système peut être lié à une petite quantité d'équipement de chauffage au gaz auxiliaire (activé uniquement par temps extrêmement froid), formant un chauffage "Pvt comme le chauffage auxiliaire principal comme mode supplément", minimisant la consommation d'énergie. En prenant une base de plantation de fraises de serre intelligente à Jiangsu à titre d'exemple, la base a construit une superficie totale de 5 000 mètres carrés de système de chauffage en serre PVT en 2022, atteignant un cycle autonome de "Génération de puissance + chauffage" à travers l'installation de 2 000 mètres carrés de composants PVT sur le toit. Les données montrent que la production quotidienne moyenne du système en hiver peut atteindre 800 kWh, répondant pleinement à la demande d'énergie de l'équipement à effet de serre, et l'électricité restante peut être stockée dans des batteries de stockage d'énergie pour une utilisation la nuit pour le chauffage. L'offre de chaleur quotidienne moyenne peut atteindre 12 000 MJ, stabilisant la température de la serre à 22-25 ℃, répondant pleinement aux exigences de température de la période de fructification aux fraises. Comparé au chauffage du gaz traditionnel, la base réduit la consommation de gaz de 2 000 mètres cubes par an, réduit les coûts de chauffage de 45%, augmente le rendement moyen par MU de fraises de 18% et améliore la douceur des fruits de 1,5 point de pourcentage. Il réduit également les émissions de carbone d'environ 1,8 tonne par an, réalisant l'unification des "avantages économiques, des avantages environnementaux et des avantages sociaux". De plus, l'application de la technologie PVT dans le chauffage de serre présente également les avantages