КОНТРОЛЕР АВТОМАТИКИ ТЕПЛОВОГО ПУНКТУ З ПІДСИСТЕМАМИ КОНТРОЛЮ ПАРАМЕТРІВ МІКРОКЛІМАТУ В УМОВАХ ГІБРИДНОГО ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ ТЕПЛИЧНОГО КОМПЛЕКСУ
DOI:
https://doi.org/10.31649/1997-9266-2025-180-3-37-46Ключові слова:
енергоефективність, електропостачання, альтернативна енергетика, тепличне господарство, автоматизована система контролюАнотація
Розглянуто питання щодо підвищення енергоефективності тепличного господарства в контексті сучасних викликів декарбонізації та впровадження відновлюваних джерел енергії. Проаналізовано технології інтелектуального управління мікрокліматом теплиць, включаючи сенсорні системи, автоматизовані алгоритми контролю та гібридні схеми електропостачання на основі сонячної енергетики. Автори пропонують рішення для підвищення енергетичної автономності тепличних комплексів, що сприяє зниженню операційних витрат та забезпеченню стійкості агровиробництва у разі використання гібридної схеми електропостачання тепличних комплексів з сонячними панелями. Проаналізовано економічні переваги, зокрема зниження витрат на електроенергію та можливість продажу надлишкової генерації в мережу. Розглянуто енергетичну автономність і надійність системи завдяки комбінуванню різних джерел живлення. Приділено увагу екологічним аспектам, таким як скорочення викидів СО2 та зменшення навантаження на електромережу. Запропоновано узагальнену структурну схему системи, що містить основні блоки управління енергопостачанням та мікрокліматом теплиць. Детально описано функціональну схему контролера автоматики, який забезпечує ефективний розподіл енергії, стабільність мікроклімату та мінімізацію впливу людського фактора теплового пункту та запропоновано принципову схему реалізації. Проаналізовано енергоспоживання основних систем теплиці під час використання різних методів управління мікрокліматом. Встановлено, що впровадження інтелектуальних систем регулювання дозволяє значно знизити енергоспоживання: від 30…40 %, за використання інтелектуальних алгоритмів, до 50…60 %, у разі впровадження комплексних IoT-рішень на основі нейронних мереж та генетичних алгоритмів. Запропоноване схемне рішення підсистеми контролю мікроклімату. Наведено детальний опис функціональних компонентів системи, їх призначення та взаємодію. У дослідженнях проведено економічний аналіз окупності запропонованих систем. Встановлено, що перехід від ручного керування до інтелектуальних та IoT-систем дозволяє скоротити витрати на електроенергію до 60 % і забезпечити окупність у межах 0,3…1,5 року залежно від складності впровадження. Результати дослідження можуть бути використані для раціоналізації енергоспоживання в аграрному секторі, підвищення енергоефективності та сталого розвитку тепличного господарства.
Посилання
M. Taki, A. Rohani, and M. Rahmati-Joneidabad, “Solar thermal simulation and applications in greenhouse,” Information Processing in Agriculture, vol. 5, iss. 1, pp. 83-113, 2018. https://doi.org/10.1016/j.inpa.2017.10.003 .
Звіт UNDP про міжнародні добровільні та обов’язкові вуглецеві ринки з особливим акцентом на механізми, які застосовуються у випадку низьковуглецевого сільського господарства та потенційні можливості для українських розробників. [Електронний ресурс]. Режим доступу: https://www.undp.org/sites/g/files/zskgke326/files/2022-11/FINAL %20REPORT %20UNDP %20LH %20CARBON %20FARMING %20UKR.pdf .
Резолюція Генеральної Асамблеї ООН від 25 вересня 2015 року «Перетворення нашого світу: Порядок денний в області сталого розвитку на період до 2030 року». [Електронний ресурс]. Режим доступу: https://www.un.org/sustainabledevelopment/sustainable-development-goals/ .
Special report. Carbon farming: Europe’s new trend? Euractiv. Climate-smart agriculture. [Electronic resource]. Available: http://climate-adapt.eea.europa.eu/metadata/publications/climate-smart-agriculture .
Liping Wang, and Emmanuel Iddio, “Energy performance evaluation and modeling for an indoor farming facility,” Sustainable Energy Technologies and Assessments, vol. 52, part C, 2022. https://doi.org/10.1016/j.seta.2022.102240 .
E. Iddio, L. Wang, Y. Thomas, G. McMorrow, and A. Denzer, “Energy efficient operation and modeling for greenhouses: A literature review,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 117, 2020. https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.109480.
Y. Hashimoto, H. Murase, T. Morimoto, and T. Torii, “Intelligent systems for agriculture in Japan,” IEEE Control Systems, no. 21 (5), pp. 71-85, 2001. https://doi.org/10.1109/37.954520 .
O. Mirabella, and M. Brischetto, “A Hybrid Wired/Wireless Networking Infrastructure for Greenhouse Management,” IEEE Transactions on Instrument and Measurement, no. 60 (2), pp. 398-407, 2011. https://doi.org/10.1109/TIM.2010.2084250 .
Shahad Al-Yousif, N. F. Zainuddin, and B. B. Hamzah, “Intelligent temperature control system at greenhouse,” International Journal of Applied Engineering Research, no. 12, pp. 1811-1814, 2017.
Y. Jiaqiang, J. Yulong, and G. Jian, “An Intelligent Greenhouse Control System,” Telkomnika, vol. 11, no. 8. pp. 4627-4632, 2013. https://doi.org/10.11591/telkomnika.v11i8.3088 .
Л. Г. Віхрова, В. М. Калич, іТ. А. Прокопенко, «Адаптивна автоматизована система збору та контролю основних параметрів мікроклімату в теплиці,» Збірник наукових праць Кіровоградського національного технічного університету. Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація, вип. 29, с. 168-172, 2016.
Т. О. Прокопенко, «Інтелектуальна система керування температурно-вологісним режимом у теплиці,» Науковий вісник Національного університету біоресурсів і природокористування України. Серія: Техніка та енергетика АПК, вип. 209 (1), с. 140-147, 2015.
М. О. Тонюк, «Економічна ефективність впровадження пасивних сонячних систем для створення необхідного мікроклімату в теплицях,» Агроекологічний журнал, № 4, с. 163-172, 2020. https://doi.org/10.33730/2077-4893.4.2020.219457 .
V. P. Sethi, K. Sumathy, Chiwon Lee, and D.S. Pal, “Thermal modeling aspects of solar greenhouse microclimate control: A review on heating technologies,” Solar Energy, vol. 96, pp. 56-82, 2013. https://doi.org/10.1016/j. solener.2013.06.034 .
Jamel, Riahi and Vergura, Silvano, “Intelligent Control of the Microclimate of an Agricultural Greenhouse Powered by a Supporting PV System,” Applied Sciences, 2020. https://doi.org/10.3390/app10041350 .
V. Syrotiuk, at al., “A hybrid system with intelligent control for the processes of resource and energy supply of a greenhouse complex with application of energy renewable sources,” Przegląd elektrotechniczny, r. 96 nr 7, 2020. https://doi.org/10.15199/48.2020.07.28 .
I. Trunina, K. Pryakhina, and S. Yakymets, “Research on the Development of Renewable Energy Sources in the World Due to the War in Ukraine,” IEEE International Conference on Modern Electrical and Energy Systems (MEES), 2022 https://doi.org/10.1109/MEES58014.2022.10005696 .
А. Гладир, В. Ноженко, і С. Якимець, «Лабораторний практикум із вивчення обладнання альтернативних джерел енергії,» Вісник Кременчуцького національного університету імені Михайла Остроградського, вип. 1 (144), с. 215-223, 2024. https://doi.org/10.32782/1995-0519.2024.1.29 .
J. Oliveira, J. Boaventura-Cunha, and P. Oliveira, “Automation and control in greenhouses: state-of-the-art and future trends,” Lecture Notes in Electrical Engineering, pp. 597-606, 2016.
##submission.downloads##
-
pdf
Завантажень: 4
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, згодні з такими умовами:
- Автори зберігають авторське право і надають журналу право першої публікації.
- Автори можуть укладати окремі, додаткові договірні угоди з неексклюзивного поширення опублікованої журналом версії статті (наприклад, розмістити її в інститутському репозиторії або опублікувати її в книзі), з визнанням її первісної публікації в цьому журналі.
- Авторам дозволяється і рекомендується розміщувати їхню роботу в Інтернеті (наприклад, в інституційних сховищах або на їхньому сайті) до і під час процесу подачі, оскільки це сприяє продуктивним обмінам, а також швидшому і ширшому цитуванню опублікованих робіт (див. вплив відкритого доступу).
