ats

مطالعه نقش آبیاری بهینه گیاهان در مصرف آب و برق با استفاده از باطری خورشیدی

مطالعه نقش آبیاری بهینه گیاهان در مصرف آب و برق
با استفاده از باطری خورشیدی

رسول باغبانزاده ۱*، حاجی اسدپور رزمی۲
۱- گروه مهندسی برق-مخابرات، واحد علوم و تحقیقات آذربایجانشرقی، دانشگاه آزاد اسلامی، تبریز، ایران

۲- دبیرستان دخترانه طلوع مهر، واحد آذربایجانشرقی، تبریز، ایران

چکیده
در این مقاله با بکارگیری باطری خورشیدی روش¬های کاهش مصرف آب و برق در آبیاری گیاهان ارائه می¬شود. روش پیشنهادی مشخص کردن بازه زمانی آبیاری گیاهان به کمک منبع طبیعی نور خورشید است. ضریب خطای این روش بسیار پائین¬تر از روش¬های طراحی شده قبلی است. منبع انرژی مورد نیاز از نور خورشید تامین می¬شود. نتایج نشان می¬دهد که با بکارگیری از منبع طبیعی نور خوشید می¬توان بخش اعضمی از مصرف منابع طبیعی را کنترل کرد.

واژه‌های کلیدی: باطری خورشیدی، بازه زمانی، ضریب خطا

مقدمه
آب از دیرباز مهمترین عامل توسعه در جهان بوده است. انسان¬ها در دوران اولیه زندگی نزدیک رود خانه¬ها و منابع آب تجمع می¬کردند و به فعالیت¬های کشاورزی می¬پرداختند. ۹۷ درصد منابع آبی غیرقابل استفاده برای کشاورزی بوده و مقدار بسیار محدودی از آن¬ها به طور مستقیم از سوی انسان مورد استفاده قرارگرفته است. افزون بر آن، کمی بیش از ۷۶٫۱ درصد از آب¬های کره زمین به صورت رودخانه¬های یخی از دسترس خارج شده و آنچه تقریباً باقی¬مانده در عمق زمین ذخیره شده است. بهره¬گیری از روش¬های نوین کشاورزی و استفاده بهینه از آب، عوامل حیاتی برای نیل به هدف تأمین غذای جمعیت درحال افزایش دنیا است. طبق برآوردها، در ۳۰ سال آینده مردم جهان نیازمند ۶۰ درصد غذای بیشتر خواهند بود. بخش قابل توجهی از این افزایش تولید، حاصل کشت متراکم (استفاده از زمین کمتر برای تولید بیشتر) که نیازمند آبیاری است، خواهند بود.
براساس آمار و اطلاعات منتشره، از کل اراضی ۱۶۴ میلیون هکتاری کشور، درحال حاضر ۱۸٫۸ میلیون هکتار در چرخه تولید محصولات کشاورزی قرار دارد. از این مقدار حدود ۸ میلیون هکتار به صورت آبی و حدود ۶٫۳ میلیون هکتار به صورت دیم و بقیه به صورت آیش آبی و دیم مورد بهره‌برداری قرار دارند. در ارتباط با منابع آب نیز از حدود ۹۳ میلیارد مترمکعب منابع آب مصرفی کشور حدود ۸۶ میلیارد مترمکعب به حساب مصارف کشاورزی منظور می‌گردد.

روش¬های آبیاری
آبیاری از نظر علمی تعابیر مختلفی دارد اما به معنای واقعی کلمه، پخش آب روی زمین جهت نفوذ در خاک برای استفاده گیاه و تولید محصول است. هر چند فقط ۱۵ درصد از زمینهای کشاورزی دنیا تحت آبیاری قرار دارند و ۸۵ درصد بقیه به صورت دیم و بدون آبیاری مورد استفاده قرار می‌گیرند.
اما نیمی از تولیدات کشاورزی و غذایی مردم جهان از همین زمینهای آبی حاصل می‌شود. که این خود نشان دهنده اهمیت و نقش آبیاری در بخش کشاورزی است. روش¬های آبیاری گیاهان به دو دسته تقسیم بندی می¬شوند:
۱) آبیاری قطره‎ای
۲) روش آبپاشی
در مناطق گرم و خشک بهتر است فواصل آب‌دهی کوتاه و مقدار آب برای آبیاری کم باشد. در باغ‌هایی با این نوع آب و هوا بهتر است از سیستم آبیاری قطره‌ای استفاده کنیم. آبیاری قطره‎ای کارآمدتر است و در ‏حدود ۸۵% آب مستقیم به ریشه گیاه خواهد رسید در حالی‎که روش آب‎پاشی، در حدود ۷۰% آب به گیاه می‎رساند. برای ‏جبران این کمبود باید مقدار بیشتری آب به گیاه برسانیم‎. ‎بدون توجه به نوع آبیاری، به آرامی آبیاری نمایید تا آب سر ریز ‏نشود و از هدر رفتن آن جلوگیری نماییم.

باطری خورشیدی
باتری خورشیدی وسیله¬ای است که انرژی خورشیدی را به انرژی الکتریکی تبدیل می¬کند. باتری¬های خورشیدی (پر بازده) که شما از فروشگاه¬های لوازم الکتریکی می¬خرید از سیلیکون فرآوری شده ساخته می¬شود. برای ساخت آن کارخانه بزرگ، دمای بالا، ابزارهای خلاء و هزینه زیادی لازم است.

مزایای استفاده از باطری خورشیدی
 دید بسیار بالا جهت ورود نور به داخل
 وزن بسیار سبک و نصب آسان
 عمر طولانی (در صورت انتخاب مناسب تجهیزات و نگهداری بهینه از باطری¬ها طول عمر آنها نیز حدود ۸ الی ۱۰ سال خواهد بود. )
برای رشد گیاهان باغچه، آبیاری منظم از جمله ضروریات است. بدون آبیاری گیاهان از کمبود رطوبت پژمرده شده و از بین می¬روند. این مسئله در فصل تابستان، با توجه به گرمای هوا، تابش مستقیم آفتاب به گیاهان و تبخیر سریع آب موجود، از اهمیت ویژه¬ای برخوردار است. البته موضوع مقاومت گیاهان در برابر کمبود آب امری نسبی است و رابطه مستقیمی با نوع و خصوصیات گیاه دارد. بهترین موقع آبیاری زمانی است که خورشید غروب کرده یا هنوز طلوع نکرده است ولی هوا رو به روشنی می‌زند. آبیاری بی‌موقع هنگام ظهر که خورشید وسط آسمان است، موجب تبخیر آب و هدر دادن آن می‌شود. ما روزانه آب‌ تمیز و سالم را هدر می‌دهیم و وارد فاضلاب می‌کنیم اما اغلب آن‌ها از آب‌های فاضلاب نیستند. مثلا آب آبکشی ظروف یا لباس‌ها، آب ته لیوان یا پارچ، ظرف آب حیوانات خانگی مانند پرنده‌ها، آب آکواریوم، یخ یا برفک‌های زائد یخچال و فریزر و… را می‌توان با طرح و برنامه درستی برای باغچه و گلدان استفاده کرد که هم در مصرف آب صرفه‌جویی شود و هم از ایجاد فاضلاب بیشتر جلوگیری کنیم.
آبیاری گیاهان باغچه و حتی گل¬ها و گیاهان داخل آپارتمان نیز با شرایط آب و هوای فصل رابطه مستقیمی دارد. آبیاری در فصل تابستان در طول ساعات گرم روز و در زیر تابش شدید آفتاب کاری ناصحیح است. زیرا علاوه بر آنکه نور خورشید ممکن است سطح روی گل¬ها، غنچه¬ها و به طور کلی برگ گیاهان را بسوزاند، رطوبت ایجاد شده بر روی گلبرگ¬ها، احتمال ایجاد بیماری¬های قارچی نظیر کپک¬های پودری را نیز افزایش می¬دهد. بهترین طریقه آبیاری، قراردادن سرشلنگ آب در کنار هر یک از گیاهان و درختان برای مدت زمان لازم است که این مدت به نوع گیاه و نیاز آن به آب بستگی دارد. به این ترتیب آب به آرامی از سطح خاک پایین رفته و به ریشه گیاه می¬رسد. اما با آبیاری باغچه به صورت کلی و با فشار آب زیاد، هم آب کافی و مورد نیاز گیاه تامین نمی¬شود و هم احتمال صدمه دیدن برگ¬های ظریف گیاهان و یا گلبرگ¬های گل¬ها از طریق برخورد آب با فشار زیاد بر روی آن¬ها وجود دارد.

منابع انرژی
وابستگی شدید جوامع صنعتی به منابع انرژی به خصوص سوخت¬های نفتی و بکارگیری و مصرف بـی¬رویـه آن¬هـا، منـابع عظیمی را که در قرون متمادی درلایه¬های زیرین زمین تشکیل شده است تخلیه می¬کند. با توجه بـه ایـن کـه منـابع انـرژی زیرزمینی با سرعت فوق العاده¬ای مصرف می¬شوند و در آینده¬ای نه چندان دور چیزی از آن¬ها باقی نخواهد مانـد، نـسل فعلـی وظیفه دارد به آن دسته از منابع انرژی که دارای عمر و توان زیادی هستند روی آورده و دانش خود را برای بهره برداری از آنها گسترش دهد.

خورشید یکی از دو منبع مهم انرژی است که باید به آن روی آورد زیرا به فناوری های پیشرفته و پرهزینه نیاز نداشـته و می¬تواند به عنوان یک منبع مفید و تأمین کننده انرژی در اکثر نقاط جهان به کار گرفته شود. به علاوه استفاده از آن بر خلاف انرژی هسته¬ای، خطر و اثرات نامطلوبی ازخود باقی نمی¬گذارد و برای کشور¬های که منابع انرژی زیـر زمینـی ندارنـد، مناسـب-ترین راه برای دستیابی به نیرو و رشد و توسعه اقتصاد است.

میزان مصرف سالانه آب در کشور

۹۲ درصد آب مصرفی در کشور مربوط به بخش کشاورزی است. متوسط مصرف آب جهانی در بخش کشاورزی ۷۰ درصد است که این آمار نشان می‌دهد ایران ۲۲ درصد بیشتر از متوسط جهانی مصرف دارد.
سالا‌نه در کشور ۹۵ میلیارد متر مکعب آب مصرف می‌شود که ۹۲ درصد آن در بخش کشاورزی، ۶ درصد در بخش شرب و بقیه در بخش عمومی و پارکها مصرف می‌شود. مصرف آب در جهان در بخش کشاورزی ۷۰ درصد بوده و حتی برخی از کشورها موفق شده‌اند این مصرف را به ۵۰ درصد کاهش دهند. میزان مصرف آب در بخش کشاورزی نسبت به ۳۰ سال گذشته در کشور با ۳ درصد کاهش به ۹۲ درصد رسیده است. بنابراین هدف افزایش به مرور سهم مصرف آب در بخش صنعت و کم کردن سهم مصرف آب در بخش کشاورزی است.

میزان مصرف سالانه آب در کشور

متوسط مصرف آب در بخش شرب در جهان ۱۰ تا ۱۲ درصد است . البته باید اذعان شود که کاهش مصرف آب کشاورزی به خاطر ارتقای بخش کشاورزی نبوده است بلکه به خاطر این بوده که اولویت آبرسانی بخش شرب بوده است. باید در بخش کشاورزی تحولا‌ت بزرگی رخ دهد و این تحول به این معنا نیست که سهم آب را کم کنیم بلکه باید با فرهنگ‌سازی مصرف بهینه را در دستور کار قرار دهیم. سالا‌نه ۱۳۰ میلیارد متر مکعب در کشور بارندگی صورت می‌گیرد که متاسفانه نمی‌توانیم ۳۵ میلیارد متر مکعب آن را مهار کنیم.

جدول مصرفی آب شرب
میزان مصرف سالانه برق در کشور
ایران هفتاد و دومین کشور دنیا از نظر مصرف سرانه انرژی برق بوده است. در سال ۹۴ سرانه مصرف انرژی برق در ایران برابر با ۲۶۲۱ کیلووات ساعت اعلام شد و سرانه مصرف این کشور مشابه کشورهای سیشل و ترکمنستان بود. در این سال بیشترین سرانه مصرف انرژی الکتریسیته در ایسلند به ثبت رسیده است. سرانه مصرف برق در ایسلند برابر با ۵۲۶۲۴ کیلو‌وات‌ساعت در سال بوده و نروژ که در این رده‌بندی در جایگاه دوم دنیا بوده است در سال گذشته شاهد رسیدن سرانه مصرف برق به ۲۴۵۵۸ کیلووات ساعت در سال بوده است. کویتی‌ها سومین مصرف‌کننده بزرگ انرژی الکتریسیته و کانادایی‌ها و فنلاندی‌ها چهارمین و پنجمین مصرف‌کننده بزرگ انرژی جهان (از نظر سرانه) بوده‌اند. سرانه مصرف انرژی الکتریسیته در امارات متحده عربی برابر با ۱۳۲۸۱ کیلو وات ساعت در سال و مصرف انرژی الکتریسیته در آمریکا هم معادل ۱۱۹۲۰ کیلووات ساعت در هر سال بوده است. در میان ۱۸۰ کشور مورد مطالعه در این تحقیق، افغانستان آخرین کشور است و مصرف سرانه انرژی الکتریسیته دراین کشور برابر با هشت کیلو‌وات‌ساعت در سال بوده است. در کشورهای اوگانادا و نیجر نیز سرانه مصرف انرژی الکتریسیته برابر با ۵۸ کیلو‌وات‌ساعت و ۳۸ کیلو‌وات‌ساعت در سال بود.
در این مقاله با بکارگیری باطری خورشیدی توانستیم به میزان چشم گیری در مصرف برق صرفه جوئی کنیم. در روش پیشنهادی علاوه بر کاهش میزان مصرف برق، با استفاده از آبیاری بهینه در بازه زمانی مناسب به کاهش چشم گیری در حجم مصرفی آب نیز در بخش کشاورزی دست پیدا کردیم.
گاهی در روزهای گرم تابستان افزایش دما و کاهش بیش از حد آب اتفاق می‌افتد. بنابراین علاوه بر استفاده‌های شخصی از آب ممکن است برای آبیاری باغچه یا گلدان‌هایتان دچار مشکل شوید. اما نگران نباشید راه‌های آسانی وجود دارد تا از اثرات ناخوشایند گرمای خورشید بر گل‌ها جلوگیری کنید.

روش نگهداری مواد معدنی خاک
نگهداری مواد معدنی خاک به همان مقدار کود لازم برای گیاه در خاک مهم است. زیاد بودن آن باعث تشنگی بیش از حد گیاه شده و گیاه در طول روز بیشتر به آب نیاز پیدا می‌کند. بهتر است در تابستان کنترل دقیقی بر روی کود گیاهان داشته باشید یا حتی کود دهی را قطع کنیم.

روش کاشت گیاه
هیچ‌گاه برگ‌های پائینی گیاه را قطع نکنیم. معمولا پنج سانتیمتری بالای زمین، حالت مطلوب هوا را برای گیاه ایجاد می‌کند.
روش استفاده از سنگ ریزه
گذاشتن تعدادی سنگ و فرو کردن چند سنگ در باغ به کاهش مصرف آب کمک می‌کند. با یک تکه سنگ می‌توان آب را به آرامی به سمت ریشه‌های گیاه هدایت کرد. در مدت زمان طولانی سنگ‌ها مانند کوه‌های کوچکی عمل کرده و از تبخیر سریع آب جلوگیری می‌کنند. در زمان بارندگی نیز آب به طرف سنگ‌ها هدایت می‌شود و آب بین سنگ‌ها جلوه‌ای از رود کوچک در باغچه ایجاد می¬کند.

روش تقسیم بازه زمانی آب¬دهی گیاهان
زمان آب‌دهی به گل‌ها را مشخص کنیم. بهترین موقع آبیاری زمانی است که خورشید غروب کرده یا هنوز طلوع نکرده است ولی هوا رو به روشنی می‌زند. آبیاری بی‌موقع هنگام ظهر که خورشید وسط آسمان است، موجب تبخیر آب و هدر دادن آن می‌شود.

روش صرفه جوئی در آب
ما روزانه آب‌ تمیز و سالم را هدر می‌دهیم و وارد فاضلاب می‌کنیم اما اغلب آن‌ها از آب‌های فاضلاب نیستند؛ مثلا آب آبکشی ظروف یا لباس‌ها، آب ته لیوان یا پارچ، ظرف آب حیوانات خانگی مانند پرنده‌ها، آب آکواریوم، یخ یا برفک‌های زائد یخچال و فریزر و… را می‌توان با طرح و برنامه درستی برای باغچه و گلدان استفاده کرد که هم در مصرف آب صرفه‌جویی شود و هم از ایجاد فاضلاب بیشتر جلوگیری کنیم.

روش نگه داری بهینه آب باران
در مناطق خنک، معتدل و مرطوب بهتر است گیاهان را در فواصل طولانی آبیاری کنیم. زیرا خاک این مناطق آب را در خود نگه می‌دارند و بادهای موسمی موجب خنک نگه داشتن گیاهان می‌شود. البته نباید گیاه حساس به آب در باغچه نگه دارید زیرا زود صدمه می‌بیند. این آبیاری برای درختان و بوته‌های مقاوم، اغلب خانواده‌های کاکتوس‌ها و… مناسب است و بوته‌هایی مثل خیار و گوجه‌فرنگی، قلمه‌های تازه و درختچه‌های جوان آسیب می‌بینند.

روش نگه¬داری گیاهان کم مصرف
(مثل خزه و جلبک) موجب دیرتر از بین رفتن گیاه می‌شوند. زیرا در مواقع خشکی آب را به بیرون پس داده و محیط اطراف را مرطوب و خنک نگه می‌دارند.

روش جمع¬آوری بهینه آب بعد از آب دهی
می‌توانید باغچه را طوری طراحی کنید که آب حاصل از آبیاری یا باران کمتر به هدر رود. به این ترتیب که ابتدا باغچه را ۱ تا ۲ متر بکنید، در زیر باغچه خاک نسبتا سخت بریزید و بعد سنگریزه و شن و خاک. می‌توانید محدوده‌ای خاص را با خاک‌های سخت و غیرقابل نفوذ پر کنید تا دریاچه‌ای کوچک ایجاد شود. اطراف باغچه را خوب تعمیر کرده و با سنگ و موزائیک از هدر رفتن آب جلوگیری کنید.

نتیجه‌گیری

در این مقاله نتایج نشان می¬دهد که با بکارگیری از منبع طبیعی نور خوشید می¬توان بخش اعضمی از مصرف منابع طبیعی را کنترل کرد. با بکارگیری باطری خورشیدی روش¬های کاهش مصرف آب و برق در آبیاری گیاهان ارائه شد. روش پیشنهادی، مشخص کردن بازه زمانی آبیاری گیاهان به کمک منبع طبیعی نور خورشید است. ضریب خطای این روش بسیار پائین¬تر از روش¬های طراحی شده قبلی بوده است. منبع انرژی مورد نیاز از نور خورشید تامین می¬شود. زمان آب‌دهی به گل‌ها را مشخص کنیم. بهترین موقع آبیاری زمانی است که خورشید غروب کرده یا هنوز طلوع نکرده است ولی هوا رو به روشنی می‌زند. آبیاری بی‌موقع هنگام ظهر که خورشید وسط آسمان است، موجب تبخیر آب و هدر دادن آن می‌شود. ما روزانه آب‌ تمیز و سالم را هدر می‌دهیم و وارد فاضلاب می‌کنیم اما اغلب آن‌ها از آب‌های فاضلاب نیستند؛ مثلا آب آبکشی ظروف یا لباس‌ها، آب ته لیوان یا پارچ، ظرف آب حیوانات خانگی مانند پرنده‌ها، آب آکواریوم، یخ یا برفک‌های زائد یخچال و فریزر و… را می‌توان با طرح و برنامه درستی برای باغچه و گلدان استفاده کرد که هم در مصرف آب صرفه‌جویی شود و هم از ایجاد فاضلاب بیشتر جلوگیری کنیم.

قدردانی
«پدر و مادر مهربانم»
تلاش و امید واژه¬هایی هستند از دریای بیکران هستی که تلألو نور آفتاب حقیقت بر آنها بازتابی درخشان دارد پس آنگاه که بر گستره این شعاعهای نور در زورقی از عزم و همت رو به ساحل داشتم با یاری شما به مأمن آسایش رسیدم…

امروز هستی¬ام به امید شماست و فردا کلید باغ بهشتم رضای شما
بوسه بر دستان پرمهرتان

مراجع

[۱]Ketelhohn, N., & Ogliastri, E. (2013). Introduction: Innovation in Latin America. Academia Revista Latinoamericana de Administración.
[۲]Marrocu, E., Paci, R., & Usai, S. (2011). Proximity, networks and knowledge in Europe [working paper]. Italy: Centro Richerche E Economiche Nord Sud (Crenos), Universita Di Cagliari and Universita Di Sassari.
[۳]Brown, P., Mcnaughton, R., & Bell, J. (2010). Marketing externalities in industrial clusters. A literature review and evidence from the Christchurch, New Zealand electronics cluster. Journal of International Entrepreneurship.
[۴]Byrne, B. M. (2010). Structural equation modeling with AMOS: Basic concepts, applications and programming (2nd ed.). New York: Taylor & Francis.
[۵]Capitanio, F., Coppola, A., & Pascucci, S. (2010). Product and process innovation in the Italian food industry. Agribusiness.
[۶]Knoben, J., & Oerlemans, L. (2006). Proximity and inter-organizational collaboration: A literature review. International Journal of Management Review.
[۷]Instituto Nacional De Estadísticas (2007). VI Censo Agropecuario de Chile. Santiago de Chile: Instituto Nacional de Estadísticas de Chile.
[۸]Dillman, D., Smyth, J., & Leach, M. (2008). Internet, mail, and mixed-mode surveys: The tailored design method (3rd ed.). Hoboken, N.J.: John Wiley & Sons.
[۹]Asheim, B., & Isaksen, A. (2002). Regional innovation systems: The integration of local “sticky” and global “ubiquitous” knowledge. Journal of Technology Transfer(11).
[۱۰]Brown, P., & Bell, J. (2001). Industrial clusters and small firm internationalization. In J. H. Taggart, M. Berry, & M. McDermott (Eds.), Multinationals in a new era. London: Macmillan.
Abstract

In this paper, methods to reduce water and electricity consumption by using solar batteries is presented in watering plants. The proposed method specifying the timeframe plants irrigated by natural source of sunlight. The margin of error is much lower than the previous design methods. Needed source of energy from the sun is supplied. The results show that using natural source of light from the sun can be controlled Azmy consumption of natural resources.

0 پاسخ

دیدگاه خود را ثبت کنید

Want to join the discussion?
Feel free to contribute!

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>