Irigrarea Prin Picurare

Rezumat

Energia din surse regenerabile este acea energie care este produsă din surse durabile, care sunt inepuizabile. Aceste surse regenerative de energie pot să apară în formă de energie eoliană, hidroenergie, din intemperii, lumina și căldura solară, temperatura pamântului și biomasă. Utilizarea într-un grad din ce în ce mai mare a surselor de energie regenerabile și aplicarea unor tehnologii care protejează mediul înconjurător reprezintă aporturi considerabile pentru dezvoltarea durabilă.

Analizând evoluția precipitațiilor ultimilor ani, ajungem la concluzia că verile devin din ce în ce mai secetoase, iar extremele meteorologice cauzează pierderi foarte mari în agricultură. Pentru a limita efectele acestor fenomene, cercetătorii studiază permanent, variante și tehnologii noi precum și aplicarea acestora într-un mod cat mai eficient. Irigarea culturilor agricole, reprezintă singura masură de completare a cantității de apă din sol în anii secetoși sau cu repartiții ale precipitațiilor, deficitare în perioada de vegetație a culturilor agricole.

Pentru ca irigarea culturilor agricole sa fie mut mai eficienta si din punct de vedere foarte economic, ne-am gandit sa cuplam sistemul de irigatii cu panourilor fotovoltaice.Acestea cu ajutorul Soarelui ne ajuta sa extragem apa din puturi, lacuri sau din bazinele de apa si sa o pompam cu ajutorul sistemelor de irigat pe terenurile argricole.

Prin lucrarea de licenta ne-am propus, in principal si in mod ameliorativ studiul, analiza si enuntarea unor recomandari privind principiile de proiectare a instalatiilor de irigat, in vederea administrarii in mod responsabil a apei, necesara dezvoltarii plantelor.

Lucrarea de licenta este structurata in 3 capitole, prin care s-a urmarit tratarea unitara a scopului si a obiectivelor stabilite prin proiectul de cercetare, respectiv de a demonstra in mod practic, necesitatea irigarii culturilor.

Primul capitol, este dedicat surselor regenerabile si in special energiei solare.In prima partea a capitolului am prezentat sursele de energii regenerabile (eoliana, solara, hidraulica, a mareelor, geortermica si energia derivata din biomasa) si utilizarea acestor energii regenerabile.

In partea a doua a capitolului ne-am axat atat pe energie solara, formele de energie solara si domeniile de utilizare a acestei energii cat si pe potentialul de enrgie.

Lucrarea continuua cu capitolul al doilea in care am ilustrat in principal necesitatea irigatiilor si calculul necesarului de apa in cazul terenurilor cultivate.

Capitolul al treilea ilustreaza avantajele si dezavantajele utilizarii instalatiei de irigare prin picurare, elementele componente si in specilal aplicatii ale panourilor fotovoltaice pentru alimentarea sistemelor de irigat.

Obiectivul lucarii

Lucrarea de față se încadrează într-o acțiune de dezvoltare, în scopul implementării panaorilor fotovoltaice în sistemele de irigare prin picurare.

OBIECTIVE GENERALE ALE LUCRĂRII

OG1: Studiul privint utilizarea în România a energiei regenerabile, mai cu seamă a energiei solare.Studiu se bazează pe faptul că, panourile fotovoltaice în agricultra este un domeniu mai nou, mai puțin utilizat, necesar și totodată prea puțin dezvoltat.

OBIECTIVE SPECIFICE ALE LUCRĂRII

OS1: Determinarea parametrilor caracteristici ai unui panou fotovoltaic conectat la un sistem de irigare prin picurare

OS2: Monitorizarea sistemului de irigat

OS3: Prelucrarea datelor obținute în urma monitorizării.

Abstract

Renewable energy is the energy that is produced from sustainable sources, which are inexhaustible. These renewable energy sources can occur in the form of wind power, hydropower, from weathering, light and solar heat, the temperature of the Earth, and biomass. Using a degree increasingly larger sources of renewable energy and the application of technologies that protect the environment represents a considerable contribution to sustainable development.

Analyzing the evolution of rainfall in last years, we conclude that summers are becoming increasingly dry and weather extremes cause very large losses in agriculture. To limit the effects of these phenomena, researchers studying permanent alternatives and new technologies and their application in a reasonably efficient manner. Irrigation of crops, represent the only measure supplementing the amount of water in soil in droughty years or with distributions of rainfall deficit during the growing seasons of crops.

Because irrigate crops to be more efficient also from the economic point of view, we decided to hook up irrigation system with photovoltaic panels. These, using the sun it helps us to extract water from wells, lakes or pools of water and pumping using irrigation systems on agricultural land.

Through this graduation thesis we aimed , in principally and ameliorative mood, study, analysis and enunciation of recommendations about design principles of irrigation equipment in order to manage water in a responsible way, necessary for the growth of plants.

This graduation thesis is divided into three chapters, which aimed uniform treatment of the purpose and objectives established by the research project, respectively, to demonstrate the need for irrigation of crops.The first chapter is dedicated to renewables, and particularly solar energy. In the first chapter we introduced the renewable energy sources (wind, solar, hydro, tidal, geothermal, and energy derived from biomass) and use of these renewable energies. In the second part of the chapter we focused both on solar energy, solar energy forms and fields of use of this energy and the potential energy.

The work continues with the second chapter mainly illustrated the need for irrigation and water demand calculation for cropland.

The third chapter illustrates the advantages and disadvantages of drip irrigation system, components and special applications of photovoltaic panels to power irrigation systems.

Capitolul 1

Energii Regenerabile

1.1 Notiuni despre energii regenerabile

Din punct de vedere științific,energia reprezintă o mărime care indică capacitatea unui sistem fizic de a efectua lucru mecanic când trece printr-o transformare din starea sa inițială într-o altă stare aleasă de starea de referință.

Energiile regenerabile sunt energiile care provin din surse care fie că regenerează de la sine în scurt timp, fie sunt surse care nu se epuizează niciodată. Termenul de energie regenerabilă se referă numai la formele de energie care sunt produse prin transferul energetic al energie obținute din procesele natural regenerabile.

Tipurile de energii regenerabile provenite din resurse naturale: lumina soarelui, vântul, ploaia, mareele și din căldura geotermală, care sunt regenerabile (completate în mod natural).

Pentru valorificarea potențialului economic al surselor regenerabile de energie, în condiții concurențiale ale pieței de energie, este necesară adoptarea și punerea în practică a unor politici, instrumente și resurse specifice. În România, în anul 2010, ponderea surselor regenerabile de energie în consumul total de resurse primare, a avut un nivel de circa 11%, iar în anul 2015 de 11,2%

Principalul avantaj al sistemelor de energie regenerabilă este contribuția intrinsecă, nulă, la extinderea gazelor cu efect de seră, având în vedere că ele nu folosesc combustibili fosili. Un avantaj suplimentar este “insensibilitatea” la prețul combustibililor (“soarele răsare pentru nimic”). Aceasta descrește costul de funcționare al sistemelor de energie regenerabile și reduce riscurile de funcționare.

(Cicerone Nicolae Marinescu, 2008)

1.2 Scurt istoric

În anul 1998, în U.S.A., din energiile rezultate și sursele regenerabile, 55% proveneau din sursa hidraulică, 38% din biomasa, inclusiv din deșeuri solide municipale, 5% din sursa geotermală, 1% din energie solară și 0,5% din sursa eoliană.

În intervalul 26 august – 4 septembrie 2002, la Johannesburg, în Africa de Sud, a avut loc cea mai importantă dezbaterea asupra ecologiei Planetei. La această dezbatere s-a încercat să se gaseaca cea mai bună modalitate de diminuare a poluării aerului, apei și solului prin adoptarea unor legi foarte severe și pentru interzicerea, în special în țările dezvoltate, a tehnologiilor care au ca rezultat producerea efectului de seră. S-a hotărât că până în 2015 energia primară regenerabila să fie mărita cu 15%.

Resursele regenerabile de energie se găsesc pe tot globul și sunt disponibile din abundență.În tabel sunt prezentate date privind energia disponibilă anual, pe matru pătrat al suprafeței globului, pentru cinci surse regenerabile.

(Cicerone Nicolae Marinescu,2014 )

Tabel 1: Energia disponibilă anual, pe m2 al suprafeței globului

1.3 Clasificarea energiilor regenerabile

Sursele de energie regenerabilă sunt:

energia eoliană

energia solară

energia apei

energia hidraulică

energia mareelor

energia geotermică

energie derivată din biomasa: biodiesel, bioetanol, biogaz

În funcție de diferite criterii se poate vorbi despre diverse forme de transfer energetic:

1.Din punc de vedere al sistemului fizic care îi aparține:

energie hidraulică

energie nucleară

energie de zăcământ

energie chimică

energie de deformație elestica

energie gravitațională;

2.După sursa de proveniența:

energie stelară

energie solară

energie eoliană

energie hidraulică

energie geotermală

energiea combustibililor

energie nucleară;

3.După faptul că urmează sau nu un ciclu:

energie regenerabilă prin care se înțelege energia obținută de la Soare,energie inepuizabilă,sub formă de energie termică, eoliană,hidraulică și cea provenită din biomasa;

energie neregenerabila care reprezintă energia obținută din surse epuizabile,combustibili fosili și cei nucleari.

(Adrian Badea, 2013)

1.4 Utilizarea energie regenerabile

Energia regenerabilă se poate folosi: producerea de electricitate, transport și încălzirea locuințelor. Diversele tipuri de energie regenerabilă se pot utiliza în diferite moduri, nefiind toate adecvate pentru fiecare aplicație.Atat hidroenergia cat și energia eoliană se folosesc numai pentru generarea de electricitate, în timp ce alte surse, precum biomasa (materia organică), energia geotermală și cea solară, se pot utiliza pentru a produce atât electricitate, cât și căldură.

1.4.1 Electricitatea

Energia regenerabilă este folosita in mare parte la producerea electricității pe care o folosim zi de zi, când aprindem lumina sau când ne uităm la televizor (a se vedea tabelul).

Infiintarea piețelor UE de energie către o concurență sporită da consumatorilor posibilitatea să aleagă acei furnizori de electricitate care folosesc mai multe surse de energie regenerabile.

(Alexandru Danescu,1980)

Tabel 2: Contribuția surselor regenerabile la producerea de electricitate, 2013 [TWh (4) și %]

1.4.2 Încălzirea și răcirea

Incălzirea și răcirea reprezintă jumătate din consumul final de energie din UE, alimentând atat locuințele, clădirile cat și industria cu agent termic și producând apă caldă menajeră. Diferite surse de energie regenerabilă, cum ar fi biomasa(în prezent principala sursă regenerabilă de energie utilizată pentru încălzire), energia solară și cea geotermală, au un potențial ridicat pentru încălzire și răcire.

De altfel, cum sursele de energie regenerabile reprezintă doar 12 % din sursele folosita în sectoarele încălzire și răcire, acest potențial este greu de a fi atins.

(Alexandru Danescu. 1980)

Tabel 3: Contribuția surselor regenerabile de energie la totalul necesarului de căldură

1.4.3 Transporturile

De-a lungul timpului, domeniul transporturilor și-a mărit nivelul de consum energetic și de emisii de gaze cu efect de seră, devenind astfel vitală creșterea eficienței carburanților și reducerea emisiilor din sectorul transporturilor. Un procent de 96 % din energia folosită pentru transport provine din produse pe bază de petrol. Biocarburanții reprezintă principalul înlocuitor al benzinei și al motorinei în transporturi, fiind disponibili la scară mare și putând fi folosiți la vehiculele obișnuite.

Vehiculele care funcționează cu electricitate rezultată din surse regenerabile de energie reprezintă un alt mod de a spori folosirea energiei regenerabile în sectorul transporturilor.

În prezent, aceste vehicule nu sunt folosite la scară largă ,dar se preconizează că numărul lor va crește exponențial.

(Alexandru Danescu, 1980)

1.5 Energia solară în Europa și potențialul energiei solare pe teritotiul României

Realizări obținute în diverse tari stau la baza avansului pe care domeniul fotovaltaic l-a înregistrat în ultimii ani atât din punctul de vedere al scăderii economice dar și al celui de creștere a randamentelor de producere a energiei regenerabile.

Trebuie să amintim că soarele reprezintă aceea sursa, care se încadrează perfect în condițiile impuse de mediu și bineînțeles este cu adevărat regenerabila fără a fi necesară în nici un fel intervenția omului, că în cazul altor variante.

UE au luat o serie de măsuri pentru încurajarea atât a cetățenilor cât și a companiilor în scopul investeastiri în energii regenerabile. Spre exemplu în Marea Britanie se dau subvenții pentru cetățeni și pentru companii, astfel încât aceștia să instaleze panouri solare, iar energia rezultată fiind utilizată pentru activitățile domestice.(Campeanu V., 2010)

Un alt exemplu este Germania care prin implementarea celor 100.000 de acoperișuri solare realizate în anii 2006-2007, a situat tara în topul celor mai dezvoltate tari în ceea ce privește energia solară. Energia solară este folosită și subvenționata parțial în Spania, Grecia și Suedia, Franța și în Germania.

În ultimii ani s-a observat o creștere rapidă a numărului de instalații PV ( fotovoltaice ) de pe clădirile care sunt conectate la rețeaua electrică. Această zonă a fost stimulată parțial de programele de subvenție ale guvenelor ( în special Japonia și Germania )și de politica prețurilor ecologice ale utilităților sau furnizorilor de servicii electrice ( ex. În Elveția și SUA). Totuși forța centrală de conducere vine din dorința indivizilor sau companiilor de a obține electricitate de la o sursă curată, nepoluata și regenerabila pentru care sunt pregătiți să plătească o recompensă ( small premium ).(Campeanu V., 2010)

Potrivit unui raport al Centrului de Cercetare al Uniunii Europene (European Union’s Joint Research Centre), două treimi din panourile solare montate la nivel mondial pentru producerea de energie se găsesc în Europa.

La sfârșitul anului 2011 capacitatea panourilor solare din Europa, care însumează două treimi din totalul mondial, era de 18,5 gigawați. Conform raportului menționat, la nivel european industria fotovoltaică a crescut cu 40% în 2011, valorând 84 de miliarde de dolari.

În timp ce Europa este lider în producția de energie solară, la nivel mondial China este cel mai mare producător de panouri solare.

Deși Statele Unite cu o capacitate de numai 1,8 megawați energie solară se clasează mult în urma Europei, estimările arată că această cifră se va dubla până la sfârșitul acestui an.

Poziția de lider pe care Europa o deține în obținerea de energie solară nu este însă suficientă pentru a atinge scopul potrivit căruia, până în 2020, 20% din totalul energiei consumate la nivel european trebuie să provină din surse regenerabile. Din volumul acutului de energie solară numai două procente reprezintă necesarul de elecricitate al Europei.

(I. Ursu, 1982)

Din punct de vedere a energiei solare România se situează în zona europeană B ( prima clasă, clasa A, cuprinde tari precum Spania, Portugalia, Grecia și Italia ) de însorire având un potențial substanțial de folosire a energiei solare.

Spre exemplu Litoralul Marii Negre, Dobrogea dar și majoritatea zonelor sudice sunt, potrivit INMH, zone cu potențial mare de exploatare a energiei solare având o durată medie de strălucire a soarelui de peste 2300h/an. În aceste zone fluxul energetic solar anual, se situează în intervalul 1450-1600kWh/m2/an, în timp ce pentru majoritatea regiunilor țării este de peste 1250kWh/m2/an.

În funcție de condițiile atmosferice limita fundamentală a radiației solare este reprezentată de variațiile substanțiale de la un anotimp la altul sau de la o zi la alta. Aceste variații tind că orice sistem de captare a energiei solare să necesite folosirea concomitentă a unui sistem energetic clasic.

(I. Ursu, 1982)

1.6 Aspecte generale despre energia solară

Conceptul de „energie solară” face referire la energia care este produsă direct prin transferul energie luminoase emise de Soare.Energia solară poate fi astfel utilizată ca să incalzeaca aerul din interiorul unei clădiri sau să genereze nergie electrică.Se cunoaște faptul că, energia solară este regenerabila și ușor de produs, însă un dezavantaj principal rămâne faptul că Soarele nu orefa în nici un loc, energie constantă Pământului.

Scoarță terestar captează o energie toată de 720 x 106TWh pe an, care cosrespunde unei medii de 200W/m2.În ceea ce privește disponibilitatea aceste energii, ea depinde de latitudinea locului unde este captata, de ciclul zi-noapte, de pătura noroasă și de anotimpuri.

Valoarea constantei solare este afectată de înălțimea la care se găsește Soarele pe cer.

Pământul se rotește în jurul Soarelui la o distanță de aproximativ 150 milioane de km, iar radiațiile se manifestă la viteza de 300.000 km pe sec.(viteza luminii).La nivelul Pământului ajung zilnic 3,4-4,4 kWh/m2 de energie solară.

(Paulescu M.,2005)

Soarele reprezintă practic o sursă inepuizabilă de energie, estimându-se o durată a existenței radiației solare de încă aproximativ 4 – 5 miliarde a ani.

Din punct de vedere al însoriri în zona B europeană se afla Roamania, între țările cu o însorire considerabil mai mică dar cu o industrie solară puternică,țările Europei de Sud (Grecia, Italia, Spania, Portugalia, 4,4 – 5,4 kWh/m2zi) și ( Danemarca, Germania, Suedia, 2,4 – 3,4 kWh/m2/zi).

Intensitatea energiei solare la suprafața Pământului este mai mică decât constantă solară, datorită absorbției și difracției energiei solare, când fotonii interacționează cu atmosfera.

(Paulescu M., 2005)

Radiația solară este influențată de modificarea permanentă a câtorva parametrii importanți, cum sunt:

înălțimea soarelui pe cer (unghiul format de direcția razelor soarelui cu planul orizontal);

unghiul de înclinare a axei Pământului;

modificarea distanței Pământ – Soare (aproximativ 149 milioane km pe o traiectorie eliptică, ușor excentrică.);

latitudinea geografică.

În figură 1.1 este reprezentată variația densității radiației solare în funcție de înălțimea Soarelui, adică unghiul format de direcția razelor solare cu planul orizontal, pentru diferite situații atmosferice.

Fig. 1.1 : Variația radiației solare în funcție de direcția razelor solare, pentru diferite situații atmosferice

(Sursa: Rev.Tehnica Instalațiilor nr. 5/2004)

1.6.1 Aspecte de bază referitoare la energia solară

Soarele, compus în principal din hidrogen și heliu, este sursa principală de energie a Pământului.

Distanța aproximativă a astrului față de Pământ este de 150 x 106 km, diamentrul său fiind de cca. 1392 x 103km,suprafat de cca. 6 x 1012 km2,volumul de 1,4 x 1027m3 și masa de

1,98 x 1027 tone, densitatea de 1,41g/cm3, temperatura coronară de 5 x 106K.

Se apreziaza ca perioada de mișcare orbitală a astrului în jurul centrului galactic este de 2,2 x 108 ani.

Soarele emite energie sub formă de radiații electromagnetice și neutroni,rezultate din reacția terminucleara.

Soarele (99,86% din masă totală a sistemului) se afla în centrul sistemului solar palanetar.

Lumina directă a Soarelui fiind o resursă abundența de cca. 5,4 x 1026 jouli/an de energie solară intra în incidenta cu straturile superioare ale atmosferei,astfel o cantitate de

2,5 x 1026jouli atinge suprafața Terrei, din total cca.18% fiind absorbită de atmosferă, iar restul de 30% reflectată înapoi în spațiu.

Energia solară care atinge suprafața teresta este de 6000 de ori mai mare decât cantitatea de energie care a fost utilizată pe plan mondial în perioada 1990 – 2000.

( Paulescu M.,2005)

Pe teritorul României se captează în medie 900-1450 kWh energie/m2, iar potențialul solar depășește 1000 kWh/m2.

Din sistemele solare pasive provine energia solară pasivă,iar prin asigurarea trecerii convective a fluxurilor luminoase, aceste sisteme sunt considerate directe.Astfel are loc conversia energiei solare în energie electrică, respectiv în energie mecanică.

Energia solară activă, se referă la sitemele cu utilizează energie mecanică, electrică, sau mecanisme chimice pentru a favoriza colectarea radiației solare și producerea efectivă în cantități mai semnificative de energie termică solară.

(Pauescu M., 2005)

Energia solară poate fi folosită să:

încălzească clădiri, direct;

genereze electricitate prin celule solare (fotovoltaice);

genereze electricitate prin centrale termice solare (heliocentrale);

încălzească clădiri, prin pompe de căldură;

încălzească clădiri și să producă apă caldă de consum perin panouri solare termice.

1.6.2 Energia solară regenerabila

Energia regenerabilă este o formă de energie care nu reprezintă subiect de consum epuizant în colectivitatea umană. Aproape toate formele de enrgie regenerabila, în ultimă instanță analitică, au ca sursa includerea energiei solare în substanță și forma lor.

Se apreciază că sursele de energie regenerabilă, în percepție economică, sunt suficiente pentru cel puțin un interval următor de 4 milioane de ani. Pe lângă esențialitatea dată de regenerare, avantajul complementar, este ocurenta abundenței, însoțită de lispa emisiei de gaze dioxidice în comparație cu cele din ardera compustibililor fosili.

Folosirea energie regenerabile (inclusiv solare) prezintă un dezavantaj doar în impactul vizual dat de prezența instalațiilor în mediul înconjurător.

Colectarea de energie solară prezintă limitări date de intermitenta naturală și difuzia razelor/radiației solare,succesiunile noapte/zi, întreruperile date de acoperirea cu nori, ceea ce conduce la un proces de generare a energie solare la un factor caracteristic de capacitate de 20%.

(Alexandru Danescu,1980)

Atmosfera și suprafața Pământului interacționează cu radiația solară, producând o serie de transformări ale acesteia, așa cum se observă în figură 1.2.

Fig. 1.2 : Schema interacțiunilor dintre energia solară și atmosferă, respectiv suprafața terestră

(Sursa: Kelemen,2003)

1.7 Clasificarea energie solare

Energia solara poate fi impartita in:

energie solara termica;

energie solara fotovoltaica.

1.7.1 Energia solara termica

Energia solara termica reprezinta prcesul de transformarea sau de conversia a energiei solare în energie termică, fiind realizat în captatori solari, având funcționarea bazată pe diverse principii constructive.

Pentru ca randamentul conversiei energiei solare în energie termică să fie ridicat, indiferent de tipul captatorilor solari, este important ca orientarea captatorilor spre Soare, să fie cât mai corectă.

Componenta de bază a unui sistem „activ” este reprezentata de captatoarele solare, folosind energia solară. Atat asigurarea conversia radiației electromagnetice solare în energie termică cat și transferul către un agent caloportor, este realizat de catre captatoarele solare. Există diferite tipuri de captatoare solare. Orientarea către un anumit tip sau altul este influentata de temperatura apei calde ce se dorește la consumator și de condițiile climatice ale zonei respective.

Cele mai uzuale tehnologii adoptate pentru captatoare sunt:

captatoare plane fără vitrare;

captatoare plane cu vitrare;

captatoare cu tuburi vidate.

1.Captatoare plane fără vitrare

Acest tip de captatoare sunt construite de regulă din material plastic polimerizat negru, ce nu prezintă o izolație termică nici laterală și nici la bază. Ele pot fi amplasate pe acoperiș sau pe un suport de lemn. Prezintă avantajul că sunt ieftine și captează bine energia solară. U Un dezavantaj este acela ca pierderile de căldură cresc odată cu creșterea temperaturii apei, mai ales în zonele caracterizate de vânt puternic.

(Georgescu R., 1982)

Fig. 1.3: Captatoare plane fără vitrare

(Sursa: http://instal.utcb.ro)

2.Captatoare plane cu vitrare

Componentele de bază a unui astfel de captator plan:

un strat exterior transparent (sticlă);

o placă absorbantă;

o izolație termică pe lateralele și la baza captatorului.

Fig. 1.4: Captator plan cu vitrare

(Sursa: www.instal.utcb.ro)

3.Captatoare plane cu tuburi vidate

Aceste captatoare sunt formate dintr-o suprafață absorbantă „îmbrăcată” într-un înveliș selectiv vidat din sticlă .

Acest tip de captator are avantajul captării foarte eficiente a energiei solare iar pierderile termice sunt foarte mici.

Acest tip de captatoare sunt folosite atunci când se dorește energie la temperaturi medii și ridicate (apă caldă menajeră, încălzirea clădirilor, aplicații industriale care solicită 60-80oC etc.).

(Georgescu R., 1982)

Fig. 1.5: Captator cu tuburi vidate

(Sursa: instal.utcb.ro)

1.7.2 Energia solara fotovoltaica

Efectul fotoelectric reprezinta peropietatea unor materiale de a absorbi fotoni de lumina si a elibera electroni.In momentul in care acești electroni sunt captați rezultă un curent electric care poate fi folosit ca electricitate.

Efectul fotoelectric a fost descoperit pentru prima dată in anul 1839 de către fizicianul francez Edmund Bequerel. Bequerel a observat că anumite materiale pot produce cantități mici de curent electric când sunt expuse la soare.

S-a constat ca în România potențialul solar pe teritoriul acesteia are valori remarcabile in ceea ce priveste energia fotovoltaica. In majoritatea țărilor dezvoltate din Europa (chiar și în cele cu potențial solar inferior celui din România) producerea energiei electrice pe baza energiei solare are succes, mai cu seama în mici centrale fotovoltaice încadrate în construcții, în regim racordat la rețea.

(Georgescu R., 1982)

Producția de energie fotoelectrică depinde atât de expunerea la Soare a locației cât și de temperatură, deci de situarea geografică, de anotimp și de ora zilei: producția este maximă la amiază (ora solară), cu cer senin. Valoarea maximă înregistrată este de cca. 1000 W/m² (valoare, numită "de referință"). Aceasta înseamnă că pentru o instalație de 20 m², se poate orealiza o producție zilnică de cca. 2,8 kWv, respectiv 5 – 8 kWh, ceea ce ar putea acoperi nevoile unei locuințe de patru persoane.

Panoul fotovoltaic mai poartă denumirea și de modul fotovoltaic sau panou solar fotovoltaic. Producerea energiei electrice cu panouri solare fotovoltaice este o soluție rentabilă în toate regiunile din România atât pentru sisteme fotovoltaice independente cât și pentru realizarea unor centrale fotoelectrice conectate la sistemul energetic național. Țara noastră se afla printre primele locuri în ceea ce privește nivelul energiei solare, nivelul iradiantei solare fiind mai mare decât în țările din Europa de Vest cu tradiție în folosirea acestor sisteme.

Panourile fotovoltaice prezintă un cadru larg de montare, în funcție de condițiile specifice fiecărui proiect, pe acoperișul și fațadele clădirilor, pe terase, la sol, cu sistem de urmărire a poziției soarelui sau fără, integrate în alte produse, etc.

(Georgescu R., 1982)

Atât performantele panourilor fotovoltaice cât și durata de viața sunt influențate în cea mai mare măsura de calitatea celulelor fotovoltaice, tehnologia de lipire a acestora, transparenta foliilor de acetat etilic de vinil în care sunt încapsulate, tehnologia de încapsulare și transparenta sticlei.

În funcție de tehnologia de fabricație, panourile fotovoltaice pot fi:

panouri fotovoltaice monocristalin;

panouri fotovoltaice policristalin;

panouri fotovoltaice amorfe.

Panouri fotovoltaice monocristaline

Fig. 1.7: Panou monocristalin

(Sursa: http://en.wikipedia.org)

Panourile fotovoltaice monocristaline prezintă cel mai bun randament (eficienta) de conversie a luminii în energie electrică și cel mai ridicat preț de comercializare în urma procesului tehnologic de fabricație. Trebuie amintit faptul că eficiența sau randamentul se referă la cantitatea de energie electrică produsă pe metru pătrat și nu la eficienta economică sau de exploatare.

( http://www.tehnosat.ro)

Panouri fotovoltaice policristalin

Fig. 1.8: Panou policristalin

(Sursa: http://de.wikipedia.org )

Panourile fotovoltaice policristaline sunt cele mai răspândite și cele mai folosite ca urmare a prețului mai scăzut și a performantelor similare panourilor fotovoltaice monocristaline. Facand o comparatie intre panourile fotovaoltaice monocristaline, am constatat ca panourile fotovoltaice policristaline prezinta un randamnet mai scazut cu cateva procente.

( http://www.tehnosat.ro)

Panouri fotovoltaice amorfe

Fig. 1.9: Panou amorfe

(Sursa: tehnosat.ro)

Panourile fotovoltaice amorfe sunt apărute recent și sunt mai puțin răspândite decât cele cu celule din siliciu cristalin. Procesul de producție al celulelor consta în depunerea unor straturi succesive de material semiconductor cu grosimea de ordinul nanomicronilor ce reduce astfel cantitatea de material necesar la producția și implicit costul celulelor cu aproximativ 30%.

( http://www.tehnosat.ro/ )

Principiul de funcționare al panourilor fotovoltaice

Pentru a beneficia de o energie electrică de la soare, este nevoie de un panoul solar alcătuit dintr-o celulă solară sau mai multe celule. Celula solară are rolul de a absoarbi o parte din particulele de lumină ce cad pe aceasta, numite și fotoni. Fiecare foton conține o cantitate mică de energie. Când un foton este absorbit, acesta eliberează un electron din materialul celulei solare. Deoarece fiecare parte a celulei solare este conectată la un cablu, un curent va trece prin acesta. Celula va produce electricitate ce poate fi utilizată instantaneu sau înmagazinată în acumulatori.

Energia electrică este produsă atât timp cât panoul este expus la soare. Celulele solare sunt fabricate din materiale semiconductoare ce prezintă o durată de viață de cel puțin 20 de ani. Panourilor solare au un randament ce variază în timp, ritmul de scădere în timp este garantat de fiecare producător de panouri solare. Atât mediul înconjurător cât și modalitatea de montaj a panourilor determina uzura acestora.

Panourile solare fotovoltaice produc energie electrică pe toată perioada zilei,chiar și în zilele noroase, timp în care pot încărca și diferiți acumulatori. Curentul continuu produs de panourile fotovoltaice este transformat ulterior în curent alternativ de 220V.

(Georgescu R., 1982)

Fig. 1.10: Schema funcționarii instalației fotovoltaice 

(Sursa: www.energieverde.go.ro)

Instalațiile fotovoltaice sunt de două tipuri:

sisteme fotovoltaice tip insulă;

sisteme fotovoltaice conectate la rețea.

Sisteme fotovoltaice tip insulă

Acest tip de sistem este folosit în casele de locuit care nu se pot racorda la rețeaua națională de electricitate, acestea purtând și numele de case autonome. Avantajul principal al acestui tip de sistem este faptul că utilizatorul este independent de rețeaua de electricitate națională, astfel încât nu va fi afectat de diverse defecțiuni prezente la rețeaua națională. De asemenea, prețul pentru energie este mult mai redus iar instalarea unui asemenea sistem nu necesită autorizări.

Fig. 1.11: Instalația fotovoltaică de tip insulă

(Sursa: Cicerone N.M., 2014)

Sisteme fotovoltaice conectate la rețea

Acest tip de sistem este utilizat la orice locuință care se poate conecta la rețea. Surplusul de electricitate care ar putea fi prezent la un moment dat este preluat de rețea. Costurile pentru achiziționarea și implementare unor astfel de sisteme sunt mai reduse decât al sistemelor tip insulă, însă necesită autorizare și contracte încheiate cu instituțiile specializate. În cazul întreruperii de curent electric, sistemul fotovoltaic nu va furniza energie.

Fig. 1.12: Instalatia fotovoltaica conectata la retea

(Sursa: Cicerone N.M., 2014)

1.8 Aplicații ale energiei solare

Aplicațiile energiei solare au existența încă din antichitate când grecii și chinezii își construiau locuințele orientate către soare astfel încât să profite de soare pentru a avea lumina și căldură. Odată cu dezvoltarea tehnicii moderne au apărut o serie de aplicații noi ale utilizării energiei solare.

Lista aplicațiilor energiei solare

agricultură și horticultura – Din punct de vedere a energiei solare ce poate fi capăta într-o anumită perioadă a anului, agricultura cauta să favorizeze perioadele în care se plantează recoltele, să le orienteze către sursa de lumină, să folosească coline în scară pentru a asigura o cantitate necesară de căldură și lumina pentru fiecare rând de plante, să rotească tipurile de plante, toate aceste tehnici având o influență semnificativă asupra recoltei. Pentru cultivarea unor plante incompatibile cu climatul local se utilizează serele, care convertesc lumina în căldură,și permit astfel cultivarea plantelor în afară arealului lor geografic sau în anotimpurile reci.

iluminarea – De-a lungul timpului principală metodă de iluminare a locuinteleor pe timp de zi a fost lumină de la soare,ne fiind înlocuită nici până în ziua de azi de metodele moderne de iluminare, cel puțin în cazul în care se dorește obținerea unei eficiente energetice semnificative.

încălzirea apei – În zonele cu latitudine scăzută, (sub 40 grade), 60-70% din apă caldă utilizată domestic poate fi asigurată de sistemele de încălzire solare, cu tuburi sau suprafețe reflectate.

încălzire, răcire și ventilație – Numai în SUA, peste 30% din consumul de energie în clădiri comerciale și peste 50% din din consumul domestic de energie este datorat sistemelor de încălzire, răcire și ventilație. O parte din această cantitate poate fi asigurată de energia solară utilizând masa termică, adică orice material ce poate fi folosit pentru reținerea energiei: piatră, ciment, apa etc. Folosirea corectă a masei termice, permite absortia energiei ziua și radierea acesteia noapte, menținând o temperatură constantă pe toată durata unei zile.

tratarea apei – În cazul expunerii apei sărate sau murdare la soare,aceasta se poate distila sau se poate dezinfecta prin expunerea în sticle de plastic. Această metodă este folosită în principal în țările sărace.

procesarea căldurii în scop industrial – Pentru concentrarea căldurii în diverse aplicații comerciale se folosesc parabolice reflectorizante. Un alt procedeu de procesare a căldurii sunt vasele cu apă sărată care utilizează căldura soarelui pentru a evapora apă și a obține sare.

generarea electricității – Principalele metode de a obține curent electric utilizând energie solară sunt: celulele fotovoltaice, turnuri solare ce complexează energie de la mai multe oglinzi plus alte tehnici aflate deocamdată în stare experimentală.

procese chimice – Energia solară este utilizată și în diferite procese chimice pentru a crea reacții chimice.

vehicule solare – Apatitia vehiculelor solare a fost făcută în anii 80’, de atunci evoluând foarte mult, în principal datorită concursurilor numeroase pe aceste teme. Chiar dacă un vehicul solar nu va putea funcționa 24 de ore din 24 din motive evidente, tehnologiile solare sunt deja utilizate în vehicule hibride, în scopul eficientizării consumului de energie.

sisteme de pompare a apei/irigații – reprezintă una dintre cele mai atractive aplicații ale energiei solare. Randamentul maxim al panourilor fotovoltaice este în perioadele caniculare când necesarul de apă este ridicat. În cazul în care necesarul de apă trebuie acoperit permanent (zi/noapte , senin/noros) și nu există posibilitatea acumulării apei pentru acest interval, energia produsă de panourile fotovoltaice va fi acumulată în baterii. Dacă necesarul de apa poate fi acoperit prin depozitarea apei în bazine, sistemul nu are nevoie și de baterii pentru stocarea energiei.

sisteme apă potabilă pentru sate – de obicei cererea de apă este oarecum constantă pe perioada anului, trebuie luată în considerare și depozitarea apei pe perioada zilelor înnorate.

irigații prin picătură – Metodele de realizare a sistemelor de irigații trebuie să țină cont și de faptul că cererea nu este constantă pe perioada anului. Cererea maximă de apă în perioada de irigații este de obicei de două ori mai mare decât media anuală, nivelul pânzei de apă freatică este mai mic ceea ce face că sistemul să fie supradimensionat pentru toată perioada anului.

(https://www.academia.edu)

Capitolul 2

Irigațiile

2.1 Notiunti despre irigații

În Europa agricultura reprezintă 24% din captările de apă și, deși aceast procent nu este atât de mare în comparație cu cele 44 de procente captate pentru apa de răcire în producția energetică, impactul său asupra rezervelor este mult mai intens.În agricultură acest procent de apă de răcire, care se întoarce în totalitate într-un corp de apă, reprezintă doar o treime.

Folosirea apei în agricultură este distribuită neuniform. În unele regiuni din sudul Europei, agricultura este reprezentată mai mult de 80% din apa captată. Nivelul maxim de captare se înregistrează, în general, în timpul verii, când apa se găsește cel mai greu, sporind astfel efectele devastatoare.

(Wehry A., 1976)

Irigația reprezintă un ansamblu de lucrări și metode prin care se aduce și se administrează artificial apă pe un teren cu vegetație, fie pentru a ajuta la sporirea recoltelor agricole, fie pentru a întreține obiective de arhitectură peisagistică, fie pentru refacerea vegetației pe terenurile modificate prin lucrări de construcții, fie pentru stabilizarea solurilor slab coezive în scopul evitării eroziunii eoliene, fie pentru diminuarea efectelor înghețurilor târzii, fie pentru crearea unui microclimat mai umed în timpul perioadelor secetoase și excesiv de călduroase.

Irigația reprezintă principala măsură de combatere a efectelor secetei asupra platelor cultivate. Este uneori folosită în combinație cu desecarea (drenajul) pentru ameliorarea de soluri salinizate sau pentru evitarea salinizării solurilor irigate și/sau desecate.

Irigația se realizează printr-un sistem de măsuri economico-organizatorice, tehnice și agrotehnice. Prin irigația rațională se oferă condiții favorabile în ceea ce privește creșterea și dezvoltarea plantelor asigurând astfel recolte mai bune și stabile de culturi agricole, independente de cantitatea de precipitații atmosferice. Irigația se poate realiza în timp, în mod periodic sau o singură dată .

(Wehry A., 1976)

2.1.1 Necesitatea irigației

În agricultură țării noastre, seceta reprezintă un factor natural deosebit de dăunător culturilor. În regiunile de câmpie și coline exista un deficit de umiditate și o repartizare nefavorabilă a precipitațiilor în raport cu cerințele privind creșterea și dezvoltarea plantelor. Temperaturile ridicate din cursul verii și vânturile duc la apariția fenomenului de transpirație.

Din punct de vedere climatic se evidențiază o zonă puternic secetoasă în sudul și estul țării (Câmpia Dunării, Dobrogea și Moldova), zonă în care anii secetoși prezintă o frecvență mai mare de 50%. În cursul perioadei de vegetație exista intervale complet lipsite de ploi de 20-30 zile, ajungând în anii foarte secetoși până la 3-4 luni.

Prin aplicarea irigațiilor este posibilă înlăturarea consecințelor dăunătoare ale secetei în zona secetoasă. Zonelor subumede și umede ale țării se manifestă periodic un deficit de umiditate pentru majoritatea culturilor agricole, fiind nevoie de intervenția irigației mai ales în lunile iulie și august.

Avantajele pentru țara noastă sunt posibilitățile de irigare sub aspectul cadrului natural și al condițiilor socialeconomice. România deține o rețea hidrografică destul de bogată cu posibilități relativ ușoare de aducerea a apei.

(Grumeza N.1988)

2.1.2 Calculul necesarului de apă în cazul terenurilor agricole

Pentru calcularea necesarului de apă al culturilor irigate este utilizată metoda bilanțului apei în sol pe perioada de vegetație. Necesarul de apă la sursă se calculeza ținând cont și de pierderile de apă din sistem, iar în procesul de exploatare se corelează necesarul de apă cu mersul vremii, an de an, tanand seama că amenajarea de irigații este proiectată să satisfacă irigația din luna de vârf. Calculele de bilanț privind atât apa din sol precum și ale normelor de irigație trebuie realizate pe șiruri de ani consecutivi, nefiind admisă folosirea de șiruri întrerupte. Se recomandă ca bilanțul să se calculeze pe un șir de minimum 25 de ani.

În calculul necesarului de apă al culturilor irigate se întâlnesc următoarele situații :

stratul de sol capabil să înmagazineze apa (H) peste profund; în aceste situații se ia în calcul adâncimea de 1,5m în perioada rece (1 octombrie-l aprilie) și adâncimea stratului activ (h) în perioada de vegetație (1 aprilie -1 octombrie), această adâncime depinzând de plantă cultivată, stadiul ei de vegetație și de zona naturală.

stratul de sol capabil să înmagazineze apa este subțire; în aceste situații bilanțul apei din sol se efectuează numai pe adâncimea acestui strat.

(Grumeza N.1988)

În urma stabilirii regimului optim de umiditate necesar în sol se admit trei ipoteze:

în lunile din afara perioadei de vegetație nu se precizează o limită minimă a rezervei de apă din sol (această rezervă ar putea teoretic să scadă până la valoarea corespunzătoare coeficientului de ofilire) ; în această perioadă, calculele se efectuează pe adâncimea maximă (H) în care se înmagazinează apa care poate fi utilizată de plante;

în perioada de vegetație, rezerva de apă în sol se poate situa între rezerva maximă și o rezervă minimă, calculele efectuându-se pe adâncimea (h) în care se dezvoltă masa principală a rădăcinilor plantelor;

atât în afara perioadei de vegetație cât și la începutul ei poate apare necesitatea unor udări de aprovizionare, care în condițiile țării noastre se aplică fie în lunile septembrie-octombrie,sub forma udărilor pentru asigurarea răsăritului la culturile de toamnă, în cazul toamnelor secetoase, fie în lunile marlie-aprilie pentru culturile de primăvară, atunci când apare undeficit de apă în stratul superior al solului.

În cazurile speciale în care prin schema de amenajare complexă se prevede un regim de gospodărire a apelor care asigură disponibilul de apă în lunile octombrie-noiembrie, când se pot folosi norme de aprovizionare de toamnă se vor lua în calcul udări de aprovizionare de toamnă recomandabile, în special, în zona secetoasă.

(Grumeza N.1988)

Din datele experimentale din țara noastră, s-a constatat că în zona din nordul Bărăganului și cea secetoasă din Dobrogea cele mai bune rezultate s-au evidențiat prin aplicarea udărilor de aprovizionare primăvara pentru culturile cu însămânțare în epocă a III-a (porumb, fasole, soia).

Pentru culturile semănate toamna (grâu) sau primăvara timpuriu, sunt indicate udările de aprovizionare din toamnă. Atât în partea centrală și de sud a Bărăganului, cât și în vestul Câmpiei Aradului se recomandă udările de aprovizionare în primăvară, excepție făcând culturile de toamnă.

Dacă din calculul bilanțului apei în sol se constată că rezervă inițială de apă în luna aprilie este la plafonul minim și luna aprilie este deficitară, se recomandă folosirea udării de aprovizionare în primăvară (sub forma udărilor de răsărire sau pentru pregătirea patului germinativ), pentru a asigura dezvoltărea optimă a plantelor în primele faze de vegetație.

Pentru adâncimea de 0,3—0,4 m, aceste udări se calculează  considerând umiditatea solului egală cu coeficientul de ofilire. Ca și în cazul udărilor de aprovizionare, se vor aplica în același mod și udările de spălare (ameliorative sau profilactice), necesitatea celor profilactice trebuind să fie examinată în raport cu prognoza evoluției solurilor în teritoriul respectiv.

(Grumeza N.1988)

2.2 Irigarea la nivel mondial și național

Recentul raport al AEM( Agenția de Evaluare a Mediului), Resursele hidrografice pe teritoriul Europei — confruntarea problemei deficitului de apă și a secetei descrie efectele îngrijorătoare ale captării excesive.

Supraexploatarea resurselor sporește probabilitatea unei penurii de apă severe în timpul perioadelor secetoase. Dar aceasta presupune și o calitate scăzută a apei (întrucât poluanții sunt mai puțin diluați), precum și riscul de infiltrare a apei sărate în pânza freatică în regiunile de coastă. Ecosistemele atât a râurilor cât și a lacurilor pot fi, afectate sever, prin vătămarea sau uciderea plantelor și animalelor, când nivelul apei scade sau când râul sau lacul seacă în întregime.

În unele regiuni ale Europei agricultura irigată este esențială pentru economiile locale și naționale. În unele zone, oprirea irigației ar putea duce atât la abandonarea terenurilor cât și la greutăți economice considerabile. Deci, utilizarea apei în agricultură trebuie eficientizată nu numai în scopul de a asigura suficientă apă pentru irigare, ci și pentru populația locală, un mediu sănătos și alte sectoare economice.

( http://www.fabricadeplante.ro)

Fig. 2.1: Consumul de apă pe Glob

(Sursa: raport FAO pe 2012)

Figura 2.1 ne ilustrează că 70% din consumul global de apă merge în agricultură, pentru irigarea culcurilor, 20% pentru industrie și 10% pentru uzul casnic. Agricultura irigată reprezintă 20% din totalul pământului cultivat (media globală), dar aduce 40% din hrană.

Cercetând afirmația de mai sus, ne putem da seama de eficacitatea crescută a culturilor irigate. Acest lucru se datorează faptului că apa este poate cel mai important element de pe plantă. Făcând o paralelă, putem spune că apa este pentru plante ceea ce reprezintă sângele pentru om. Exista diferențe (bineînțeles), dar nevoia este aceeași.

Prin irigație se urmărește aprovizionarea controlată a solului cu apa, în funcție de cerințele plantelor, în scopul producerii de recolte mari și de o mai bună calitate.

(http://www.fabricadeplante.ro)

Din totalul producției agricole mondiale 25-40 % sunt produse din zonele irigate, deși se irigă numai 15% din suprafața cultivată, sau 5% din cea agricolă.

Cercetările experimentale și de producție au arătat că irigația nu se justifică economic numai în regiunile aride, ci și în zonele subumede, unde se obțin sporuri însemnate de producție, cu cheltuieli relativ mici, fiind necesară o normă de irigare unică, repartizată în 2-3 udări.

România a investit în amenajarea suprafeței de 3,1 milioane ha pentru irigat un capitali imens, din care 2,9 milioane ha, suprafață arabilă. Astfel, 31% din suprafața totală arabilă a țării reprezintă suprafața amenajată pentru irigat. Supradimensionarea sistemelor de îmbunătățiri funciare a avut drept cauză imposibilitatea de exploatare în condiții de eficiență economică a suprafeței amenajate pentru irigat, gradul de folosire a irigațiilor înregistrând nivele deosebit de mici (8-25%).

România dispune de o suprafață amenajată pentru irigat destul de mare, situându-se printre cele mai însemnate suprafețe din Europa, dar datorită gradului scăzut de utilizare și a degradării instalațiilor, efectele nu se resimt în recoltele României.

Ministerul Agriculturii a transmis prima variantă a Programului Național de Dezvoltare Rurală 2014 – 2020 către serviciile specializate ale Comisiei Europene, sumele alocate pentru irigații urmând să crească de 2,5 ori.

( http://www.fabricadeplante.ro)

2.3 Clasificarea irigațiilor

A) După scopul lor principal, irigațiile se împart în următoarele categorii:

a) Irigația de umezire, care are drept scop completarea umidității solului pentru a-i crea un regim de apă și aer corespunzător regimului optim de hrană al plantelor.

b) Irigația fertilizantă, are scopul principal de a procura în sol îngrășămintele necesare prin intermediul apei, printr-o distribuție mai ușoară și mai uniformă. Pentru fertilizarea solului pot servi apele mâloase ale viiturilor cursurilor de apă, apele uzate ale canalizării orașelor, apelor centrelor zootehnice conținând must de bălegar, apele conținând îngrășăminte minerale artificiale sau apele bogate în oxigen.

c) Irigația de spălare, având scopul de a spăla la suprafața solului său de a introduce în orizonturile inferioare ale solului, sarurile în exces nociv prin procesul de levigare. Acest fel de irigație este benefic și pentru distrugerea dăunătorilor cum ar fi șoarecii de câmp, larvele de cărăbuș, filoxfera etc.

d) Irigația de încălzire cu apă mai caldă decât solul, utilizeaa apa caldă evacuată de fabrici și uzine sau ape termale subterane. Are rolul de a combate gerurile slabe de scurtă durată din timpul primăverii sau de a prelungi perioada de vegetație din timpul toamnei.

B) După modul în care se introduce apa în sol, irigațiile se împart în următoarele categorii:

I. Irigația de suprafață sau gravitațională este cea mai răspândită metodă. Se aplică în următoarele variante de udare:

a) Udarea prin inundare sau submersiune, prin care solul se acoperă cu un strat de apă ce se infiltrează treptat în adâncime. Se utilizează atât prin fertilizarea solului prin colmatare, în perioada stagnării vegetației, cât și pentru umezirea solului în timpul perioadei de vegetație. Este metoda specifică a orezului.

b) Udarea prin revărsare sau circulație, consta în circulația pe suprafața în pantă a terenului a unui strat subțire de apă, care în timpul scurgerii se infiltrează pe verticală. Se aplică mai ales culturilor de ierburi și cereale.

c) Udarea pe brazde. Apa curge în brazde înclinate sau stagnează în brazde orizontale, între șirurile de plante, îmbibând solul în profunzime, prin gravitație și capilaritate. Această metodă se folosește mai ales pentru irigarea prășitoarelor.

II. Irigarea subterană, este metoda prin carea apa este introdusă în sol prin tuburi, jgeaburi sau galerii – cârtiță subterane, umezind solul în toate sensurile, prin gravitație și capilaritate.

III. Irigația prin aspersiune, numită și ploaie artificială sau stropire. Această metodă dispersează apa în picături, imitând ploaia naturală, se se face folosind instalații de energie și aparate de ploie (aspersoare). Este metoda cu cea mai mare utilizare, aplicată la orice culturi.

(Nicolaescu I., 1980)

2.4 Captarea apelor pentru irigații

Apa este componenta cea mai importantă pe care, până acum, am risipit-o fără scrupule. În ultimii ani seceta a creat multe. Rezervele de apă din pământ au secat într-un mod fără precedent.

Cea mai importantă cauza a lipsei acute de apă din sol este datorată sistematizărilor pe cursul râurilor. Canalizările care aveau rolul de a proteja zonele locuite, de inundații, au creat mai multe probleme decât beneficii. În trecut, inundațiile nu erau de mari proporții deoarece apele ce se revărsau, aveau spațiu suficient de răspândire. Construcția de canale de stocare a apei, fie pt comunități, irigație sau industriale rămâne unică soluție stabilă.

Condiții esențiale pe care sursa de apă trebuiesa le îndeplinească sunt: să fie asiguratoare din punct de vedere cantitativ și să corespundă din punct de vedere calitativ.

(Trifu Stefan, 1973)

Canale sau rezervoare de apă au rolul de a crea un stoc ce acoperă necesitățile de apă.

Pentru irigații se utilizează diverse surse de apă:

apele de suprafața: sunt reprezentate de apa râurilor, lacurilor artificiale și naturale etc.;

apele uzate, provin din colectoarele orașelor, complexelor agrozootehnice, diferite industrii etc., iar pentru a putea fi utilizate necesita în prealabil tratamente de epurare;

apele subterane – Utilizarea acestor ape se situeaya pe scară redusă pentru irigații datorită debitelor mici dar și captări acestora;

apele marine – vor reprezenta în viitor o sursă de apă pentru irigații demnă de luat în considerare. Utilizarea pentru irigații a apei marilor impune desalinizarea, iar până în prezent nu s-a reușit obținerea apelor desalinizate la costuri scăzute, ceea ce  face ca această sursă inepuizabilă să rămână pentru moment pe plan secundar;

apele pluviale sau meteorice;

apele din canale de irigat sau puțuri.

(Trifu Stefan, 1973)

2.4.1 Tipuri de canale de irigat

1.Din punct de vedere a dimensiunilor, avem:

de dimensiuni mici (ex. 5-10m3) ;

medii (20-100m3);

sau mări (mai mari de 1000 m3). Canalele mari sunt, reprezintă, rezervoare de stocare a apei pe termen îndelungat.

2.Din punct de vedere a construcției:

din beton,

din structuri metalice

material plastic, canale săpate izolate cu membrana. În funcție de capacitatea necesară și posibilitățile locale se va alege soluția cea mai bună.

3.Din punct de vedre al poziționării:

situate sub nivelul pământului (tancuri subterane);

lacuri deschise;

canale și lacuri semi-ingropate (lacuri supraînălțate cu taluz, canale semi-ingropate);

canale supraterane (fundul canalului se afla deasupra nivelului solului);

canale supraînălțate (turnuri de apă).

canalele săpate prezintă anumite limitări (de ex. nivelul pânzei freatice), cele supraînălțate sunt limitate de eventualitatea existenței unei surse de izvor ce necesită cădere liberă de apă. Avantajul principal al turnurilor de apă este acela că odată ce apa a fost pompată în canal, nu mai are nevoie de pompă pentru alimentarea consumatorilor, deci prezintă autonomie și pe perioadele cu căderi de rețea electrică.

4. Din punct de vedere al protecției:

deschise sau închise;

acoperite.Canalele acoperite sunt mai scumpe, dar au avantajul protecției;

suplimentare, respectiv a pierderilor de apă din evaporare reduse la minim.

5. Din punct de vedere izolației:

beton neizolat, beton tratat cu amorsa hidroizolanta, beton izolat cu folie sau membrana;

metal, fibra de sticlă, materiale plastice, compozite, etc.;

săpate, neizolate, izolate cu argila sau bentonita;

canale izolate cu membrane și folie.

(Trifu Stefan, 1973)

2.5 Sistemul de irigație

Sistemul de irigație reprezintă ansamblul de lucrări și amenajări prin intermediul cărora se captează debitele din sursa de apă, se transportă și se distribuie apa pe teren; de asemenea se asigură colectarea și evacuarea excesului de apă prezent în terenurile amenajate.

Elementele principale ale sistemului de irigație sunt următoarele :

nodul de captare(priză), care are rolul atât de a capta apă cât și de a o conduce în canalul principal de aducțiune. Ținând cont de situația terenurilor de irigat față de sursa de apă, captarea poate fi de 2 feluri: gravitațională sau prin pompare. În anumite cazuri, lucrările de captare sunt suplinite cu lucrări de regularizare a debitului sau de îmbunătățire a calității apei;

rețeaua de transport a apei, se compune din canale, jgeaburi sau conducte cu caracter permanent canalul sau conducta principală de aducțiune care are rolul de a conduce apa de la nodul de captare în elementele distribuitoare principale;

rețeaua de distribuție este alcătuia din canale sau conducte distribuitoare principale, distribuitoare secundare și distribuitoare de sector, care drept scop conducerea apei în cadrul fiecărui sector irigat. Rețeaua poate fi compusă din canale de pământ deschise, parțial sau total impermeabilizate, din jgeaburi de beton, sau din conducte îngropate (beton, azbociment, P.V.C., metalice). În cazul terenurilor denivelate pentru a conduce apa, se prevăd stații de repompare, iar în situația irigațiilor prin conducte îngropate se utilizează stații de pompare de punere sub presiune;

lucrările de amenajare interioară, diferă în funcție de metoda de udare, putând consta în conducte sub presiune, fixe sau transportabile, elemente de pământ (canale provizorii, rigole, brazde sau fâșii) sau parcele submersibile;

rețeaua de colectare și evacuare a apei în surplus, se compune din:canale colectoare de sector, canale colectoare secundare, canale colectoare principale. Densitatea acestei rețele diferă de la un sistem de irigații la altul, în funcție de mărimea surplusului de apă ce trebuie evacuat;

(Trifu Stefan, 1973)

Figura 2.2 reprezintă schema generală a sistemului de irigare prin picurare, unde sunt evidențiate componentele principale ale sistemului.

Fig. 2.2: Schema generală a sistemului de irigații prin picurare

(Sursa: proiectediploma.wordpress.com)

2.6 Regimul de irigare

Regimul de irigare permite dirijarea relațiilor polifactoriale dintre sol-apă-plantă- climă astfel încât să se creeze condiții optime pentru dezvoltarea plantelor. Regimul de irigare al unei culturi reprezintă o noțiune complexă, ce include caracterizarea momentului udării, a normei de udare și a normei de irigare. Acest regim se diferențiază după cultură, după zona climatică și condițiile climatice anuale, după sol și condițiile hidrogeologice, după nivelul agrotehnicii și condițiile economice. (Trifu Stefan, 1973)

1.Relațiile dintre sol, apă și plantă

Relațiile dintre sol și apă se caracterizează prin modificările în conținutul de umiditate al solului (regimul de umiditate al solului). În raport cu apa, propietatile solului sunt determinate de relația dintre forțele de adsorbție, capilaritate și gravitație, intervenind uneori și presiunea osmotică sau presiunea hidrostatică.

2.Cantitatea de apă necesară irigației

Înțelesul larg al cuvântului irigația, implică punerea în aplicare a următoarelor 4 măsuri:

captarea apei necesară irigației;

transportul apei pe terenul irigabil;

repartiția uniformă a apei pe terenul irigabil;

evacuarea apei ce prisosește, numită apă reziduală (și care poate fi utilizată pentru irigații).

(Trifu Stefan, 1973)

Datorită deosebirilor între consumul specific de apă, plantele au fost grupate, după necesarul lor de apă, în următoarele criterii:

1) Plante cu cerințe mici de apă: prășitoarele;

2) Plante cu cerințe medii de apă: furajerele;

3) Plante cu cerințe mari de apă: leguminoasele;

4) Orezul cu cel mai mare consum de apă. În general, necesarul apei de irigație rezultă din următorul bilanț:

Wi = M p – (Wo +Wp – M e ), [m3 /ha] (1)

în care Mp este volumul de apă necesar producerii recoltei programate;

Wo – rezerva de apă din stratul activ al solului, existentă în momentul însămânțării;

Wp – cantitatea probabilă de precipitații din timpul perioadei de vegetație. Se consideră, pe baza observațiilor pluviometrice dintr-o perioadă de cel puțin 15…20 de ani, precipitațiile cu asigurarea de 80%. Se neglijează ploile mai mici de 5 mm;

Me – pierderile de apă prin evaporație în timpul perioadei de vegetație. Se consideră egală cu 0,5 Mp.

(Trifu Stefan, 1973)

2.7 Irigarea plantațiilor pomicole

În pomicultura mondială se utilizează câteva tipuri de irigare: prin brazde, prin aspersiune, subterană, prin picurare, etc. Una dintre cele mai folosită metode de irigare în livezile superintensive de măr este reprezentată de irigarea prin picurare. Această metodă constă în umectarea locală a zonei de sol, în care sunt extinse majoritatea rădăcinilor active ale pomilor, prin colectarea lentă a apei în zona dată, în raport cu cerințele fiziologice ale pomilor. Această metodă modernă permite atât economisirea de apă și combustibil, peste 50% față de celelalte metode, cât și economisirea energiei la pompare și a forței de muncă la deservire.

Apa este factorul principal vegetativ de care depinde în cea mai mare măsură desfășurarea proceselor de creștere și producție al pomilor. Irigarea pomilor se aplică cu scopul menținerii unui nivel optim al umidității necesare pentru fiecare fenofază.

Consumul de apă zilnic la speciile pomicole diferă în funcție de specie, portaltoi, fenofaza de vegetație (între 4-7 mm). Cel mai mare consum se înregistrează în lunile de vară, în perioada de inflorire-recoltare.

(Grumeza N., 1979)

Fig. 2.3 Sistemul de irigare prin picurare pentru plantațiile pomicole

(Sursa: agroconect.md)

Pe nisipurile și solurile nisipoase din țara noastră, irigarea pomilor reprerezinta una dintre cele mai importante verigi tehnologice. Rezultatele obținute au evidențiat că speciile pomicole cultivate pe nisipuri valorifica bine apa de irigație, contribuind, alături de îngrășămintele chimice, în special, la o creștere maximă a producțiilor de fructe.

Cercetările realizate de N.Grumeza (1984) privind plafonul minim al umidității solului nisipoase, au demonstrat că acesta variază între 55 și 60% din intervalul umidității active, iar adâncimea de umezire a solului prin aplicarea udărilor la pomii fructiferi nu trebuie să depășească 1,0 m.

Rezistenta pomilor fructiferi la stresul hidric este realiazata atât de mărimea sistemului radicular, cât și de volumul de sol din care se preia apă. Lipsa de apă în sol afectează: formarea micorizelor pe rădăcinile plantelor pomicole, durata de viață a perilor absorbanți, activitatea unor enzime, dar și procesele de sinteză a proteinelor și de transport al substanțelor prin rădăcini.

(Grumeza N., 1979)

Efecte negative ale secetei se manifestă atunci când stresul are loc în perioada de înflorit dar și în perioada de creștere a fructelor. Celulele își pierd turgescență, frunzele încep să se ofilească, frunzele bazale se usucă, fructele cad. Însușirile anatomo-fiziologice ale pomilor influențează în cea mai mare măsură consumul de apă. Prezența unui sistem radicular bine diversificat asigura o adaptare mai bună a plantelor la condițiile de stres. Mărimea sistemului radicular este dependent de o serie de factori: tipul portaltoiului, fertilitatea solului.

Grosimea stratului de sol examinat de sistemul radicular, diferă de la o specie la alta . Plantele pomicole folosesc în general, un strat de sol de 80-100 cm adâncime, cu variații în funcție de portaltoi, nivelul apei freatice, permeabilitatea subsolului, etc.

(Grumeza N., 1979)

2.8 Metode de udare în livezi

În pomicultura se utilizează mai multe metode de udare, făcându-se alegerea în funcție de condițiile existențe: udarea pe brazde, prin aspersiune, prin picurare,prin bazine, prin conduscte perforate și prin conducte subterane.

1. Udare pe brazde este utilizată pentru terenurile cu textură mijlocie, cele cu pante reduse și uniforme, dar și pentru terenurile cu pante mai mari (15-20%) orientând brazdele pe curbele de nivel cu o înclinare de 1-1,5%. Apa circulă prin gravitație. Brazdele se deschid la 1,5 m de pomi și 0,8-1 m între ele. Lungimea brazdei este variabilă în funcție de natura terenului: 50-60 m pe solurile ușoare și 120-200 m pe solurile grele. Irigarea pe brazde lungi nu sunt recomandate pentru solurile din zona colinară datorită substratului argilos la mică adâncime, ceea ce produce alunecări de terenuri.

(Trifu Stefan, 1973)

Fig. 2.4 : Udarea prin brazde

(Sursa: acsa.md)

2.Udrea prin aspersiune întemeiaza o economie de apă de 25-30%, prin evitarea scurgerilor din brazde. Se poate utiliza atât pe solurile cu textură ușoară, cât și pe cele cu textură mijlocie spre grea. Se recomandă și pe terenurile ușoare, unde udarea prin brazde nu poate fi aplicată. Acest sistem de irigare nu împiedica efectuarea lucrărilor între rânduri, nu deteriorează structura solului, poate fi practicat și pe terenurile cu relief mai frământat și poate fi aplicată, de asemenea, sub coroana pomilor.

Fig. 2.5: Udarea prin aspensiune

(Sursa: cercetarepomicola-constanta.ro)

3.Udarea prin picurare garantează o uniformitate bună de distribuire a apei în sol, o eficiență ridicată de utilizarea a apei, un regim optim de apă, aer și nutritiv.

Apa este adusă la rândul de pomi prin conducte de material plastic cu diametre reduse și repartizata prin duze de picurare (4 la fiecare pom, debit 1-10 l/oră, presiunea apei în conducte –0,6-1 at.).

Fig. 2.6 : Udarea prin picurare

(Sursa: agropataki.ro)

4.Udarea prin bazine se recomanda pentru solurile ușoare, nisipoase, deoarece acestea asigura o constantă bună de udare. Poate fi adoptată foarte bine pe terenuri cu pante de 1-2%. Apa adusă prin canale deschise sau conducte îngropate, este distribuită la baza pomului în „bazine” amenajate cu digulete de 15-25 cm înălțime. Dezavantajele acestei metode : determina dereriorarea sistemului aerian și microbian, determina asfixierea rădăcinilor, necesită forța de muncă pentru ridicarea diguletelor.

(Trifu Stefan, 1973)

Fig. 2.7 : Udarea prin bazine

(Sursa: dmurariu.eu)

5.Udarea prin conducte perforate. Reprezintă o variantă a sistemului de irigare prin picurare, înfaptuit prin simpla perforare a conductelor de material plastic, ce conduc apa la pom. Această metodă de udare asigura atât economisirea apei de irigație, prin distribuirea ei uniforma în lungul rigolelor, cât și economisirea de carburanți și forța de muncă.

Lungimea maximă a rampei perforate este de 200m, iar diametrul orificiilor de la 1,6 mm în amonte la 2,1 mm în aval, realizând debite uniforme.

Fig.2.8 :Udarea prin conducte perforate

(Sursa: hortinform.ro)

6. Udarea prin conducte subterane reprezintă introducerea apei direct la rădăcina plantelor printr-o rețea de tuburi de ceramică sau material plastic, situate la adâncimea de 50-60 cm și perforate.

(Trifu Stefan, 1973)

Fig. 2.9 : Udarea prin conducte subterane

(Sursa: gardena.com)

Capitolul 3

Irigarea prin picurare

3.1 Noțiuni despre irigarea prin picurare

Irigarea prin picurare este din ce în ce mai utilizată în horticultură și mai ales în agricultură modernă. În timp ce sistemele de sprinklere au o eficientă în jur de 75-85%, sistemele de irigare prin picurare au de obicei peste 90%, ceea ce înseamnă mult mai puțină apă risipită. Datorită eficienței ridicate irigarea prin picurare reprezintă soluția cea mai utilizată pentru irigarea culturilor de legume în solarii și în câmp, pentru grădini de flori sau ghivece, culturi de vită de vie și pomi fructiferi.

Sistemul de irigare prin picurare, prin avantajele prezentate, conduce în final la realizarea unui spor de producție de până la 100% și la creșterea calității produselor. Liniile de picurare sunt foarte folosite în legumicultura, pomicultura și în cultura viței de vie. Există o varietate foarte mare de produse și producători pentru liniile de picurare, iar alegerea lor se face în funcție de cultură la care vor fi folosite, lungimea terenului, debitul disponibil și chiar în funcție de calitatea apei.

(http://www.scribd.com)

Irigarea prin picurare are o mulțime de beneficii care o fac eficace aproape oriunde. Este ușor de instalat, ușor de proiectat, iar din punct de vedere economic este ieftină și poate reduce problemele bolilor asociate cu un nivel ridicat de umiditate la unele plante. Irigarea prin picurare funcționează prin aplicarea apei încet, direct în sol.

Rezultatele eficienței a irigării prin picurare depind de doi factori principali. Primul este că apa este absoarbita în sol înainte de a se evapora. Al doilea este faptul că apa este aplicată numai în cazul în care este necesar, (la rădăcinile plantei), decât pulverizata peste tot.

Trebuie subliniat faptul că irigarea prin picurare garantează beneficii majore atât pe termen lung, cât și pe termen scurt.Ar fi naiv să ne gândim ca majoritatea agricultorilor adopta irigarea prin picurare pentru a împiedica o criză inevitabilă de apă la nivel global, care ne amenința pe termen lung. Cultivatorii onorează din ce în ce mai mut avantajele pe care acest tip de irigare le oferă pe termen scurt.

În prezent, irigarea prin picurare s-a împrăștiat exponențial și în continuare se afla într-o continuă creștere și de asemenea și dezvoltare. Dacă până astăzi, irigarea prin picurare figura ca o soluție viabilă pentru culturile anuale (legume sau chiar cereale), astăzi nu se mai preconizează livezi intesive sau super intesive de pomi fructiferi care să nu fie dotate cu instalații de irigare prin picurare.

Sistemele de irigare prin picurare s-au dezvoltat și se dezvoltă tot mai mult datorită costului ieftine și a numeroaselor avantajele. Indiferent că vorbim de suprafețe de cultivare foarte mici sau foarte mari, irigarea prin picurare este un strict necesar.

(http://www.scribd.com)

3.2 Avantaje și dezavantaje irigarii prin picurare

Avantajele irigării prin picurare:

Reducerea costurilor cu îngrășăminte, datorită aplicării acestora localizat, prin dizolvarea în apă de udat;

Eficienta în întrebuintarea apei. Prin picurare, apa este aplicată strict pe rândul de plante și pe cât mai posibil la fiecare plantă;

Posibilitatea irigării terenurilor cu formă neregulată. Acest lucru ar fi aproape irealizabil dacă s-ar iriga prin scurgerea apei pe rigole;

Umiditatea solului este menținută la capacitatea de câmp (CC) strict în zona rădăcinilor;

Este redusă creșterea buruienilor, pentru că între rândurile de plante solul este uscat;

Datorită faptului că solul este uscat între rândurile de plante, se poate intra mai ușor în cultură pentru lucrări mecanizate sau manuale (nu se crează noroi);

Se reduce coroziunea solului;

Apa este distribuită uniform. Când presiunea este constantă în sistemul de irigare, apa este distribuită egal că către fiecare duză de picurare;

Costuri mai scăzute cu mâna de lucru;

Frunzele plantelor rămân uscate și astfel se reduce riscul de apariție a bolilor și arsurilor;

Sistemele de irigare prin picurare functioneaza la presiuni mult mai mici decât sistemele clasice (de exemplu aspersiunea), iar asta duce la costuri de pompare mult mai mici (economie de energie).

( http://www.scribd.com)

Irigarea prin picurare este însă departe de a fi perfectă. Reprezintă un progres în domeniu, dar are și dezavantaje, care trebuie amintite.

Dezavantajele irigării prin picurare

Costul inițial pentru montarea unui astfel de sistem de irigare este destul de ridicat;

Radiațiile solare pot deteriora materialele din care sunt confecționate conductele de irigare, scurtând astfel viața acestora. Producătorii se adaptează din ce în ce mai mult și de aceea apar noi materiale cu o rezistență crescută față de radiații;

Înfundarea – dacă apa nu este filtrată corespunzător, duzele foarte fine ale sistemului de irigare prin picurare pot să se înfunde;

Sistemul de irigare prin picurare generează cheltuieli în plus după recoltare. Aceste costuri se referă la strângerea conductelor sau benzilor de picurare, transportul și depozitarea acestora;

Pierderea de apă sau de plante dacă sistemul de irigare prin picurare nu este montat cu atenție și există scăpări de apă sau duze înfundate.

(http://www.scribd.com)

3.3 Descrierea unui sistem de irigații alimentat cu panouri fotovoltaice

Sistemele moderne de irigații utilizează presiunea pentru aducerea apei și distribuția ei prin conducte direct la rădăcina plantelor. Combinația sistemelor fotovoltaice cu pompe submersibile este utilizată în zonele izolate fără conectarea la rețeaua electrică. Apa este distribuită direct din pompa sau dintr-un bazin de retenție . În cazul sistemelor diurne care operează fără baterii, sistemul funcționează doar ziua randamentul poate fi crescut prin folosirea .

(http://smartsetsolution.ro/)

Apa este distribuită cu presiunea de 1 bar prin conducte către duze (1 până la 4 găuri în cazul plantelor mari) astfel încât să acopere 50% zona rădăcinii. În multe cazuri sunt utilizate generatoare diesel pentru furnizarea energiei electrice de pompare.

Sistemele fotovoltaice prezintă avantajul că pot fi folosite oriunde deoarece nu impune acces permanent (pt generator ai nevoie de un acces facil pentru alimentare, întreținere, paza echipamentului și al combustibilului, zgomot, poluare etc).

Din punct de vedere al consumului micile stații de irigare sunt mai eficiente pentru că sunt adaptate nevoilor fiecărui fermier, principalele avantaje fiind economiile de curent și de apă.

DESCRIEREA SISTEMULUI:

Sistemele sunt foarte simple, alcătuite în principal din 3 componente:

panourile fotovoltaice;

controler;

pompa submersibila și de suprafața

Sistemul este proiectat cu mententanta redusă.
Sursele de apă sunt constituite din ape de suprafață (râuri, lacuri) și puțuri de adâncime.

(http://smartsetsolution.ro/)

Fig. 3.1 : Amplasarea sistemului de irigatii

(Sursa: http://smartsetsolution.ro/)

Figura 3.1 reprezintă așezarea sistemului de irigații în câmpul de lucru.Am reprezentat majoritatea componentelor principale ale sistemului, fiind destul de clare și concise.

În cadrul amplasării sistemului de irigații unei ferme agricole se realizează parcelarea în funcție de soiul și tipul plantației. În funcție de soiul respectiv și tipul de plantație, se stabilesc debitele necesare alimentării cu apă de irigat pentru perioadele de maximă utilizare.

În funcție de aceste debite, se dimensionează instalațiile de irigat și parametrii utilajelor (pompelor) de transport a apelor. În funcție de alegerea pompelor și a utilajelor se aleg și se dimensionează sistemele de automatizarea precum și necesarul de energie pentru buna funcționare a sistemului de irigat.

Cunoscând energia necesară se dimensionează sistemul energetic (fotovoltaic) și anume prin stabilirea numărului de panouri solare, stabilirea numărului de acumulatori precum și controlarul și invertorul sistemului.

(http://smartsetsolution.ro/)

Fig. 3.2 : Sistemul de irigare și componentele sale principale

(Sursa: http://smartsetsolution.ro/)

În figură 3.2 am prezentat detaliat părțile componente ale sistemului de irigat precum și părțile componente ale unui sistem fotovoltaic necesar cuplării la sistemul de irigat.

3.4 Elemente componente

Fig. 3.3 : Pompa Dc – Submersibila și Controlor Pompa DC

(Sursa: http://smartsetsolution.ro/)

Pompa DC – Submersibla este utilizată pentru alimentarea cu apă potabilă din puțuri, cisterne și rezervoare pentru irigații, instalații de stropire sau drenare. Poate fi instalată în orice loc. Cu ajutorul unui bloc de alimentare, a unei baterii auto sau a unei instalații solare, obțineți până la 30 de minute de funcționare neîntreruptă a pompei.

Caracteristici principale:

Înălțime refulare 6 m;

Debit maxim 10 l/min.

Controlor Pompa DC – Reprezintă aparatul care are rolul de a porni sau opri pompa submersibila.

(http://smartsetsolution.ro/)

Fig. 3.4 : Conducte de apă sau Tuburile Pvc

(Sursa: http://smartsetsolution.ro/)

Tuburile de Pvc au diametrul de 125, 160, 225 mm și o lungimi de 9 m. Acestea se realizează pentru presiuni de 10 atm. Sunt mai ușoare,se montează ușor,nu se sparg. Trebuie să fie ferite de temperaturi de sub 5grade și peste 30 grade.

(http://smartsetsolution.ro/)

Fig. 3.5 : Rezervor de apă

(Sursa: http://smartsetsolution.ro/)

Rezervorul de apă reprezintă un rezervor cilindric ce este folosit pentru stocarea lichidelor(apă sau alte lichide destinate consumului alimentar). Rezervorul este fabricat monobloc, din polietilena lineară de medie densitate și copolimeri de etilena prin procedeul “rotomoulding”. Temperatura lichidelor trebuie să fie cuprinsă între 5 și 65 grade C.

Este prevăzut cu două racorduri inferioare unul de 1 1/2 țoli și unul de 1 țol.

 (http://smartsetsolution.ro/)

Fig. 3.6 : Rezervor pentru amestecul substanțelor fertilizatoare

(Sursa: http://smartsetsolution.ro/)

Rezervorul pentru amestecul substanțelor fertilizatoare este confecționat din metal vopsit în mediu electrostatic, având capacitate 30,60,90,120 litri. Aceste rezervoare funcționează numai cu ajutorul presiunii din rețea și nu sunt necesare echipamente suplimentare electrice sau hidraulice.

Au costuri reduse, o perioadă de exploatare mare și risc de înfundare inexistent.

(http://smartsetsolution.ro/)

Fig.3.7 : Pompa 2 pentru irigare

(Sursa: http://smartsetsolution.ro/)

Pompă de suprafața este pompa solară centrifugala, utilizată în mod special pentru filtrarea și recircularea apei din piscine, instalații de filtrare și colectori solari termici, realizând un debit de până la 19 m3/h. 

Avantaje ale pompelor de apă solare:

pot fi instalate oriunde, nu necesită existența rețelei electrice;

sunt ușor de configurat și instalat;

oferă o gamă largă de modele în funcție de adâncimea puțului forat și cantitatea de apă necesară;

folosite materiale de calitate: oțel inoxidabil, motor cu magneți permanenți din neodin acoperiți cu un strat de cupru și nichel;

sunt dotate cu protecție la mers în gol, lucru extrem de important când se scot cantități mari de apă sau când pânza freatică prezintă modificări de volum.

Dezavantaje ale pompelor de apă solare

atunci când sunt alimentate doar de panourile fotovoltaice, pompele funcționează doar pe perioada zilei, când panourile fotovoltaice produc energie electrică, astfel că volumul total de apă pe 24 h trebuie calculat pentru a fi extras în perioada de zi (soare-lumina).

în zilele cu nori groși de ploaie performanțele pompelor sunt reduse.

(http://smartsetsolution.ro/)

Fig.3.8 : Controlor pompa DC

(Sursa: http://smartsetsolution.ro/)

Controlarul servește la controlul automat al sistemelor de irigare mai mari, controlează intervalele de irigare pentru fiecare canal, permițând astfel o irigare optimă și individuală. 

Gestionează intrările și ieșirile de la stația de pompare asociată și comunică cu centrul de control local.

Permite controlul sistemelor de reglare de la rezervoarele de depozitare și al posibilelor anomalii care pot apărea la unitățile de pompare, precum și rotația pompelor și gestionarea timpului de funcționare și intervenție a personalului de la întreținere.

(http://smartsetsolution.ro/)

Fig. 3.9 : Structură metalică penru panourile solare

Structura panourilor solare au o rezistență la agenții atmosferici de peste 30 ani și o rezistență superioară la intenperii. Este confecționată din oțel zincat cu grosimea variind de la minim 2,00 mm la un maxim de 4,00 mm – garantând o rezistență mecanică optimă.

(http://smartsetsolution.ro/)

Fig. 3.10: Panouri solare

(Sursa: http://smartsetsolution.ro/)

Panourile solare fotovoltaice reprezintă un sisteme capabile să transforme lumina(radiația solară ) direct în energie electrică, prin intermediul unui proces chimic complex. Pentru faptul că, conversia este statică și nepoluanta, acest mod de producere a energiei electrice este unul ecologic.

Trebuie să facem diferența între panourile fotovoltaice și panourile solare termice, acestea din urmă fiind folosite la producerea de energie termic.

(http://smartsetsolution.ro/)

Fig. 3.11: Conducte și fitinguri de irigare prin picurare

(Sursa: http://smartsetsolution.ro/)

Pentru montarea sistemelor de irigare prin picurare avem nevoie de o gamă variată de accesorii și fitinguri la cele mai avantajoase prețuri.
1. Start conector, piesa de legătură între țeava de apă și instalația de picurare. Acest conector poate fi cu filet sau cu inel. Acest tip de conectori se folosesc pentru instalația de irigare prin picurare tip banda. Pentru a lega start conectorul de țeava de apă este necesară o garnitură.
2. Robinet (minivalve), se folosește ca și start conectorii că piese de legătură între țeava de apă și instalația de picurare. Pot fi folosiți pentru instalație de irigare prin picurare tip banda dar și pentru instalatiea de irigare prin picurare tip TUB. Cel mai important avantajul al folosirii acestui robinet în montarea sistemelor de irigare prin picurare este că poate fi oprită completirigarea pe rândul respectiv.
3. Mufa de legătură reprezintă piesa folosită pentru unirea a două părți de instalație de irigare prin picătură. Se utilizează atunci când se dorește mărirea rândului irigat, dar și în cazurile când instalație este deteriorată din diverse motive.
4. Dopul este piesa montată la capătul liber al benzii sau tubului de irigare prin picurare pentru a împiedica curgerea apei. Avantajele montării dopului cu inel la instalațiile prin picurare de tip bandă: montarea foarte ușoară în comparație cu alte tipuri de dopuri cu filet, cu cât banda este mai întinsă cu atât dopul este mai bine prins, se desface foarte ușor permițând golirea benzii de nisip și alte impurități și nu în ultimul rând este mai ieftin decât cel cu filet.
5. Garnitura se folosește pentru etanșeizarea punctului de legătură dintre țeavă de apă și conector sau robinet.

(http://smartsetsolution.ro/)

Fig.3.12 : Valva pentru o zonă de irigare

(Sursa: http://smartsetsolution.ro/)

Valva este construită din PVC, rezistenta la coroziune și raze UV, permite dilatarea termică fără să împiedice buna funcționare și permite trecerea unei cantități mici de impurități deci poate fi achiziționata că piesă de schimb.

Debitul apei se poate regla manual sau se poate închide în întregime, iar membrana conică subțiată amortizează undă de șoc.

(http://smartsetsolution.ro/)

Fig.3.13 : Senzor de umiditate și temperature

(Sursa: http://smartsetsolution.ro/)

Acest senzor oferă posibilitatea de a măsura temperatura și umiditatea mediului ambiant cu o precizie ridicată. Are o precizie de 0.5 K (la 25 grade C ), și o tensiune de operare de la 4 – 30 V. Domeniul de temperatură de la – 55 la + 150 grade C.

(http://smartsetsolution.ro/)

Fig.3.14 : Controler principal wireless

(Sursa: http://smartsetsolution.ro/)

Controlerul principal wireless reprezintă creierul sistemului de irigații.

Caracteristicile principale:

memorează și execută comenzile programate de către utilizator;

controlează de la 2 la 40 sectoare;

controlează variația raportului hidric de la 0 la 300%;

conține funcția de ciclu și pauză pentru fracționarea raportului hidric;

reduce pierderile și surplusul de apă la nivelul terenului;

posibilitatea conectării la senzorii de ploaie și vânt;

Funcționează 365 zile/an cu posibiliatatea irigării de 4 ori/zi de la 1 min. la 99 min durata de programare cu ciclul de zile pare/impare sau săptămânale.

(http://smartsetsolution.ro/)

3.5 Comparație a costurilor pentru diferite tipuri de sisteme de irigare

Graf. 1: Costuri pentru diferite tipuri de pompe în funcție de adancimea de pompare 20-30 m

După cum putem observa în acest grafic, pentru pompele de adâncime de 20 30 de m, cele mai scăzute costuri le are pompa cu panou solar și controler, în schimb ce pompa cu generator de curent electric fără controller dispune de costurile cele mai mari. Din punct de vedere, al costurilor pompa cu conexiune la rețeaua electrică și cu controller este asemănătoare cu pompa cu panou solar.

Graf. 2: Costuri pentru diferite tipuri de pompe în funcție de adâncimea de pompare 30-40 m

Pentru pompele de adâncime de 30-40 m costurile cele mai avantajoase, sunt tot pentru pompa cu panou solar și cu controller.În schimb cele mai ridicate costuri le are pompa cu generator de curent electric.

3.6 Monitorizarea

Partea experimentală a lucrări a fost realizată la Institutul de Cercetare – Dezvoltare pentru Pomicultura Pitesti- Mărăcineni, sub directa îndrumare a Domnului Profesor Emil Chitu.

Fig.3.15 : ICDP

(Sursa: panoramio.com)

În Institul de Cercetare am lucrat cu instalația din dotarea Institutului.

Necesarul de apă indispensabil pentru culturile de măr, afine și tomate au fost luate dintr-un tabel standard de la ICDP precum și din datele sistemului de monitorizare.

Fig.3.16 : Sistemul de monitorizare sau controlerul

Tabel 3.1: Cantitatea de energie (kvati/ora/zi)

Tabelul de mai sus ilustrează puterea de care are nevoie sistemul de irigare în funcți de cantitatea de apă necesară, pentru fiecare lună în parte a anului pentru cele 3 tipuri de culturi:măr, afine și tomate.

Graficul 3.1: Puterea necesara sistemului de irigare pentru cultura de tomate

În urma graficului am constatat că în lunile iunie, iulie și august necesarul de apă este mult mai ridicat datorită faptului că și puterea energetică este mai mare.

Graficul 3.2: Puterea necesarǎ sistemului de irigare pentru cultura de mǎr

După cum se observă din graficul 3.2, puteți vedea că în lunile de vară (iunie,iulie,august) necesarul de apă, precum și influența radiației solare necesită o valoare maximă.

Graficul 3.3: Puterea necesarǎ sistemului de irigare pentru cultura de afine

In urma graficului se observa o scadere vertiginoasa a puterii energetice in lunile: septembrie, octombrie, noiembrie si decembrie, deoarece afinele prezinta vegetatie mai scazuta.

Concluzii

1. Datorită afectării mediului prin poluare, se dezvolta secetă, ce necesită investiții în sistemul de irigare din România.

2. În ultimii 25 de ani investițiile în irigații, au dus la pierderi enorme în producția agricolă.

3. Sistemele de irigații duc la siguranță și managementul riscului în domeniul agriculturii.

4. Foarte iportant în sistem este eficientizarea de performanță economică al irigării terenurilor de cultură și nu a burienilor și ierburilor, astfel încât se face economie prin cantitatea de apă, precum și prin cantitatea de erbicid, pământul rămânând nepoluat cu erbicide.

5. Sistemul prezentat în lucrarea de licență este unul independent și transportabil, putant fi mutat de la o cultură la alta, ne fiind necesară o a instalației electrice.

6. Sistemul respectiv se adaptează foarte bine panourilor fotovoltaice, cu maximul de captarea a eneriei solare în perioada de necesitate a irigării.

7. Introducerea irigării prin picurare în tehnologia culturii este utilă datorită perioadelor secetoase ce se succed în ultimii ani și a necesității irigării a tuturor culturilor existente pe

solurile neamenajate cu texturi și dimensiuni diferite.

8. Din studiul documentar rezultă că, instalațiile de irigare prin picurare realizate în România au fost destinate udării cu norme mari și indici calitativi satisfăcători absuprafețelor existente la unitățile agricole, însămânțate cu culturi de câmp, pe soluri cu textură medie sau grea.

9. Consider că utilizarea acestor sisteme de irigare prin picurare au o importanță deosebită în creșterea și dezvoltarea celor trei culturi prezentate.

10. Sistemul de irigare prin picurare oferă plantelor umiditatea necesară dezvoltării acestora, precum și reducerea riscului de apariție a bolilor și arsurilor.

11. Acest sistem prezintă o eficiență mare în aplicarea apei strict pe rândul de plante și pe cât posibil la fiecare plantă.

12.Utilizarea acestui sistem contribuie și la reducerea cheltuielilor cu îngrășămintele, precum și la reducerea costurilor cu mâna de lucru.

Bibliografie:

Articole:

Gordon Jeffery M., „Solar energy engineering” 2001, Vol ÎI ;

Panwar N.L., Kaushik S.C., Kothari Surendra, „Renewable and Sustainable Energy Reviews”, 2011, Vol 15;

Andresen Gorm B., Rodriguez Rolando A., Becker Sarah, Greiner Martin, „ The potențial for arbitrage of wind and solar surplus power în Denmark”, Original Research Energy,2014;

Dusmanescu Dorel, Jean Andrei, Jonel Subic, „Scenărio for Implementation of Renewable Energy Sources în România” Original Research Article „ Procedia Economics and Finance” Vol 8, 2014;

Cărți:

Adrian Badea, Horia Necula, „ Surse regenerabile de energie”, Seria Energii neconvenționale, Editura AGIR, București,2013;

Marinescu Cicerone Nicolae , „Tendințe actuale pentru sistemele de energii neconvenționale”, Revista Minerilor, București, 2008, nr.7;

Margarit C., „ Energia regenerabilă intre complementaritate și alternativa”, Editura Cetatea de Scaun, Târgoviște, 2006;

Câmpeanu, V. „ Energia și Dezvoltarea Durabilă a României”, Editura Academiei Mondială, București, 2010;

Fără V.L., Georgescu R., „Conversia energie solare în energie termică”, Editura Științifică și Enciclopedică, București, 1982;

Alexandru Danescu, șef. Lucr. Ing. Sorin Bucurenciu,cof. dr. ing. Stoian Petrescu, „Utilizarea energiei solare”, Editura Tehnică, București, 1980;

Cicerone Nicolae Marinescu,” Energii neconvenționale”, Editura EFDBC, Pitești,2013;

Cicerone Nicolae Marinescu, Note de curs ,2014;

I. Ursu,” Energia solară în prezent și în perspectiva” în Prezentul și viitorul energiei solare, Editura Academică R.S.R. București,1982;

Paulescu M., „ Modelarea și estimarea energiei solare” Editura MatrixROM, București, 2005;

Nicolau Cezar, Marinovici Dan, Magdalina Ion, Daminan Maria – Hidrometria în exploatarea sistemelor de irigații, Editura Ceres, București, 1983;

Popescu I.C., Magdalina Ion, Maracinean Florin – Culturi Irigate, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1975;

Trifu Ștefan, Cazzaro Coralia – Mecanizarea lucrărilor de irigație în terenurile amenajate, Editura Ceres, București, 1973;

Stanica Florin, Temocico Georgeta, Grivu Petre – Irigarea prin picurare a pepinierelor pomicole, București, 2009;

Grumeza N., Merculiev O., Tusa C. -"Consumul de apă al plantelor cu aplicații în proiectarea și exploatarea amenajărilor de irigații. Rev. de propagandă tehnică agricolă, București, 1988;

Grumeza N. ș.a., Tehnica irigării culturilor hortiviticole, Editura Ceres, București, 1979;

Nedelcu M. – Stadiul actual privind construcția instalațiilor de irigat, Brașov, 2004

Nicolaescu I. -"Metode și tehnici de udare cu pierderi reduse de apă. Surse supimentare și posibilități de economisire a apei în sistemele de irigații." Red.de propagandă tehnică agricolă, București, 1980;

Nicolae D și colab. – Măsurarea parametrilor fluidelor, echipamente și sisteme,Editura Scrisul Românesc, Craiova, 1981;

Wehry A., Irigații, vol. I + ÎI, Timișoara, 1976;

Buletin informativ al inovațiilor în agricultură Nr. 13, Decembrie 2013

Adrese de web-siteuri:

1. http://www.scribd.com/doc/72076935/IRIGARE-PRIN-PICURARE#scribd

2. http://panourisolare.org/panouri-fotovoltaice-notiuni-generale

3. http://en.wikipedia.org/wiki/Photovoltaic

4. http://ec.europa.eu/energy/renewables

5. http://www.scribd.com/doc/72076935/IRIGARE-PRIN-PICURARE#scribd

6. http://svsmd.com/txt/Irrigation_recom_ro.pdf

7. http://www.eea.europa.eu/ro/articles/the-water-we-eat

8. http://www.solarzone.ro/Aplicatii-Energie-Solara-Eoliana-Sisteme-de-Irigatii

9. http://www.tehnosat.ro/Produse/Panouri-Fotovoltaice

10. http://www.fabricadeplante.ro/irigarea-prin-picurare-necesitatea-secolului-21

Anexe

Fig. 1: Sistemul de contorizare a apei (apometru)

Fig. 2 : Sistemul de pompare

Fig. 3: Sistemul fotovoltaic în ansamblu

Fig. 4: Evidențierea panourilor solare

Fig. 5: Sistemul de îmbunătățire a substanțelor organice