光伏現(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚現(xiàn)狀與分析

光伏發(fā)電是將太陽(yáng)光輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的新型發(fā)電系統(tǒng)。大棚的

“升溫、保溫”一向是攪擾農(nóng)戶的重點(diǎn)問題?！肮夥F(xiàn)代農(nóng)業(yè)大棚”，有望解決這一難題。一、前言目前我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)以煤為主，是世界上最大的煤炭消費(fèi)國(guó)，相對(duì)于巨大的人口基數(shù)，面臨的能源資源形勢(shì)十分嚴(yán)峻。礦產(chǎn)資源能源等非可再生能源的生產(chǎn)和消費(fèi)，對(duì)環(huán)境造成了極大的破壞和污染，節(jié)能減排形勢(shì)嚴(yán)峻。農(nóng)業(yè)大棚地理位置以農(nóng)村、郊區(qū)為主，電力等能源非常短缺，傳統(tǒng)電網(wǎng)難以到達(dá)這些地區(qū)。能源問題，農(nóng)業(yè)問題越來(lái)越受到國(guó)家重視及相應(yīng)的政策傾斜。《太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》已將太陽(yáng)能光伏生態(tài)大棚電站的模式劃定為BIPV（光伏建筑一體化）示范項(xiàng)目，享受國(guó)家財(cái)政補(bǔ)貼。二、光伏農(nóng)業(yè)大棚介紹光伏是將太陽(yáng)光輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的新型發(fā)電系統(tǒng)。大棚的“升溫、保溫”一向是攪擾農(nóng)戶的重點(diǎn)問題?！肮夥r(nóng)業(yè)大棚”，有望解決這一難題。由于夏季的高溫，在6-9月份眾多品類的蔬菜無(wú)法正常成長(zhǎng)，而“光伏農(nóng)業(yè)大棚”如同在農(nóng)業(yè)大棚外表添補(bǔ)了一個(gè)分光計(jì)，可隔絕紅外線，禁止過多的熱量進(jìn)入大棚；在冬季和黑夜的時(shí)候，則能禁止大棚內(nèi)的紅外波段的光向外輻射，降低晚上溫度下跌的速度，起到保溫的作用?！肮夥r(nóng)業(yè)大棚”能供給農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)照明等所需電力，剩余的電還能并網(wǎng)。在“光伏農(nóng)業(yè)大棚”離網(wǎng)體系中，可與LED體系相調(diào)配，白天發(fā)電保障植物的成長(zhǎng)；黑夜LED體系可應(yīng)用白天發(fā)的電，給植物供給光照。三、光伏發(fā)電系統(tǒng)原理四、應(yīng)用原理選用光伏組件：以半透明非晶薄膜電池為主，可以根據(jù)需要做透光度。太陽(yáng)光入射到地球表面包括：紫外線、可見光及紅外線。紫外線占7%（改變植物物質(zhì)結(jié)構(gòu)，具有破壞性）可見光占71%（提供照明、供植物光合作用）紅外線占22%（產(chǎn)生熱能）太陽(yáng)光譜在280?315nm時(shí)，對(duì)植物形態(tài)與生理過程的影響極小;太陽(yáng)光譜在315?400nm時(shí)，植物對(duì)葉綠素吸收減少，影響光周期效應(yīng)，阻止植物莖伸長(zhǎng)；太陽(yáng)光譜在400?520nm（藍(lán)光）時(shí)，植物對(duì)葉綠素與類胡蘿卜素吸收比例最大，對(duì)光合作用影響最大；太陽(yáng)光譜在520?610nm時(shí)，植物對(duì)色素的吸收率不高；太陽(yáng)光譜在610?720nm（紅光）時(shí)，植物對(duì)葉綠素吸收率低，對(duì)光合作用與光周期效應(yīng)有顯著影響;太陽(yáng)光譜在720?1000nm時(shí)，吸收率低，刺激細(xì)胞延長(zhǎng)，影響開花與種子發(fā)芽；太陽(yáng)光譜大于1000nm時(shí)，太陽(yáng)能將轉(zhuǎn)換成為熱量?？偨Y(jié)：因此太陽(yáng)光譜在400?520nm（藍(lán)光）和太陽(yáng)光譜在610?720nm（紅光）這兩個(gè)區(qū)間最有利于植物生長(zhǎng)。為了增加植物所需要的光譜，可以采用兩種方式：屋頂薄膜太陽(yáng)能電池板和普通透明白玻璃間隔排列；采用LED燈補(bǔ)充植物需要的光譜，達(dá)到植物生長(zhǎng)的光環(huán)境。同時(shí)，非晶硅薄膜太陽(yáng)能組件發(fā)電需要的主要光譜為600nm，對(duì)紫外線幾乎不透過，能有效阻擋紫外線對(duì)植物的生長(zhǎng)影響。發(fā)電的同時(shí)確保植物光合作用有效進(jìn)行，并起到有效的保溫作用。五、建筑方案類型一：棚頂南側(cè)：發(fā)電組件（柔性透光性較差）和專屬附框與鋼骨架柔性連接。棚頂北側(cè)：棚頂部位采用普通夾膠玻璃。大棚南北側(cè)：立面采用鋼化玻璃。類型二：棚頂：隱框單坡采光頂結(jié)果。主鋼結(jié)果：鋼桁架形式。前后鋼結(jié)構(gòu)立柱基礎(chǔ)：鋼筋混凝土基礎(chǔ)頂棚支撐結(jié)果：主次檁條方格布置形式。六、光伏大棚溫室系統(tǒng)可選配置開窗系統(tǒng)（以達(dá)到通風(fēng)降溫的效果）例如濕簾一風(fēng)機(jī)降溫系統(tǒng)：利用水的蒸發(fā)降溫原理實(shí)現(xiàn)降溫目的。特制的濕簾能確保水均勻地淋濕整個(gè)降溫濕簾墻，當(dāng)空氣穿透濕簾介質(zhì)時(shí)，與濕潤(rùn)介質(zhì)表面進(jìn)行水氣交換以實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣的加濕與降溫。噴霧系統(tǒng)（對(duì)于溫室不僅起灌溉作用，還可以起到降溫，調(diào)節(jié)濕度，葉面施肥等作用）LED植物生長(zhǎng)燈（400?520nm--藍(lán)色的光線以及610?720nm--紅色光線，對(duì)于光合作用最大。520?610nm--綠色的光線，被植物色素吸收的比率很低）通過改變電流可以使LED發(fā)出不同顏色的光，LED還可以方便地通過化學(xué)修飾方法，調(diào)整材料的能帶結(jié)構(gòu)和帶隙，實(shí)現(xiàn)紅黃綠蘭橙多色發(fā)光。如小電流時(shí)為紅色的LED，隨著電流的增加，可以依次變?yōu)槌壬?，黃色，最后為綠色。選擇藍(lán)紅LED燈，兩種波長(zhǎng)的光線，覆蓋光合作用所需的波長(zhǎng)范圍。藍(lán)色（470nm）和紅色（627nm）的LED燈，可以提供植物所需的光線。七、應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)光伏發(fā)電效益一部分對(duì)棚內(nèi)設(shè)施供電，多余部分可以并網(wǎng)出售或蓄電池儲(chǔ)存夜間使用。社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益（1）提高土地利用率：可以在向陽(yáng)面和背陰面根據(jù)不同的光照條件配置以對(duì)光照要求不同的植物；較高的大棚可以構(gòu)建立體農(nóng)業(yè)，借用LED進(jìn)行補(bǔ)光，例如在育苗時(shí)，可以把育苗床上架等。在一定的土地空間上，光伏農(nóng)業(yè)大棚實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)作物經(jīng)濟(jì)和能源發(fā)電效益的“雙贏”。（2）促進(jìn)農(nóng)民再就業(yè)：可以解決一部分農(nóng)民以及40-60農(nóng)村留守人員的就業(yè)。（3）農(nóng)業(yè)高效規(guī)?；氖痉蹲饔茫簻厥掖笈锱c屋頂技術(shù)相結(jié)合的光伏大棚，不僅可以保證棚內(nèi)設(shè)施的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，還可以儲(chǔ)存雨水、雪水等循環(huán)利用，是集低碳、節(jié)能、環(huán)保、旅游于一身的新型高科技農(nóng)業(yè)生態(tài)建設(shè)項(xiàng)目。這極大地促進(jìn)了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向工業(yè)化農(nóng)業(yè)的發(fā)展，也對(duì)地區(qū)的農(nóng)業(yè)發(fā)展起到了良好的示范作用。實(shí)現(xiàn)了農(nóng)民、企業(yè)、政府的“多贏”局面。（4）觀光旅游和生態(tài)農(nóng)業(yè)一體化：“光伏生態(tài)大棚”還可與旅游結(jié)合構(gòu)建觀光農(nóng)業(yè)，與社區(qū)農(nóng)產(chǎn)品需求結(jié)合，構(gòu)建社區(qū)農(nóng)場(chǎng)，與市民體驗(yàn)結(jié)合構(gòu)建開心農(nóng)場(chǎng)等集高效種植、農(nóng)業(yè)科普、休閑觀光于一體的新型農(nóng)業(yè)項(xiàng)目。八、經(jīng)濟(jì)效益分析目前我國(guó)政策為：金太陽(yáng)工程補(bǔ)貼：約11元/W；光伏建筑一體化補(bǔ)貼：7.5元/W；農(nóng)業(yè)清潔能源補(bǔ)貼上限10元/W；分布式光伏電價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：1元/kwh。《太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)“十二五”規(guī)劃》已將太陽(yáng)能光伏生態(tài)大棚電站的模式劃為光伏建筑一體化示范項(xiàng)目，享受國(guó)家財(cái)政補(bǔ)貼，根據(jù)電費(fèi)收入、作物利潤(rùn)等，華盛綠能、保定天威、東方日升等進(jìn)軍光伏大棚的公司給出的結(jié)論是一6-8年收回成本。光伏大棚的經(jīng)濟(jì)效益主要由光伏發(fā)電并網(wǎng)補(bǔ)貼和農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)效益構(gòu)成。一般農(nóng)業(yè)蔬菜大棚造價(jià)不超過100元/平方米，而光伏農(nóng)業(yè)大棚造價(jià)目前大概為每畝15萬(wàn)元。九、風(fēng)險(xiǎn)分析政府扶持政策變動(dòng)——目前財(cái)政補(bǔ)貼政策的變化不會(huì)給公司生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)帶來(lái)很大的風(fēng)險(xiǎn)，但是對(duì)于光伏農(nóng)業(yè)大棚，若補(bǔ)貼政策發(fā)生變動(dòng)，將對(duì)企業(yè)的經(jīng)營(yíng)成果產(chǎn)生不利影響。自然災(zāi)害的影響——臺(tái)風(fēng)、洪水等突發(fā)性災(zāi)害；地面沉降、土地沙漠化、干旱等在較長(zhǎng)時(shí)間中才能逐漸顯現(xiàn)的漸變性災(zāi)害都將是影響光伏大棚正常作物生長(zhǎng)的風(fēng)險(xiǎn)因。十、現(xiàn)存問題由于薄膜光伏太陽(yáng)能農(nóng)業(yè)大棚模式在我國(guó)才剛剛啟動(dòng)，而且多為示范區(qū)，太陽(yáng)能裝機(jī)容量普遍較小，目前并沒有大規(guī)模推廣，還存在諸如前期投入成本較高、太陽(yáng)能發(fā)電與農(nóng)作物生產(chǎn)相結(jié)合關(guān)鍵技術(shù)不成熟、運(yùn)營(yíng)保障技術(shù)不到位以及國(guó)家扶持資金比例不高等問題。具體體現(xiàn)為：（一）前期投入成本很高，農(nóng)業(yè)企業(yè)或農(nóng)民獨(dú)自承擔(dān)不起。（二）薄膜光伏太陽(yáng)能電池與農(nóng)作物生產(chǎn)相結(jié)合關(guān)鍵技術(shù)不成熟。（三）已建成的薄膜光伏太陽(yáng)