光伏大棚在生態(tài)農(nóng)業(yè)中的應用分析

許 婕

(楊凌職業(yè)技術學院，陜西 楊凌 712100)

生態(tài)農(nóng)業(yè)的根本就是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，我國各地的實踐成果的根本出路就是推進生態(tài)農(nóng)業(yè)的建設，生態(tài)農(nóng)業(yè)建設過程中的新型能源是現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)發(fā)展的根本，而新型清潔能源當屬太陽能?，F(xiàn)代研究中，設施農(nóng)業(yè)利用太陽光能夠使作物差異季節(jié)生長，產(chǎn)量是露天種植的3.5倍，同時產(chǎn)品質量高。

光伏農(nóng)業(yè)大棚是一種利用太陽能資源設計的農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)。其中利用鋼結構及非晶薄膜電池組件構成的可以提供發(fā)電、溫控及種植的溫室大棚。光伏大棚的光伏組件主要是半透明非晶薄膜電池，因為太陽光中含紫外線、可見光及紅外線，其中紫外線對農(nóng)作物具有破壞性，而可見光則可以促進農(nóng)作物進行光合作用，紅外線可以產(chǎn)生熱量。

1 應用優(yōu)勢

1.1 土地利用優(yōu)勢

傳統(tǒng)的太陽能發(fā)電需要占用土地資源，土地資源有限的情況下成為一項挑戰(zhàn)。光伏農(nóng)業(yè)大棚不僅可以太陽能發(fā)電，還可以有效利用土地資源，農(nóng)戶建設光伏大棚無需考慮陽面或陰面土地的利用，如果農(nóng)業(yè)大棚設置在陰面，在光伏大棚離網(wǎng)體系中，農(nóng)戶可利用LED燈進行相調配，白天發(fā)電保證植物的生長，黑夜利用LED燈體系使用白天發(fā)的電來給農(nóng)作物進行供給，達到農(nóng)作物所需光照。從而實現(xiàn)節(jié)能減排生態(tài)農(nóng)業(yè)。與傳統(tǒng)太陽能電站相比，光伏大棚發(fā)電的進一步引用還能減少輸電過程中的電量損耗。

1.2 農(nóng)作物生長優(yōu)勢

傳統(tǒng)大棚收到季節(jié)性影響較大，據(jù)實驗觀察，夏季普通大棚內溫度達到五十攝氏度以上，大部分農(nóng)作物無法生長。光伏農(nóng)業(yè)大棚根據(jù)實驗結果，白天棚內溫度低于棚外溫度，夜間棚內溫度高于棚外溫度，夏季由于太陽能電池板可阻止多余熱量，抑制大棚內溫度過高；冬季或夜間，太陽能電池板則可避免溫度降低，調整大棚內溫度，達到保溫效果，從而促進農(nóng)作物生長。

1.3 經(jīng)濟效益優(yōu)勢

光伏大棚的建設可以促進觀光農(nóng)業(yè)的發(fā)展，依據(jù)國家政策的支持，全國各地均開啟了現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展模式，這種模式的優(yōu)勢在于光伏發(fā)電的項目采用全框架高標準的支架系統(tǒng)，造型美麗，符合觀光農(nóng)業(yè)的特點，如與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境和田園景觀等因素結合，實現(xiàn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生態(tài)旅游，增加農(nóng)戶收入。

光伏大棚的建設可以促進農(nóng)業(yè)規(guī)模化建設，光伏大棚的建設核心就是科技要素的投入，其注重通過農(nóng)業(yè)科技化、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化實現(xiàn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的規(guī)?；?，從而達到規(guī)?；?jīng)濟效益。光伏大棚的建設可以促進區(qū)域農(nóng)業(yè)的增收，成為農(nóng)民增收的主要項目。國家的補貼政策中，“金太陽工程”項目規(guī)定光伏農(nóng)業(yè)大棚的建設中，按其發(fā)電量進行補貼，每瓦補貼11元；光伏建筑一體化項目，每瓦補貼7.5元。

光伏大棚的建設可以帶動區(qū)域產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。國內數(shù)據(jù)表明，我國光伏太陽能電池加工企業(yè)中70%的產(chǎn)值依靠出口，現(xiàn)階段，我國設施農(nóng)業(yè)迅速發(fā)展，光伏農(nóng)業(yè)建設成為一個巨大的銷售市場。例如，我國著名能源企業(yè)華盛綠能、東方日升等在投入光伏農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)中，根據(jù)其市場投資及效益分析得出建設光伏農(nóng)業(yè)大棚可在投入后6～8 a收回成本。

光伏大棚的建設可以帶動農(nóng)民再就業(yè)。各地光伏大棚項目的建設，一定程度上提高了就業(yè)機會，地方建設光伏大棚項目，除技術人員外，勞動力均來自于當?shù)剞r(nóng)民，為當?shù)鼐蜆I(yè)市場提供了機會。

表1 普通大棚和光伏大棚的優(yōu)劣勢對比

2 應用類型

光伏大棚在設施農(nóng)業(yè)的建設基礎上，具體的布置形式多樣，常見的有玻璃溫室、日光溫室和敞開式。

2.1 按照大棚應用模式分類

(1)陽光房式光伏大棚。陽光房式光伏大棚在觀光農(nóng)業(yè)中應用較為廣泛，結構堅固，這種大棚屋頂部分主要采用普通夾膠玻璃，南北面的鋼架與其發(fā)電組件相連接，可添加的其它可選輔助設備多。由于設備材料的成本高，因此造價高。例如，通過與無邊框硅組件的結合進行光伏發(fā)電，同時采用玻璃鋼構建成觀光旅游和生態(tài)農(nóng)業(yè)一體化的智能型農(nóng)業(yè)大棚。

(2)簡易式光伏大棚。簡易式光伏大棚的頂棚一般采用隱框單坡光頂結構，主鋼結構為鋼桁架形式，前后鋼結構立柱基礎為鋼筋混凝土。一般光伏組件安置于大棚后墻上，這種形式可充分利用后墻腳手架及通道，進行維護、清潔和檢查。實際應用中，簡易式大棚多用于種植菌類、有機蔬菜等農(nóng)作物，由于此類作物不需要強光，前坡可設置為無邊框組件，提高發(fā)電收益。此類大棚成本和裝機量適中，可安裝的職能設備不多，屬于經(jīng)濟實用型大棚。

(3)塑料大棚外加太陽能組件式。塑料大棚頂棚是普通塑料薄膜，棚內一般采用普通鋁合金支架進行支撐，組件采用鋼管支架，此類大棚結構簡單，成本較低，裝機量偏小，基本無附加職能設備，僅用于光伏發(fā)電。該種方式有利于光伏組件布置，無需溫室調控，其重點在于保證發(fā)電效益，但在未來農(nóng)村設施農(nóng)業(yè)建設過程中不具有競爭力。

(4)連棟農(nóng)業(yè)大棚。區(qū)域連成一排的農(nóng)業(yè)大棚，利用棚頂傾斜角度的辯護啊，增加光伏組件的鋪設。這種連棟式大棚不單獨占用土地，可根據(jù)陰面陽面的光伏組件設置，進一步控制棚內溫度。但是，組件的鋪設也要求此類大棚的鋼結構高強度的承重能力，連棟大棚后期維護難度較大，一般將其應用于育苗、展示等領域。

2.2 按照農(nóng)作物種類農(nóng)業(yè)大棚分類

(1)光伏普通蔬菜拱棚。 全拱支架和薄膜組成了光伏蔬菜拱棚，其結構簡單，投入少，北方地區(qū)一般采用雙層膜。普通蔬菜光伏拱棚建設投資少，投資回報率低，但由于其特殊性，目前較為廣泛。

(2)光伏食用菌棚。 單層薄膜、外遮陽網(wǎng)和支架構成食用菌光伏大棚，棚內設置有菌棒臺架，用以食用菌的培養(yǎng)，菌棚中溫度不可控，只能通過光伏組件有效阻擋夏季高溫，因此菌棚不利于規(guī)劃化生產(chǎn)。

(3)大田種植光伏大棚。 大田種植+光伏大棚的建設，結合光伏列陣形成大田光伏種植大棚。大田作物種類較多，同時可使用現(xiàn)代農(nóng)用機械進行生產(chǎn)。例如，楊凌信德農(nóng)業(yè)科技開發(fā)有限公司建立的光伏大棚中，農(nóng)作物蔬果試驗品種多樣，根據(jù)育苗階段數(shù)據(jù)顯示，光伏遮陰區(qū)前期蔬菜苗生長弱勢，中長期產(chǎn)量大于普通育苗大棚。

3 應用現(xiàn)狀

根據(jù)國際可再生能源機構(IRENA)的統(tǒng)計，2018年全球太陽能光伏裝機容量為480 619.1 MV，其中亞洲累計安裝容量為274 894.2 MV，中國則為2018年光伏發(fā)電累計裝機量世界第一，累計裝機量為175 030 MV，全球占比36%。不斷壯大的中國光伏產(chǎn)業(yè)的基礎是創(chuàng)新技術的研發(fā)，中國的光伏企業(yè)通過各種形式來提升自身實力，數(shù)據(jù)表明，中國的光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展已于發(fā)達國家同處于世界第一方陣中。將光伏產(chǎn)業(yè)應用于農(nóng)業(yè)，則體現(xiàn)在國家戰(zhàn)略方針政策光伏+農(nóng)業(yè)大棚、金太陽工程等項目。

光伏+農(nóng)業(yè)大棚項目則是我國光伏產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略規(guī)劃中重要的組成部分，也是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和土地集約開發(fā)的成功模式。

實踐證明，通過合理設計的光伏農(nóng)業(yè)大棚可以實現(xiàn)生態(tài)農(nóng)業(yè)的最優(yōu)化，是科技興農(nóng)的新模式。光伏產(chǎn)業(yè)與農(nóng)業(yè)相結合，實現(xiàn)精準扶貧，是現(xiàn)階段我國戰(zhàn)略規(guī)劃的重要組成部分。

4 應用發(fā)展瓶頸

4.1 缺乏統(tǒng)一標準

光伏農(nóng)業(yè)大棚尚無國家行業(yè)組織所建立的建造標準以及應用標準，全國各地區(qū)政府與企業(yè)想合作的項目建設也未設置統(tǒng)一標準化建構，甚至一些項目的規(guī)定與大棚建設的設計相矛盾，例如，國家出臺的光伏“領跑者”計劃項目中對光伏板的覆蓋材料等的規(guī)定與光伏農(nóng)業(yè)大棚的基本采光設計相背離。

4.2 前期投入成本高，農(nóng)民無法承擔

光伏組件的原材料價格高，一塊1 235 mm×635 mm的非晶硅薄膜太陽能電池板的價格為130～150元，假設建立50 000 m2的農(nóng)業(yè)大棚要求2/3面積需要安裝太陽能電池板，太陽能電池板的費用至少6萬元以上，還需加上組件控制器、變電箱、蓄電池等，建立光伏農(nóng)業(yè)大棚的總投入高達10萬以上。我國現(xiàn)階段建立的光伏農(nóng)業(yè)大棚均由政府出資，面向社會招標企業(yè)共同建設光伏大棚項目。

4.3 應用效果不理想

個別區(qū)域來看，項目建設順利，可以給當?shù)貛斫?jīng)濟效益。但是，就全國來看，光伏農(nóng)業(yè)大棚項目的建設基本是政府支持的示范性項目，根據(jù)棚內農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量數(shù)據(jù)顯示，采光區(qū)種植的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量與普通蔬菜大棚所產(chǎn)產(chǎn)量基本相同。另一方面，大部分農(nóng)戶與承辦戶在對太陽能電池板的日常維護保養(yǎng)方面還不熟練，存在后續(xù)運營保障技術的缺失，以至于已建成的光伏大棚存在效果不顯著狀況。

5 結語

隨著光伏產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，薄膜光伏太陽能大棚的建設技術日趨成熟，技術的更新伴隨著成本的降低及系統(tǒng)的完善。我國提倡生態(tài)農(nóng)業(yè)建設發(fā)展的基礎上，提倡清潔能源的使用，在政府支持、技術支撐下，太陽能光伏大棚在的應用將擁有廣闊前景。