柴江權(quán) 夏明建

近年來，我國的光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展十分迅速，裝機(jī)容量不斷突破，預(yù)計到2015年可達(dá)到500萬kW，到2020年可達(dá)到2 000萬kW。但光伏發(fā)電同時也存在著用地面積大、單位土地效益低和土地資源供應(yīng)緊張的問題?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)是一個朝陽產(chǎn)業(yè)，特別是設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展前景廣闊。我國的溫室、大棚等農(nóng)業(yè)設(shè)施總量早已達(dá)到了世界第一。這類設(shè)施基本上建在地勢平坦的地方，且頂上無遮擋，如果在溫室頂上安裝光伏板，將其改造成光伏溫室，將光伏發(fā)電和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有機(jī)結(jié)合起來，不僅可解決土地資源緊缺的問題，還可以實現(xiàn)多重收益。

1 光伏溫室的概念

光伏溫室是一種將光伏板安裝在溫室屋頂，可同時進(jìn)行光伏發(fā)電和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的新型溫室。按照光伏板的鋪設(shè)方式可以分為全鋪式光伏溫室、半鋪式光伏溫室和間鋪式光伏溫室。

全鋪式光伏溫室將溫室屋頂兩面全鋪上光伏板，使發(fā)電用光達(dá)到最大。溫室內(nèi)靠電照明，溫室內(nèi)可種植厭光性植物或者食用菌等。

半鋪式光伏溫室將光伏板鋪在溫室南面，留北面為溫室內(nèi)作物提供光照。這樣的溫室有日光照射，但大部分強(qiáng)光用于發(fā)電，溫室內(nèi)的光照不強(qiáng)，因此可以種植對光照需求不高的植物。

間鋪式光伏溫室是將光伏板的間距拉大，或間隔排列鋪設(shè)的溫室。溫室內(nèi)的光照只較全光照弱一些，可以種植大部分的園藝作物，但發(fā)電量較少。

2 光伏溫室的設(shè)計建造

光伏溫室的設(shè)計首先應(yīng)考慮溫室的主要功能是光伏發(fā)電還是農(nóng)業(yè)種植，然后根據(jù)溫室功能定位進(jìn)行類型的選擇和設(shè)計，在設(shè)計中應(yīng)遵循發(fā)電效益和農(nóng)業(yè)收入最大化原則。本文所論述的光伏溫室主要是適用于江、浙、滬等長江中下游地區(qū)的半鋪式連棟光伏溫室。

溫室的走向與常規(guī)溫室相同，都是東西延長，坐北朝南，根據(jù)保溫通風(fēng)的需要，可以適當(dāng)偏西或偏東。溫室的長度一般設(shè)計為40 m，脊高為5 m，肩高為2.5～3.0 m，單棟跨度為7～8 m，光伏板的安裝傾角為30°左右。兩個溫室之間的前后距離為10 m，左右距離4 m。若要增加采光 ，可以適當(dāng)增加溫室的高度、增大溫室間的距離。

由于光伏板比一般的覆蓋材料重，還要考慮到雪載、風(fēng)壓等因素，所以在溫室建造材料上應(yīng)選用較粗的鋼材，以提高溫室的荷載能力?？梢赃x用H型鋼為主的鋼架，沿屋面方向每3～4 m布置一椽。

溫室的覆蓋材料可以根據(jù)投入成本多少來選擇。一般可以選擇薄膜作為覆蓋材料，其成本低、透光率好，很適合大面積使用。如果成本預(yù)算充足，可以選擇玻璃、玻璃鋼、陽光板等作為覆蓋材料。

3 光伏溫室的優(yōu)勢

3.1 節(jié)約溫室建造成本

成本是制約溫室發(fā)展的一個重要因素。目前國內(nèi)大面積使用溫室進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的都是一些實力比較雄厚的中、大型企業(yè)，小企業(yè)和個人只能使用建造成本相對低廉的農(nóng)用大棚。相對于溫室，大棚存在使用壽命短、棚內(nèi)操作較困難且棚內(nèi)溫濕度難以控制等缺點。那么如何降低溫室的建造成本，讓更多的農(nóng)民和企業(yè)能夠使用溫室呢？將光伏發(fā)電與溫室相結(jié)合而建造光伏溫室是一個可行的辦法。

建造光伏溫室可以與電力公司合作，由電力公司提供光伏板并支付一定的費用作為光伏板的支架和基礎(chǔ)費用，土地使用費由雙方共同承擔(dān)，生產(chǎn)出的電屬于電力公司。這樣可使常規(guī)溫室造價（100元/m2左右）減少40%～50%，大大減少溫室建造者的投入，同時電力公司也減少了安裝光伏板的人工費用，并在一定程度上節(jié)約了基礎(chǔ)建設(shè)費用。同時，農(nóng)業(yè)溫室每年還可以向光伏電廠收取一定的棚頂租賃費，增加農(nóng)業(yè)收入，二者達(dá)到雙贏。

3.2 緩解溫室內(nèi)的溫度劇烈變化

控制溫度是建造溫室的最大目的，然而目前的溫室如果不使用加溫、降溫設(shè)備，依然不能解決夏熱冬冷、晝熱夜冷的局面，而光伏溫室可以有效解決這一問題。

在夏季陽光強(qiáng)烈的時候，安置在溫室屋頂?shù)墓夥迥芷鸬秸谑a的作用，功能相當(dāng)于遮陽網(wǎng)，可以有效減少溫室陽光的射入量，防止溫室內(nèi)溫度過度升高。在冬季和黑夜里，光伏板又能起到阻擋溫室內(nèi)紅外線波段輻射的作用，從而保持溫室內(nèi)的溫度。

3.3 生產(chǎn)清潔能源

我國的能源結(jié)構(gòu)以煤為主，是世界最大的煤炭消費國。燃煤發(fā)電不僅會向大氣排放大量的二氧化碳，還會伴隨著微顆粒物的排放，嚴(yán)重污染大氣。在污染日益嚴(yán)重，世人渴望開發(fā)新的無污染能源時，日光、水力、風(fēng)力、潮汐等發(fā)電形式就成了首選。而相對于其他方式，日光更加普遍，利用也更加方便，光伏發(fā)電必然會成為一種新的流行趨勢。

同時，光伏產(chǎn)生的電可直接用于溫室的日常管理，如噴灌設(shè)施用電、照明用電、補(bǔ)光用電等，這樣還可減少溫室運(yùn)行成本。

3.4 提高土地利用率

我國的土地面積有限，人均耕地面積極少。如果單純?yōu)榱斯夥l(fā)電而占用耕地，這顯然是不現(xiàn)實的，所以只能選擇荒漠、灘涂地和山區(qū)，而這些偏遠(yuǎn)地區(qū)又會增加供電成本，且達(dá)不到充分利用日光的目的。光伏溫室可以很好地解決這一矛盾。

將光伏板安裝在溫室屋頂進(jìn)行發(fā)電有4個好處：一是不占用耕地卻能在耕地范圍內(nèi)發(fā)電；二是溫室可以繼續(xù)進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，能充分利用陽光；三是可以在任何地方進(jìn)行發(fā)電，解決區(qū)域電力緊張的問題；四是有改造土地的功能，比如在灘涂地上建造光伏溫室，溫室內(nèi)進(jìn)行無土栽培或進(jìn)行漁業(yè)養(yǎng)殖，就能很好地開發(fā)利用灘涂地。因此光伏溫室在土地利用率上的貢獻(xiàn)非常大。

4 光伏溫室的不足

①在溫室屋頂安裝的光伏板不能移動，溫室內(nèi)的光照不能調(diào)節(jié)，而且溫室內(nèi)光照減少是必然的事實，所以溫室內(nèi)能種植的作物就受到了限制，品種選擇余地較小。

②光伏板與溫室的使用年限有所不同，這樣必然會造成其中一種的使用年限縮短，導(dǎo)致二次建造的日期提前。

③由于是兩個公司進(jìn)行合作管理，在平時的運(yùn)營管理上或多或少會產(chǎn)生一些矛盾，如果處理不好，合作就可能終止，引發(fā)后期的其他矛盾。

5 小結(jié)

光伏溫室在我國剛剛起步，就目前的政策和社會需求來看，前景十分廣闊。本文僅對其進(jìn)行了簡單介紹，今后還需根據(jù)實際發(fā)電情況和溫室作物生長情況進(jìn)行研究，使其具有更大的推廣價值。

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[4]“光伏”助推傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)進(jìn)入新時代[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)：溫室園藝，2013（7）：66-68.