光伏農(nóng)業(yè)大棚種植技術(shù)應(yīng)用.pdf

2022 年第 9 期 農(nóng)機使用與維修 133 光伏農(nóng)業(yè)大棚種植技術(shù)應(yīng)用 郭文花 山西鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 太原 030013 摘 要 光伏農(nóng)業(yè)大棚作為一種新型農(nóng)業(yè)種植溫室類型 主要是指在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大棚頂部安裝太陽能電池板進行 太陽能發(fā)電 可以滿足大棚內(nèi)不同作物對光照的需求 隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)逐漸成熟及國家政策鼓勵 光伏農(nóng)業(yè)大 棚在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用與長足發(fā)展 首先介紹了光伏農(nóng)業(yè)大棚的基本概念及應(yīng)用原理 詳細(xì)論 述了光伏農(nóng)業(yè)大棚的基本類形及應(yīng)用特點 并分析目前光伏農(nóng)業(yè)大棚的基本設(shè)計原則 研究結(jié)果旨在為提升光 伏農(nóng)業(yè)大棚的發(fā)展提供理論依據(jù)及技術(shù)參考 對于推動我國農(nóng)業(yè)綠色 清潔 可持續(xù)發(fā)展具有重要意義 關(guān)鍵詞 光伏發(fā)電 農(nóng)業(yè)大棚 設(shè)計 應(yīng)用效果 中圖分類號 S316 文獻標(biāo)識碼 A doi 10 14031 j cnki njwx 2022 09 043 作者簡介 郭文花 1985 女 太原人 碩士 講師 研究方 向為智能電網(wǎng) 太陽能發(fā)電 0 引言 與傳統(tǒng)發(fā)電能源相比 太陽能具有可再生 清 潔 綠色 環(huán)保等應(yīng)用優(yōu)勢 1 3 通過將太陽能轉(zhuǎn)化 為電能可實現(xiàn)太陽能光伏發(fā)電 因此 發(fā)展光伏產(chǎn) 業(yè)對于改善能源利用方式 提高產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)效益作用 明顯 光伏農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大棚不僅可以實現(xiàn)資源的高 效利用 還可以為大棚內(nèi)作物生長提供良好的種植 環(huán)境 保護生態(tài)環(huán)境 是促進現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要 驅(qū)動力 對促進我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型及建設(shè)社會主 義新農(nóng)村具有重要意義 4 6 本研究基于光伏農(nóng)業(yè)大棚的應(yīng)用優(yōu)勢及發(fā)展 特點 系統(tǒng)闡述了光伏農(nóng)業(yè)大棚的基本設(shè)計原則及 主要設(shè)備選型 論述光伏農(nóng)業(yè)大棚對作物生長的影 響 研究結(jié)果以期為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展提供技術(shù)參考 1 光伏農(nóng)業(yè)大棚基本概念及應(yīng)用原理 1 1 概念 光伏農(nóng)業(yè)大棚是將生態(tài)農(nóng)業(yè) 綠色發(fā)電技術(shù)集 合 基于農(nóng)業(yè)大棚棚頂設(shè)置不同的透光率太陽能電 池板進行太陽能發(fā)電 7 可以滿足大棚內(nèi)不同作物 對光照的需求 棚內(nèi)適宜開展高效生態(tài)農(nóng)業(yè)的系統(tǒng) 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 如名貴花卉 有機農(nóng)業(yè) 農(nóng)業(yè)反季種 植等 光伏農(nóng)業(yè)大棚不需要額外占用耕地 實現(xiàn)土 地資源的高效利用與增值 在獲取高效農(nóng)業(yè) 綠色 發(fā)電經(jīng)濟效益的同時 滿足農(nóng)業(yè)大棚的電力需求 實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展 1 2 應(yīng)用原理 太陽能光伏大棚溫室是一種新型溫室 是在溫 室部分或全部向陽面上鋪設(shè)光伏太陽能發(fā)電裝置 的溫室 既具有發(fā)電能力 又能為一些作物或食用 菌提供適宜的生長環(huán)境 在建設(shè)光伏農(nóng)業(yè)大棚時 首先需要對光伏組件合理選用 其選材主要是半透 明的非晶薄膜電池 通過光伏農(nóng)業(yè)大棚的調(diào)控功能 對透光度實現(xiàn)調(diào)整 因為照射出的太陽光是由紫外 線 可見光及紅外線組成的 這 3 類在太陽光中占有 的比例均不同 其中的紫外線是對大棚內(nèi)部的作物 種植生長產(chǎn)生一定危害作用的 可見光及紅外線的 存在均能夠?qū)Υ笈飪?nèi)部作物的種植生長起到積極 的作用 針對太陽光照射的遠(yuǎn)近度不同造成的影 響不同 按照太陽光照射光譜距離的不同進行分類 表 1 可以根據(jù)種植作物的不同選擇合適的 光源 8 表 1 不同太陽光譜照射的影響 太陽光譜距離 nm 影響 280 315 幾乎沒有影響 315 400 減少葉綠素的吸收 對光周期效應(yīng)產(chǎn) 生影響 不利于生長 400 520 光合作用最好 對葉綠素和類胡蘿卜 素吸收最好 520 610 對色素的吸收較差 610 720 對葉綠素的吸收較差 光合作用與光 周期效應(yīng)影響較大 720 轉(zhuǎn)成熱量 2 光伏農(nóng)業(yè)大棚基本類型及應(yīng)用優(yōu)勢 2 1 基本類型 光伏農(nóng)業(yè)大棚是在傳統(tǒng)大棚和設(shè)施農(nóng)業(yè)的結(jié) 合下進行改善而成的 目前常見的有陽光房式光伏 農(nóng)業(yè)大棚 簡易式光伏農(nóng)業(yè)大棚 外加太陽能組件 134 農(nóng)機使用與維修 2022 年第 9 期 式塑料農(nóng)業(yè)大棚 連棟農(nóng)業(yè)大棚四種類型 2 1 1 陽光房式光伏農(nóng)業(yè)大棚 陽光房式光伏農(nóng)業(yè)大棚是觀光旅游當(dāng)中最常 見的光伏農(nóng)業(yè)大棚類型之一 該類農(nóng)業(yè)大棚棚頂處 大部分采用夾膠玻璃 大棚內(nèi)部呈南北方向的鋼架 與發(fā)電設(shè)備連接 添加多種需要的輔助結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu) 較為穩(wěn)定 但是該類農(nóng)業(yè)大棚所需的材料較為昂 貴 建造時所花費的成本較高 2 1 2 簡易式光伏農(nóng)業(yè)大棚 簡易式光伏農(nóng)業(yè)大棚棚頂處大部分都采用隱 框單坡光頂構(gòu)造而成 該類大棚內(nèi)部的支撐結(jié)構(gòu) 主要是鋼筋混凝土 光伏設(shè)備安裝在大棚后部位 置 該類安裝方法能夠方便使用人員對其進行故 障檢測 維修保養(yǎng)等 該類大棚在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中被 廣泛應(yīng)用在各類有機蔬菜及菌類作物種植的過程 中 因這類作物不需要強光的照射 因此該類大 棚的前一半透光結(jié)構(gòu)可以做成無邊框 以此增加 發(fā)電的效率 簡易式光伏農(nóng)業(yè)大棚建設(shè)經(jīng)濟成本 較低 安裝較為簡單 是目前性價比較高的光伏 農(nóng)業(yè)大棚之一 2 1 3 外加太陽能組件式塑料農(nóng)業(yè)大棚 外加太陽能組件式塑料農(nóng)業(yè)大棚棚頂處使用 普通塑料薄膜構(gòu)造而成 大棚內(nèi)部選用的結(jié)構(gòu)支架 由鋁合金組成 不需要安裝其他輔助設(shè)備 在建造 安裝時難度較小 該類農(nóng)業(yè)大棚方便光伏組件的安 裝且不需要額外增加溫室調(diào)節(jié)監(jiān)控 可以加強發(fā)電 效率 但是目前應(yīng)用范圍較小 2 1 4 連棟農(nóng)業(yè)大棚 連棟農(nóng)業(yè)大棚的類型是在建造區(qū)域內(nèi)將大棚 設(shè)計成為連成一排 根據(jù)農(nóng)業(yè)大棚棚頂處的角度設(shè) 計安裝光伏設(shè)備 該類農(nóng)業(yè)大棚一個最明顯的優(yōu)點 就是占地面積小 可以根據(jù)各個地區(qū)不同的光照陰 陽面完成光伏設(shè)備的安裝 從而更便捷地調(diào)節(jié)溫 度 但是 該類大棚對于承重量也有一定的要求 且 其后期檢測維修保養(yǎng)實施難度較大 目前多應(yīng)用于 農(nóng)作物的育苗階段 或者作為農(nóng)業(yè)展覽區(qū) 2 2 應(yīng)用優(yōu)勢 隨著光伏發(fā)電技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的快速應(yīng)用與 發(fā)展 可以顯著提高農(nóng)作物種植效率及作物產(chǎn)量 后 續(xù)還將應(yīng)用于現(xiàn)代觀光農(nóng)業(yè) 特色作物種植等方面 豐富了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)類型 尤其是在氣候相對溫暖 降雨 豐富 光照充足 夏季氣溫夠高 降水夠多 冬季光照 少 氣候干燥等地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用 隨著經(jīng)濟效 益的提升及國家政策補貼的支持 促進了農(nóng)業(yè)大棚光 伏發(fā)電的發(fā)展并且提高農(nóng)戶積極性 2 2 1 資源利用優(yōu)勢 光伏農(nóng)業(yè)大棚與傳統(tǒng)大棚相比 傳統(tǒng)的太陽能 發(fā)電設(shè)備會占用一定的土地資源 但是目前世界土 地資源極為緊張 因此 光伏農(nóng)業(yè)大棚的出現(xiàn)與應(yīng) 用既可以滿足太陽能供電的需求 又能有效節(jié)省土 地資源 而且在對光伏農(nóng)業(yè)大棚進行建造過程中 用戶完全可以依靠 LED 技術(shù)來進行光照調(diào)節(jié) 以此 提供農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)部農(nóng)作物所需的光 可以節(jié)省資 源 保護環(huán)境 減少經(jīng)濟投入并且最大限度減少電 量的使用與浪費 2 2 2 農(nóng)作物生長優(yōu)勢 光伏農(nóng)業(yè)大棚與傳統(tǒng)大棚相比 傳統(tǒng)大棚受天 氣環(huán)境影響較大 在夏天傳統(tǒng)大棚內(nèi)部的室溫高達 50 左右 會對農(nóng)作物生長造成嚴(yán)重影響 但是光 伏農(nóng)業(yè)大棚在日間 內(nèi)部的室溫比大棚外部溫度 低 在夜間 其大棚內(nèi)部的室溫要要比大棚外部的 溫度更高 以上溫度的變化均可以依靠大棚外接的 太陽能電池板實現(xiàn)控制調(diào)節(jié) 最后形成最適合大棚 內(nèi)部農(nóng)作物生長的條件 為農(nóng)作物生長提供良好的 環(huán)境條件 2 2 3 經(jīng)濟效益優(yōu)勢 光伏農(nóng)業(yè)大棚的應(yīng)用可以顯著提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 經(jīng)濟效益 如將光伏農(nóng)業(yè)大棚作為農(nóng)業(yè)觀光展示區(qū) 提高農(nóng)業(yè)觀光收益 另一方面 光伏農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)部 生長的農(nóng)作物產(chǎn)量要遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)部種 植出的農(nóng)作物產(chǎn)量 同樣可以為用戶帶來巨大的經(jīng) 濟收益 表 2 表 2 普通大棚與光伏農(nóng)業(yè)大棚應(yīng)用效益對比分析 類別 普通大棚 光伏農(nóng)業(yè)大棚 種植周期 次 年 1 1 2 3 4 溫度 夏季棚內(nèi)溫度較高 可調(diào)節(jié)理想需求的溫度 光照 正常 摒棄有害光 吸收有利光 2022 年第 9 期 農(nóng)機使用與維修 135 續(xù)表 2 類別 普通大棚 光伏農(nóng)業(yè)大棚 節(jié)能環(huán)保 廢棄的塑料膜污染 無污染 使用壽命 塑料膜 1 年 20 25 年左右 效益 正常收益 農(nóng)業(yè)與觀光一體化 并網(wǎng)售電 無 享受政策補貼 3 光伏農(nóng)業(yè)大棚基本設(shè)計條件 3 1 設(shè)計原則 目前 我國光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)十分成熟與常 規(guī) 光伏農(nóng)業(yè)大棚的基本設(shè)計原則應(yīng)遵循電氣設(shè)備 選型合理 設(shè)備布置規(guī)范且符合相關(guān)規(guī)定 保證相 關(guān)系統(tǒng)在運行過程中安全可靠 運行高效 3 2 光伏發(fā)電站的選擇 光伏發(fā)電站是光伏農(nóng)業(yè)大棚的重要組成部分 主要是利用太陽能電池組進行發(fā)電 發(fā)電量及發(fā)電 強度取決于太陽光照條件強弱 太陽光照強度高處 于發(fā)電高峰期 夜晚基本不發(fā)電 光伏發(fā)電站基本 技術(shù)參數(shù)主要包括光伏發(fā)電容量 單機容量 太陽 能電池組件 太陽能逆變器等主要技術(shù)參數(shù) 可以 根據(jù)農(nóng)業(yè)大棚面積及作物種植需求選擇合適的 參數(shù) 3 2 1 光伏組件的選型 目前 太陽能電池類型主要包括多晶硅電池 多元化合物電池 聚合物多層修飾電極電池及有機 電池等 目前 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中主要使用 260 Wp 多 晶硅太陽能電池 其主要技術(shù)參數(shù)如表 3 所示 表 3 260 Wp 多晶硅太陽能電池技術(shù)參數(shù) 技術(shù)參數(shù) 數(shù)值 峰值功率 Wp 260 開路電壓 V 38 0 短路電流 A 9 0 工作電壓 V 31 0 工作電流 A 8 5 轉(zhuǎn)換效率 16 21 溫度調(diào)節(jié)范圍 40 85 3 2 2 逆變器及配電設(shè)備選型 逆變器主要是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的設(shè)備 其工作過程成為逆變單元 主要參數(shù)包括直流電 纜 直流側(cè)防雷匯流箱 通信裝置等 目前在光伏 農(nóng)業(yè)大棚中應(yīng)用最為廣泛的為 500 kW 和 630 kW 其主要技術(shù)參數(shù)如表 4 所示 表 4 500 kW 和 630 kW 逆變器技術(shù)參數(shù) 技術(shù)參數(shù) 500 kW 逆變器 630 kW 逆變器 輸出功率 kW 500 630 最大直流電壓 V 1 000 1 000 最大直流功率 kW 560 700 最大輸入電流 A 1 120 1 400 額定電壓 V 315 315 額定電網(wǎng)頻率 Hz 50 50 最大效率 98 98 4 結(jié)論 與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)發(fā)展相比 光伏發(fā)電大棚可以滿足 農(nóng)作物生長對光照 用電的基本需求 實現(xiàn)光照資 源 土地資源的高效利用 可以顯著提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 效益 實現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展與轉(zhuǎn)型 實現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色 清潔 可持續(xù)發(fā)展 因此 光伏發(fā)電農(nóng)業(yè)大棚具有 廣泛的應(yīng)用前景 本研究結(jié)果對于提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效 率及資源高效利用具有推動意義 參考文獻 1 佟建波 廣西農(nóng)業(yè)大棚種植中光伏發(fā)電應(yīng)用研究 J 綠色科技 2019 24 185 186 2 趙玉磊 基于有限元分析的光伏輕鋼棚強度及流場溫 度場研究 D 濟南 山東大學(xué) 2019 3 茍鴻婭 太陽能光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)大棚種植的結(jié)合 J 河南科技 2014 19 174 175 4 高紅敏 淺析太陽能光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)大棚種植的結(jié)合 J 中國農(nóng)業(yè)信息 2016 23 108 109 5 趙群法 不同光伏板遮光密度對生菜 黃瓜 番茄生長 發(fā)育研究 D 鄭州 河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 2018 6 高華興 李建軍 張樂 等 農(nóng)業(yè)大棚光伏發(fā)電預(yù)測的 研究 J 湖北農(nóng)機化 2020 12 38 40 7 趙文軍 內(nèi)黃 光伏高效農(nóng)業(yè)大棚 成本管控 D 大 連 大連理工大學(xué) 2018 8 楊月梅 曹艷芳 王淼 光伏農(nóng)業(yè)大棚發(fā)電項目對生態(tài) 農(nóng)業(yè)的影響淺析 J 能源與節(jié)能 2015 2 73 75 03