許 婕

(楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)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(shí)踐成果的根本出路就是推進(jìn)生態(tài)農(nóng)業(yè)的建設(shè)，生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)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(dāng)屬太陽能?，F(xiàn)代研究中，設(shè)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(shí)產(chǎn)品質(zhì)量高。

光伏農(nóng)業(yè)大棚是一種利用太陽能資源設(shè)計(jì)的農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)。其中利用鋼結(jié)構(gòu)及非晶薄膜電池組件構(gòu)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?yàn)樘柟庵泻贤饩€、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(jìn)農(nóng)作物進(jìn)行光合作用，紅外線可以產(chǎn)生熱量。

1 應(yīng)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(xiàng)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(shè)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(shè)置在陰面，在光伏大棚離網(wǎng)體系中，農(nóng)戶可利用LED燈進(jìn)行相調(diào)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(jìn)行供給，達(dá)到農(nóng)作物所需光照。從而實(shí)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(jìn)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(shí)驗(yàn)觀察，夏季普通大棚內(nèi)溫度達(dá)到五十?dāng)z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(shí)驗(yàn)結(jié)果，白天棚內(nèi)溫度低于棚外溫度，夜間棚內(nèi)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(nèi)溫度過高；冬季或夜間，太陽能電池板則可避免溫度降低，調(diào)整大棚內(nèi)溫度，達(dá)到保溫效果，從而促進(jìn)農(nóng)作物生長。

1.3 經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢

光伏大棚的建設(shè)可以促進(jìn)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(xiàng)目采用全框架高標(biāo)準(zhǔn)的支架系統(tǒng)，造型美麗，符合觀光農(nóng)業(yè)的特點(diǎn)，如與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境和田園景觀等因素結(jié)合，實(shí)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(shè)可以促進(jìn)農(nóng)業(yè)規(guī)?；ㄔO(shè)，光伏大棚的建設(shè)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(shí)現(xiàn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的規(guī)模化，從而達(dá)到規(guī)模化經(jīng)濟(jì)效益。光伏大棚的建設(shè)可以促進(jìn)區(qū)域農(nóng)業(yè)的增收，成為農(nóng)民增收的主要項(xiàng)目。國家的補(bǔ)貼政策中，“金太陽工程”項(xiàng)目規(guī)定光伏農(nóng)業(yè)大棚的建設(shè)中，按其發(fā)電量進(jìn)行補(bǔ)貼，每瓦補(bǔ)貼11元；光伏建筑一體化項(xiàng)目，每瓦補(bǔ)貼7.5元。

光伏大棚的建設(shè)可以帶動區(qū)域產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。國內(nèi)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(shè)施農(nóng)業(yè)迅速發(fā)展，光伏農(nóng)業(yè)建設(shè)成為一個(gè)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(shè)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(shè)可以帶動農(nóng)民再就業(yè)。各地光伏大棚項(xiàng)目的建設(shè)，一定程度上提高了就業(yè)機(jī)會，地方建設(shè)光伏大棚項(xiàng)目，除技術(shù)人員外，勞動力均來自于當(dāng)?shù)剞r(nóng)民，為當(dāng)?shù)鼐蜆I(yè)市場提供了機(jī)會。

表1 普通大棚和光伏大棚的優(yōu)劣勢對比

2 應(yīng)用類型

光伏大棚在設(shè)施農(nóng)業(yè)的建設(shè)基礎(chǔ)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(yīng)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(yīng)用較為廣泛，結(jié)構(gòu)堅(jiān)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(shè)備多。由于設(shè)備材料的成本高，因此造價(jià)高。例如，通過與無邊框硅組件的結(jié)合進(jìn)行光伏發(fā)電，同時(shí)采用玻璃鋼構(gòu)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(jié)構(gòu)，主鋼結(jié)構(gòu)為鋼桁架形式，前后鋼結(jié)構(gòu)立柱基礎(chǔ)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(jìn)行維護(hù)、清潔和檢查。實(shí)際應(yīng)用中，簡易式大棚多用于種植菌類、有機(jī)蔬菜等農(nóng)作物，由于此類作物不需要強(qiáng)光，前坡可設(shè)置為無邊框組件，提高發(fā)電收益。此類大棚成本和裝機(jī)量適中，可安裝的職能設(shè)備不多，屬于經(jīng)濟(jì)實(shí)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(nèi)一般采用普通鋁合金支架進(jìn)行支撐，組件采用鋼管支架，此類大棚結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，裝機(jī)量偏小，基本無附加職能設(shè)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(diào)控，其重點(diǎn)在于保證發(fā)電效益，但在未來農(nóng)村設(shè)施農(nóng)業(yè)建設(shè)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(hù)啊，增加光伏組件的鋪設(shè)。這種連棟式大棚不單獨(dú)占用土地，可根據(jù)陰面陽面的光伏組件設(shè)置，進(jìn)一步控制棚內(nèi)溫度。但是，組件的鋪設(shè)也要求此類大棚的鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度的承重能力，連棟大棚后期維護(hù)難度較大，一般將其應(yīng)用于育苗、展示等領(lǐng)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(jié)構(gòu)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(shè)投資少，投資回報(bào)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(gòu)成食用菌光伏大棚，棚內(nèi)設(shè)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(shè)，結(jié)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(shí)可使用現(xiàn)代農(nóng)用機(jī)械進(jìn)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(yàn)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(yīng)用現(xiàn)狀

根據(jù)國際可再生能源機(jī)構(gòu)(IRENA)的統(tǒng)計(jì)，2018年全球太陽能光伏裝機(jī)容量為480 619.1 MV，其中亞洲累計(jì)安裝容量為274 894.2 MV，中國則為2018年光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)量世界第一，累計(jì)裝機(jī)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(chǔ)是創(chuàng)新技術(shù)的研發(fā)，中國的光伏企業(yè)通過各種形式來提升自身實(shí)力，數(shù)據(jù)表明，中國的光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展已于發(fā)達(dá)國家同處于世界第一方陣中。將光伏產(chǎn)業(yè)應(yīng)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(xiàng)目。

光伏+農(nóng)業(yè)大棚項(xiàng)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(shí)踐證明，通過合理設(shè)計(jì)的光伏農(nóng)業(yè)大棚可以實(shí)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(jié)合，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)扶貧，是現(xiàn)階段我國戰(zhàn)略規(guī)劃的重要組成部分。

4 應(yīng)用發(fā)展瓶頸

4.1 缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)

光伏農(nóng)業(yè)大棚尚無國家行業(yè)組織所建立的建造標(biāo)準(zhǔn)以及應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，全國各地區(qū)政府與企業(yè)想合作的項(xiàng)目建設(shè)也未設(shè)置統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化建構(gòu)，甚至一些項(xiàng)目的規(guī)定與大棚建設(shè)的設(shè)計(jì)相矛盾，例如，國家出臺的光伏“領(lǐng)跑者”計(jì)劃項(xiàng)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(shè)計(jì)相背離。

4.2 前期投入成本高，農(nóng)民無法承擔(dān)

光伏組件的原材料價(jià)格高，一塊1 235 mm×635 mm的非晶硅薄膜太陽能電池板的價(jià)格為130～150元，假設(shè)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(fèi)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(dá)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(biāo)企業(yè)共同建設(shè)光伏大棚項(xiàng)目。

4.3 應(yīng)用效果不理想

個(gè)別區(qū)域來看，項(xiàng)目建設(shè)順利，可以給當(dāng)?shù)貛斫?jīng)濟(jì)效益。但是，就全國來看，光伏農(nóng)業(yè)大棚項(xiàng)目的建設(shè)基本是政府支持的示范性項(xiàng)目，根據(jù)棚內(nèi)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(hù)保養(yǎng)方面還不熟練，存在后續(xù)運(yùn)營保障技術(shù)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(jié)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(shè)技術(shù)日趨成熟，技術(shù)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(shè)發(fā)展的基礎(chǔ)上，提倡清潔能源的使用，在政府支持、技術(shù)支撐下，太陽能光伏大棚在的應(yīng)用將擁有廣闊前景。