大棚光伏与农业结合的重难点研究

大棚光伏与农业结合的重难点研究

熊文锴 徐文保 张永昌

江西省电力设计院

摘要：随着新能源的不断发展，大棚光伏与农业结合成为了一种新兴的绿色农业发展模式，它将太阳能光伏发电系统和农业生产方式有机地结合在一起。为了得到收益率更高的方案，对于光伏大棚的造价以及产能进行分析，制定合理的规划策略。本研究旨在探讨大棚光伏与农业结合的重难点，并提出相应的解决方案。

关键词：新能源；大棚光伏；绿色农业

引言：在全球低碳经济与能源革命的大趋势下，在“碳中和、碳达峰”的大目标下，新能源光伏将从当前的辅助能源逐渐成为主力能源。光伏发电清洁环保、技术可靠、收益稳定，对于农业发展有着极大的助力作用。光伏与农业结合，可提高土地利用率，节约光伏产业成本，结合国家产业政策与导向[1]，为当地经济创收，为地区创旅游，同时也解决了农民就业问题，为农民增加收益。光伏+农业”是一种新兴的光伏发电商业模式，也是光伏复合发电项目的一种。在光伏产业发展不断成熟的情况下，“光伏+农业”已经成为不少国家光伏市场的新宠。“光伏+农业”这种发展模式逐渐兴起，收到越来越多的国家的青睐。在这种模式下，极大的利用了有限的空间，解决了光伏电站和农业土地矛盾问题，实现了双赢局面。如今，光伏+农业”与光伏种植[2]、光伏养殖、光伏水利有着千丝万缕的联系。

1.大棚光伏简介

光伏农业大棚是一种采用钢制骨架，上面覆盖塑料薄膜，并安装太阳能光伏组件的温室大棚，融合太阳能发电、智能温控系统、现代高科技种植与一体，受到国内外一致好评。

光伏农业大棚根据各类植物光合作用对光的需求，调整光伏组件安装间距，以达到满足不同农作物对大棚内的光照强度的要求。并且，由于棚顶的光伏发电板的安装，吸收了太阳紫外线，从而降低了紫外线对作物的损害，提升了光伏农业大棚种植的的农作物品质和产量。温室大棚这种独有的结构，改变了热传导。首先，安装在光伏农业大棚的塑料薄膜阻止了大棚内外空气对流，降低了热量散失。其次，透明的塑料膜能让室外太阳光进入，提升室内温度。塑料大棚造成的封闭空间内,充分吸收利用太阳光的热能,提高大棚内的温度,防止外界的冰雪、低温等对蔬菜造成的损害,为大棚内的蔬菜植物提供良好的生长环境[3]。光伏蔬菜大棚在寒冷的时候能防止室内热量散失，使得温度下降速度减慢，从而达到保温的目的。并且，普通大棚为了保温，一般都会有草帘覆盖这一流程，将组件覆盖在大棚上面，减少了这一流程，极大的节约了人力和物力。在炎热的夏季，由于光伏组件阻挡了强烈的太阳辐射，比普通大棚多种一季，从而大大提高农作物的产量，保证蔬菜瓜果四季稳定供应，收益大幅度增加。同时，光伏组件给大棚合理的遮光也为农业营造了优异的生长环境。大棚光伏与农业结合难点分析

2.1大棚光伏的使用寿命

随着时间的变化及太阳能电池板使用的年限，太阳能电池板上会出现很多灰尘，这样就导致了电能的变换功率也会相对下降，因此就会出现在不同的环境影响下，太阳能电池板的使用寿命受损的情况。对于极端恶劣天气，如沙尘暴，冰雹，台风，洪水等环境因素，也会对于太阳能电池板造成一定的损耗，导致大棚光伏的寿命期限缩短，与此同时管理者的经营管理能力、技术水平等对于大棚光伏的使用寿命都有一定影响。

为延长大棚的使用寿命，减少后期维护成本，大棚的使用材料的选择是重中之重[4]。为了使得更好延长大棚的使用寿命并不影响农作物的光线，针对应用于“光伏+农业”项目的普通单晶组件的透明度、重量进行改造。针对不同的农作物，选择不同透明度的组件。覆盖在大棚上面的光伏组件，加固了大棚本身的结构，减少恶劣天气对农作物的损害。将光伏板改造，可以使得大棚的热度和湿度更适应农作物成长。相比传统采用塑料膜覆盖的塑料大棚，光伏更加结实可靠。

2.2大棚光伏的建设成本

目前光伏大棚还刚刚兴起，虽然“光伏+农业”逐渐得到广泛青睐，但是成本问题却不容忽视。相对于目前主流的光伏电站，“光伏+农业”这种模式成本昂贵，其中，组件、支架等主要零部件是使得“光伏+农业”这种模式造价昂贵的主要因素。随着农业领域对大棚光伏的逐渐青睐，市场渗透率逐渐提高，这种反战模式的成本也大幅度降低。同时，随着国家各项包括规划发展目标、补贴标准、补贴期限、资本来源等等优惠政策出台，建立起了一系列扶持光伏发电行业发展的政策体系，这些政策保证大大支持了光伏发电蓬勃发展，并且光伏大棚发出的电能可以通过向国家电网销售，进一步提升了投资者的收益，减轻了农民和企业的投资压力[5]

2. “光伏+农业”的发展策略

“光伏+农业”项目通过在棚上敷设的光伏组件实现光伏发电，自发自用，余电上网，同时在光伏大棚内种植农作物实现了光伏科技与现代农业有机结合，建立起现代高效农业，既具有无污染零排放，也不需占用额外空间，完善了土地立体化利用。在节约每年大棚更换薄膜的费用同时，在生态旅游方面，光伏板与生态旅游圈的结合为当地旅游业增加收益，实现光伏发展和旅游业双赢。

目前，各个省份政策各省已陆续发布农光互补电站的认定标准和技术要求。符合地方标准的光伏复合项目可以按照不改变原用地性质认定，不需要缴纳相关土地费用。

3. 大棚光伏的设计

    对于光伏大棚的设计，需要着重考虑以下几点要素。

（1）大棚光伏对光伏组件的选型及排布方式目前相关研究较少，大棚光伏的设计不仅要满足大棚内作物的采光要求，并且需要研究不同排布形式对棚内光线的影响，并使得光伏发电达到最大化。

（2）由于光伏大棚内部结构特殊性，是一个高温高湿环境，对农作物生长有益处，但是对于光伏组件及接线盒、电缆、桥架、汇流箱十分不友好，因此需要增加对相关设备性能的要求。

（3）组件安装倾角特殊性

设计光伏组件时需要将光伏大棚的用钢量、棚内温度以及发电量等等综合考虑，这些因素极大影响了造价，缺乏相关研究。并且目前光伏组件倾角已有设计可变倾角农光大棚调节光照[6]。

光伏农业大棚在实际运用中，有利于推动绿色农业生产的发展，促进科技的循环生态农业的实现，给农户带来了经济效益。我们可以通过研究各省的农光互补要求，针对各种要求，提出可行且经济的光伏建设方案，针对各类光伏建设方案，研究与之适合的经济作物，形成完整的农光互补建设典型方案。

结束语：总而言之，大棚光伏与农业结合，可以推动绿色农业生产，实现科技高效的循环生态农业。光伏产业是在当今中国西部光伏与风力发电明显饱和的情况下一个新的兴奋点。随着技术的不断成熟，政策的逐步推进，光伏产业和农业结合的进一步发展。“光伏+农业”会克服重重难关，不断创新，使得光伏发电项目得到更好的开发和利用。

[1].太阳能光伏产业“十二五”发展规划[J].太阳能,2012(06):12-17.

[2]   侯丹英,张平,王珊珊等.农光互补：“光伏+设施大棚”生产番茄新模式[J].长江蔬菜,2023(09):35-36.

[2].张玉磊. 分布式光伏发电在冬暖式大棚的应用[D].山东大学,2015.

[3].丁乡.延长大棚使用寿命6法[J].吉林蔬菜,2009(01):63.

[4].马帅. EPC模式下的分布式光伏电站项目风险管理评估研究[D].华北电力大学(北京),2019.

[5].张毅强,马磊,陶晟宇等.基于可变倾角农光大棚的光照调节设计[J].照明工程学报,2021,32(05):171-176.