光伏农业大棚种植技术应用.pdf

2022 年第 9 期 农机使用与维修 133 光伏农业大棚种植技术应用 郭文花 山西铁道职业技术学院 太原 030013 摘 要 光伏农业大棚作为一种新型农业种植温室类型 主要是指在传统农业大棚顶部安装太阳能电池板进行 太阳能发电 可以满足大棚内不同作物对光照的需求 随着农业生产技术逐渐成熟及国家政策鼓励 光伏农业大 棚在我国农业生产中得到了广泛的应用与长足发展 首先介绍了光伏农业大棚的基本概念及应用原理 详细论 述了光伏农业大棚的基本类形及应用特点 并分析目前光伏农业大棚的基本设计原则 研究结果旨在为提升光 伏农业大棚的发展提供理论依据及技术参考 对于推动我国农业绿色 清洁 可持续发展具有重要意义 关键词 光伏发电 农业大棚 设计 应用效果 中图分类号 S316 文献标识码 A doi 10 14031 j cnki njwx 2022 09 043 作者简介 郭文花 1985 女 太原人 硕士 讲师 研究方 向为智能电网 太阳能发电 0 引言 与传统发电能源相比 太阳能具有可再生 清 洁 绿色 环保等应用优势 1 3 通过将太阳能转化 为电能可实现太阳能光伏发电 因此 发展光伏产 业对于改善能源利用方式 提高产业生产效益作用 明显 光伏农业生产大棚不仅可以实现资源的高 效利用 还可以为大棚内作物生长提供良好的种植 环境 保护生态环境 是促进现代农业发展的主要 驱动力 对促进我国农业现代化转型及建设社会主 义新农村具有重要意义 4 6 本研究基于光伏农业大棚的应用优势及发展 特点 系统阐述了光伏农业大棚的基本设计原则及 主要设备选型 论述光伏农业大棚对作物生长的影 响 研究结果以期为现代农业发展提供技术参考 1 光伏农业大棚基本概念及应用原理 1 1 概念 光伏农业大棚是将生态农业 绿色发电技术集 合 基于农业大棚棚顶设置不同的透光率太阳能电 池板进行太阳能发电 7 可以满足大棚内不同作物 对光照的需求 棚内适宜开展高效生态农业的系统 农业工程技术 如名贵花卉 有机农业 农业反季种 植等 光伏农业大棚不需要额外占用耕地 实现土 地资源的高效利用与增值 在获取高效农业 绿色 发电经济效益的同时 满足农业大棚的电力需求 实现农业可持续发展 1 2 应用原理 太阳能光伏大棚温室是一种新型温室 是在温 室部分或全部向阳面上铺设光伏太阳能发电装置 的温室 既具有发电能力 又能为一些作物或食用 菌提供适宜的生长环境 在建设光伏农业大棚时 首先需要对光伏组件合理选用 其选材主要是半透 明的非晶薄膜电池 通过光伏农业大棚的调控功能 对透光度实现调整 因为照射出的太阳光是由紫外 线 可见光及红外线组成的 这 3 类在太阳光中占有 的比例均不同 其中的紫外线是对大棚内部的作物 种植生长产生一定危害作用的 可见光及红外线的 存在均能够对大棚内部作物的种植生长起到积极 的作用 针对太阳光照射的远近度不同造成的影 响不同 按照太阳光照射光谱距离的不同进行分类 表 1 可以根据种植作物的不同选择合适的 光源 8 表 1 不同太阳光谱照射的影响 太阳光谱距离 nm 影响 280 315 几乎没有影响 315 400 减少叶绿素的吸收 对光周期效应产 生影响 不利于生长 400 520 光合作用最好 对叶绿素和类胡萝卜 素吸收最好 520 610 对色素的吸收较差 610 720 对叶绿素的吸收较差 光合作用与光 周期效应影响较大 720 转成热量 2 光伏农业大棚基本类型及应用优势 2 1 基本类型 光伏农业大棚是在传统大棚和设施农业的结 合下进行改善而成的 目前常见的有阳光房式光伏 农业大棚 简易式光伏农业大棚 外加太阳能组件 134 农机使用与维修 2022 年第 9 期 式塑料农业大棚 连栋农业大棚四种类型 2 1 1 阳光房式光伏农业大棚 阳光房式光伏农业大棚是观光旅游当中最常 见的光伏农业大棚类型之一 该类农业大棚棚顶处 大部分采用夹胶玻璃 大棚内部呈南北方向的钢架 与发电设备连接 添加多种需要的辅助结构 结构 较为稳定 但是该类农业大棚所需的材料较为昂 贵 建造时所花费的成本较高 2 1 2 简易式光伏农业大棚 简易式光伏农业大棚棚顶处大部分都采用隐 框单坡光顶构造而成 该类大棚内部的支撑结构 主要是钢筋混凝土 光伏设备安装在大棚后部位 置 该类安装方法能够方便使用人员对其进行故 障检测 维修保养等 该类大棚在农业生产中被 广泛应用在各类有机蔬菜及菌类作物种植的过程 中 因这类作物不需要强光的照射 因此该类大 棚的前一半透光结构可以做成无边框 以此增加 发电的效率 简易式光伏农业大棚建设经济成本 较低 安装较为简单 是目前性价比较高的光伏 农业大棚之一 2 1 3 外加太阳能组件式塑料农业大棚 外加太阳能组件式塑料农业大棚棚顶处使用 普通塑料薄膜构造而成 大棚内部选用的结构支架 由铝合金组成 不需要安装其他辅助设备 在建造 安装时难度较小 该类农业大棚方便光伏组件的安 装且不需要额外增加温室调节监控 可以加强发电 效率 但是目前应用范围较小 2 1 4 连栋农业大棚 连栋农业大棚的类型是在建造区域内将大棚 设计成为连成一排 根据农业大棚棚顶处的角度设 计安装光伏设备 该类农业大棚一个最明显的优点 就是占地面积小 可以根据各个地区不同的光照阴 阳面完成光伏设备的安装 从而更便捷地调节温 度 但是 该类大棚对于承重量也有一定的要求 且 其后期检测维修保养实施难度较大 目前多应用于 农作物的育苗阶段 或者作为农业展览区 2 2 应用优势 随着光伏发电技术在农业生产中的快速应用与 发展 可以显著提高农作物种植效率及作物产量 后 续还将应用于现代观光农业 特色作物种植等方面 丰富了农业生产类型 尤其是在气候相对温暖 降雨 丰富 光照充足 夏季气温够高 降水够多 冬季光照 少 气候干燥等地区得到了广泛的应用 随着经济效 益的提升及国家政策补贴的支持 促进了农业大棚光 伏发电的发展并且提高农户积极性 2 2 1 资源利用优势 光伏农业大棚与传统大棚相比 传统的太阳能 发电设备会占用一定的土地资源 但是目前世界土 地资源极为紧张 因此 光伏农业大棚的出现与应 用既可以满足太阳能供电的需求 又能有效节省土 地资源 而且在对光伏农业大棚进行建造过程中 用户完全可以依靠 LED 技术来进行光照调节 以此 提供农业大棚内部农作物所需的光 可以节省资 源 保护环境 减少经济投入并且最大限度减少电 量的使用与浪费 2 2 2 农作物生长优势 光伏农业大棚与传统大棚相比 传统大棚受天 气环境影响较大 在夏天传统大棚内部的室温高达 50 左右 会对农作物生长造成严重影响 但是光 伏农业大棚在日间 内部的室温比大棚外部温度 低 在夜间 其大棚内部的室温要要比大棚外部的 温度更高 以上温度的变化均可以依靠大棚外接的 太阳能电池板实现控制调节 最后形成最适合大棚 内部农作物生长的条件 为农作物生长提供良好的 环境条件 2 2 3 经济效益优势 光伏农业大棚的应用可以显著提高农业生产 经济效益 如将光伏农业大棚作为农业观光展示区 提高农业观光收益 另一方面 光伏农业大棚内部 生长的农作物产量要远高于传统农业大棚内部种 植出的农作物产量 同样可以为用户带来巨大的经 济收益 表 2 表 2 普通大棚与光伏农业大棚应用效益对比分析 类别 普通大棚 光伏农业大棚 种植周期 次 年 1 1 2 3 4 温度 夏季棚内温度较高 可调节理想需求的温度 光照 正常 摒弃有害光 吸收有利光 2022 年第 9 期 农机使用与维修 135 续表 2 类别 普通大棚 光伏农业大棚 节能环保 废弃的塑料膜污染 无污染 使用寿命 塑料膜 1 年 20 25 年左右 效益 正常收益 农业与观光一体化 并网售电 无 享受政策补贴 3 光伏农业大棚基本设计条件 3 1 设计原则 目前 我国光伏发电技术已经十分成熟与常 规 光伏农业大棚的基本设计原则应遵循电气设备 选型合理 设备布置规范且符合相关规定 保证相 关系统在运行过程中安全可靠 运行高效 3 2 光伏发电站的选择 光伏发电站是光伏农业大棚的重要组成部分 主要是利用太阳能电池组进行发电 发电量及发电 强度取决于太阳光照条件强弱 太阳光照强度高处 于发电高峰期 夜晚基本不发电 光伏发电站基本 技术参数主要包括光伏发电容量 单机容量 太阳 能电池组件 太阳能逆变器等主要技术参数 可以 根据农业大棚面积及作物种植需求选择合适的 参数 3 2 1 光伏组件的选型 目前 太阳能电池类型主要包括多晶硅电池 多元化合物电池 聚合物多层修饰电极电池及有机 电池等 目前 在农业生产中主要使用 260 Wp 多 晶硅太阳能电池 其主要技术参数如表 3 所示 表 3 260 Wp 多晶硅太阳能电池技术参数 技术参数 数值 峰值功率 Wp 260 开路电压 V 38 0 短路电流 A 9 0 工作电压 V 31 0 工作电流 A 8 5 转换效率 16 21 温度调节范围 40 85 3 2 2 逆变器及配电设备选型 逆变器主要是将直流电转换为交流电的设备 其工作过程成为逆变单元 主要参数包括直流电 缆 直流侧防雷汇流箱 通信装置等 目前在光伏 农业大棚中应用最为广泛的为 500 kW 和 630 kW 其主要技术参数如表 4 所示 表 4 500 kW 和 630 kW 逆变器技术参数 技术参数 500 kW 逆变器 630 kW 逆变器 输出功率 kW 500 630 最大直流电压 V 1 000 1 000 最大直流功率 kW 560 700 最大输入电流 A 1 120 1 400 额定电压 V 315 315 额定电网频率 Hz 50 50 最大效率 98 98 4 结论 与传统农业发展相比 光伏发电大棚可以满足 农作物生长对光照 用电的基本需求 实现光照资 源 土地资源的高效利用 可以显著提高农业生产 效益 实现代化农业发展与转型 实现农业绿色 清洁 可持续发展 因此 光伏发电农业大棚具有 广泛的应用前景 本研究结果对于提升农业生产效 率及资源高效利用具有推动意义 参考文献 1 佟建波 广西农业大棚种植中光伏发电应用研究 J 绿色科技 2019 24 185 186 2 赵玉磊 基于有限元分析的光伏轻钢棚强度及流场温 度场研究 D 济南 山东大学 2019 3 苟鸿娅 太阳能光伏发电与农业大棚种植的结合 J 河南科技 2014 19 174 175 4 高红敏 浅析太阳能光伏发电与农业大棚种植的结合 J 中国农业信息 2016 23 108 109 5 赵群法 不同光伏板遮光密度对生菜 黄瓜 番茄生长 发育研究 D 郑州 河南农业大学 2018 6 高华兴 李建军 张乐 等 农业大棚光伏发电预测的 研究 J 湖北农机化 2020 12 38 40 7 赵文军 内黄 光伏高效农业大棚 成本管控 D 大 连 大连理工大学 2018 8 杨月梅 曹艳芳 王淼 光伏农业大棚发电项目对生态 农业的影响浅析 J 能源与节能 2015 2 73 75 03