光伏技術(shù)在農(nóng)業(yè)大棚上的應(yīng)用

孟麗萍

摘 要：隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們的生活水平和質(zhì)量顯著提升，人們對衣、食、住、行等各個方面都提出了更高要求，其中在飲食方面，為了滿足人們多樣化的需求，農(nóng)業(yè)大棚得到持續(xù)發(fā)展。在近幾年，我國的科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅猛，光伏技術(shù)也逐漸應(yīng)用在農(nóng)業(yè)大棚當(dāng)中。通過在農(nóng)業(yè)大棚中應(yīng)用光伏技術(shù)，能夠為農(nóng)作物生長創(chuàng)造出更好的條件，增加生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟效益。本文主要是對在農(nóng)業(yè)大棚中應(yīng)用光伏技術(shù)的必要性以及光伏技術(shù)在農(nóng)業(yè)大棚中的應(yīng)用兩個方面做出了詳細的分析和研究，這對在農(nóng)業(yè)大棚中加強應(yīng)用光伏技術(shù)提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：光伏技術(shù)；農(nóng)業(yè)大棚；必要性；光伏大棚設(shè)計

農(nóng)業(yè)大棚的作用主要就是用于蔬菜生產(chǎn)，并隨著人們生活水平和質(zhì)量的提升，逐漸得到廣泛應(yīng)用。目前大棚已經(jīng)在切花和盆花栽培、養(yǎng)殖業(yè)（養(yǎng)魚、養(yǎng)豬、養(yǎng)牛、養(yǎng)雞、養(yǎng)蠶等）、林業(yè)生產(chǎn)（培養(yǎng)觀賞樹木、林木育苗等）、果樹生產(chǎn)（栽培柑橘、冬棗、櫻桃、甜瓜、西瓜、草莓、葡萄等）等多方面得到應(yīng)用。按照大棚外形、加溫條件、屋架材料、采光材料、結(jié)構(gòu)功能的不同，可以將其劃分為多個種類，如不加溫大棚與加溫大棚；雙屋面大棚與單屋面大棚；連棟大棚和單棟大棚；塑料大棚和玻璃大棚；智能大棚、溫室大棚以及簡易大棚等。因此，在農(nóng)業(yè)大棚中加強對光伏技術(shù)的應(yīng)用是十分必要的，能夠充分的利用太陽能資源，減少成本投入。

一、在農(nóng)業(yè)大棚中應(yīng)用光伏技術(shù)的必要性

在農(nóng)業(yè)大棚中應(yīng)用光伏技術(shù)，實質(zhì)上就是在建設(shè)大棚的過程中，與太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)充分結(jié)合，屬于一種綜合性農(nóng)業(yè)開發(fā)模式，集太陽能發(fā)電、特色種植為一體。在相關(guān)調(diào)查結(jié)果中顯示，目前我國塑料大棚、日光溫室的建筑面積已經(jīng)超過了200多公頃。如果在農(nóng)業(yè)大棚建設(shè)的過程中，將光伏發(fā)電看作是基礎(chǔ)，不僅僅能夠節(jié)約土地資源，同時利用光伏發(fā)電還能夠為植保設(shè)備、灌溉設(shè)備、補光燈、照明燈等設(shè)備提供電能，甚至能夠滿足周邊農(nóng)戶的生活和生產(chǎn)需求。另外在農(nóng)業(yè)大棚中，普遍存在著保溫、升溫等問題，特別是在夏季，很多蔬菜正常生長會受到嚴重影響，而通過使用光伏技術(shù)，紅外線能夠得到有效隔絕，大棚中不會進入過多的熱量，進而保證蔬菜能夠正常生長。同時在黑夜和冬季的時候，棚內(nèi)紅外波段向外輻射程度也大大減弱，避免晝夜溫差過大，起到保溫的作用。

二、光伏技術(shù)在農(nóng)業(yè)大棚中的應(yīng)用

1.類型

根據(jù)遮光程度的不同，光伏太陽能大棚可以具體劃分成部分遮光型和全遮光型兩類。其中部分遮光型會根據(jù)不停的種植作物，光伏組件排列存在較大差異，比如就遮光面積比例來說，最小的僅為20%，最大的能夠達到80%左右。在采光面，光伏組件呈直線排列，而在前面分布較少，甚至沒有，這有助于植物更好的生長；或者是在屋頂?shù)南蜿柮嫔?，呈馬賽克狀排列組件，也可以使用薄膜組件和雙玻組件，這兩種組件都具有散射光的特點，能夠保證大棚內(nèi)得到均勻光照，促進植物更好的生長。全遮光型一般都是日光大棚結(jié)構(gòu)，內(nèi)部不會受到直接光照，溫度始終處于平衡狀態(tài)，主要是在食用菌類產(chǎn)品種植中使用。

2.光伏大棚設(shè)計

由于農(nóng)業(yè)大棚的結(jié)構(gòu)功能具有一定的獨特性，進而相較于常見的屋頂分布式系統(tǒng)或光伏地面電站來說，對光伏系統(tǒng)提出了更高的要求。

（1）晶體硅光伏組件安裝、后期運行維護都較為方便，故障發(fā)生率較低、性能穩(wěn)定、技術(shù)成熟，使用壽命長，一般能夠達到25年及以上。與多晶硅電池轉(zhuǎn)換效率相比，單晶硅電池比較高，但同時成本也相對較高。另外雖然非晶硅薄膜電池在高溫性能、弱光效應(yīng)、透光性等多方面都具有相應(yīng)的優(yōu)勢，但衰減率高，使用壽命僅僅在13年左右。因此在大棚建設(shè)過程中，可以根據(jù)具體需求進行針對性選擇。由于在農(nóng)業(yè)大棚中對空氣濕度的要求比較高，進而導(dǎo)致大棚膜面和鋼構(gòu)表面很容易出現(xiàn)結(jié)露、冷凝現(xiàn)象，會在一定程度上腐蝕鋼結(jié)構(gòu)，同時還會增加匯流箱、橋架、電纜、接線盒、光伏組件等設(shè)備運行安全隱患，如造成電氣短路、降低施工壽命、電路板腐蝕、導(dǎo)電金屬腐蝕、設(shè)備絕緣強度降低等。因此在這種高濕環(huán)境中，可以使用高效的抗電壓誘導(dǎo)衰減組件。

（2）通過使用光伏技術(shù)，農(nóng)業(yè)大棚頂部的塑料薄膜直接換成了光伏組件，這會大大增加結(jié)構(gòu)荷載，進而在設(shè)計結(jié)構(gòu)的過程中，需要進行建模計算，對構(gòu)件受力做出相應(yīng)的分析，在確保構(gòu)件使用壽命和結(jié)構(gòu)安全得到保證的基礎(chǔ)上，最大限的使用輕型鋼材，如幾字鋼、Z型鋼、冷彎薄壁卷邊槽鋼等，進而減少結(jié)構(gòu)用鋼量，加強成本控制。大棚采光面可以用平坡來代替拱坡，將傾角控制在27°左右，將塑料薄膜替換成透光玻璃和電池板。另外在設(shè)計采光面的時候，光纖入射角度一般較小，如果角度過大，就會增加脊高高度，降低結(jié)構(gòu)的合理性和科學(xué)性。并通過利用光纖反射原理，可以將光纖入射角度調(diào)整至50°，進而不會大大降低透光量。在設(shè)計日光溫室的時候，為了更好的滿足采光需求，一般需要降低控制在50°以上。

（3）根據(jù)實際情況，在光伏大棚中使用組串式或集中式逆變器。在組串式逆變器的方案中，太陽電池支路接入比較少，一般在2-3條，在兩種以上規(guī)格、型號組成的太陽電池方陣中較為適用，另外在無法安裝集中型逆變器、控制室面積有限、受光存在差異等大棚中也得到充分利用。其優(yōu)勢主要表現(xiàn)在系統(tǒng)組成方式的冗余性好、靈活性強，及時在發(fā)生故障停機之后，對整個系統(tǒng)所造成的影響也相對較小。集中型逆變方案中太陽電池支路接入的路數(shù)比較多，在有充足空間安裝集中型逆變器；各太陽電池受光情況、方位角以及安裝傾角差異較小、太陽電池方陣中電池的型號和規(guī)格一致等場合中較為適用。其優(yōu)點主要是相較于組串式逆變器來說，逆變效率較高，單位成本低，在地面空曠的兆瓦級電站中較為適用。但是在農(nóng)業(yè)大棚中，由于道路較小，且較為分散，從多方面綜合考慮，一般主要還是使用串聯(lián)式逆變器，在降低成本的同時，布置和敷設(shè)的難度也顯著降低，且具有較強的靈活性。另外為了保證系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行，電氣設(shè)備的防護等級通常要達到IP65以上，且在大棚外部安裝。

三、結(jié)語

總的來說，在農(nóng)業(yè)大棚中應(yīng)用光伏技術(shù)，能夠有效的降低其成本，并保證大棚內(nèi)的農(nóng)作物能夠得到更好的生長。通過使用光伏技術(shù)，一方面能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)用地性質(zhì)的改變，另一方面也很好的實現(xiàn)了大規(guī)模太陽能發(fā)電，是加大利用太陽能源的重要手段。

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