評估：幾種光伏發(fā)電在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用類型與經(jīng)濟(jì)成本

文/郎朗

可再生能源與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)可以成功的結(jié)合，這在我國很多地區(qū)已有不少成功的應(yīng)用案例。眾所周知的是，可再生能源具備可持續(xù)性，在任何地方使用太陽能都是免費(fèi)的且無限量的。從過去10 年來看，作為可再生能源中的重要組成—太陽能，帶來了許多新型的應(yīng)用，特別是在農(nóng)業(yè)分布量大、日照資源較為豐富的地區(qū)。本文側(cè)重于研究當(dāng)前太陽能在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用及發(fā)展，如光伏農(nóng)田，太陽能水泵系統(tǒng)，太陽能溫室，太陽能灌溉系統(tǒng)，太陽能水加熱和太陽能干燥機(jī)的基本工作情況和經(jīng)濟(jì)成本參數(shù)。

背景介紹

能源生產(chǎn)定義了國家的經(jīng)濟(jì)，人類從200 年開始主要依靠化石能源，如煤，石油和天然氣。但是帶來能源供給的同時，它的缺點(diǎn)更多，首先它在自然界和環(huán)境中是不可再生的，其次是化石燃料和生產(chǎn)燃料所產(chǎn)生二氧化碳和一氧化碳?xì)怏w，進(jìn)一步促進(jìn)上升地球的溫度，并導(dǎo)致全球變暖。許多國家，已采取措施應(yīng)對氣候變化，我國也加入了蒙特利爾協(xié)議。可持續(xù)發(fā)展是符合我國基本國情的，主要體現(xiàn)在三個主要方面，環(huán)境，社會和經(jīng)濟(jì)。中國已投資2000億美元可再生能源行業(yè)，領(lǐng)先于全球絕大多數(shù)國家。

光伏電池于1954 年在美國貝爾實驗室發(fā)明。光伏系統(tǒng)的最小單元是太陽能電池，它們彼此相連并且有一層用于產(chǎn)生直流電的半導(dǎo)體材料暴露在陽光下。首先，可以以各種方式制造光伏電池，有聚光式和平板式。平板式光伏電池也稱為PV 板，典型的太陽能PV 板具有平均壽命25 至30 年。

太陽能溫室

溫室是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中使用較多的一種農(nóng)業(yè)形式，既可以種植質(zhì)量更好的植物，又能種植反季節(jié)的蔬菜和水果。世界上第一個日光溫室是在1970 年代石油危機(jī)期間開發(fā)的。其結(jié)構(gòu)通常是定向向南，以最大限度地吸收太陽能熱量。太陽能能量可以在溫室中以3 種方式使用；首先是較傳統(tǒng)的類型，它使用來自太陽輻射的熱能，第二種是使用傳遞熱流體的活動型，第三種是利用PV電池，將太陽的輻射轉(zhuǎn)換為電。第三種類型又可稱為光伏農(nóng)業(yè)大棚，要建成一個200平米的溫室大約需要3-5萬元，可持續(xù)使用25 年。該結(jié)構(gòu)旨在最大限度地利用太陽能，在完全封閉的溫室，沒有通風(fēng)窗戶，需將多余的熱量排出時，又可利用太陽能產(chǎn)生的電能驅(qū)動排風(fēng)系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)。

太陽能干燥機(jī)

在農(nóng)業(yè)加工環(huán)節(jié)，許多農(nóng)產(chǎn)品都需要烘干。太陽能干燥機(jī)提供了一種處理蔬菜和水果烘干的有效辦法，并且符合國家和國際衛(wèi)生條件及零能源成本。不同規(guī)格的太陽能干燥機(jī)，它們的配置，容量，干燥的產(chǎn)品都有區(qū)別，共同的優(yōu)點(diǎn)是可以降低對燃料的依賴性，提高效益，降低成本，減少對環(huán)境的影響，并且易于管理。太陽能干燥機(jī)由太陽能電池，風(fēng)扇，蓄電池，加熱器和控制器構(gòu)成一個整體系統(tǒng)。它有兩種類型，第一種是直接太陽能干燥機(jī)，它直接暴露在需要的陽光下，收集光線并轉(zhuǎn)化為熱能，將農(nóng)產(chǎn)品烘干脫水。第二種是間接的太陽能干燥器，將進(jìn)入存放農(nóng)產(chǎn)品倉庫的空氣加熱而不是直接加熱待干燥的物質(zhì)。這個加熱的空氣通過農(nóng)產(chǎn)品并依靠倉庫排風(fēng)系統(tǒng)排出來自農(nóng)產(chǎn)品的水分。

太陽能水泵

太陽能水泵系統(tǒng)由3 個部件組成：光伏電池板，控制器和泵。這個系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)主要有：能以柴油為備用可靠運(yùn)行，有很長的使用壽命，無噪音，一次投資，無燃料成本，低維護(hù)成本和人工成本。在中國有2100 萬的灌溉泵，其中900 萬是純動力柴油和1200 萬電工水泵。太陽能水泵通常配置直流水泵和交流水泵。一種具有200W PV 陣列和電力水泵的系統(tǒng)，每天可以抽取2000 到4000 升的水。該系統(tǒng)如果有電池存儲，將會高效，白天產(chǎn)生的能量，在需要時在夜間供應(yīng)。水泵效率可以通過以下計算得出，抽水系統(tǒng)有兩種類型，一種是直接系統(tǒng)，只有在需要時才能在白天產(chǎn)生能量，第二種是電池儲能系統(tǒng)，添加電池會增加系統(tǒng)的整體成本，但能使水泵的工作時間與效率提升。在我國來看，太陽能抽水的成本從每升水0.03 到0.15 元不等。

結(jié)論

目前的傳統(tǒng)能源的使用情況并不樂觀，但會導(dǎo)致污染和能源危機(jī)。所以轉(zhuǎn)向可再生能源和關(guān)注太陽能給了我們希望。應(yīng)用在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的光伏發(fā)電技術(shù)正在被人們逐步接受，并能為農(nóng)民和政府帶來好處。太陽能光伏電池組件安裝只需要一次性投資，就可獲得清潔能源，使用壽命長達(dá)25-30 年。