光伏大棚在生態農業中的應用分析

許 婕

(楊凌職業技術學院，陜西 楊凌 712100)

生態農業的根本就是農業可持續發展，我國各地的實踐成果的根本出路就是推進生態農業的建設，生態農業建設過程中的新型能源是現階段農業發展的根本，而新型清潔能源當屬太陽能。現代研究中，設施農業利用太陽光能夠使作物差異季節生長，產量是露天種植的3.5倍，同時產品質量高。

光伏農業大棚是一種利用太陽能資源設計的農業大棚系統。其中利用鋼結構及非晶薄膜電池組件構成的可以提供發電、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，因為太陽光中含紫外線、可見光及紅外線，其中紫外線對農作物具有破壞性，而可見光則可以促進農作物進行光合作用，紅外線可以產生熱量。

1 應用優勢

1.1 土地利用優勢

傳統的太陽能發電需要占用土地資源，土地資源有限的情況下成為一項挑戰。光伏農業大棚不僅可以太陽能發電，還可以有效利用土地資源，農戶建設光伏大棚無需考慮陽面或陰面土地的利用，如果農業大棚設置在陰面，在光伏大棚離網體系中，農戶可利用LED燈進行相調配，白天發電保證植物的生長，黑夜利用LED燈體系使用白天發的電來給農作物進行供給，達到農作物所需光照。從而實現節能減排生態農業。與傳統太陽能電站相比，光伏大棚發電的進一步引用還能減少輸電過程中的電量損耗。

1.2 農作物生長優勢

傳統大棚收到季節性影響較大，據實驗觀察，夏季普通大棚內溫度達到五十攝氏度以上，大部分農作物無法生長。光伏農業大棚根據實驗結果，白天棚內溫度低于棚外溫度，夜間棚內溫度高于棚外溫度，夏季由于太陽能電池板可阻止多余熱量，抑制大棚內溫度過高；冬季或夜間，太陽能電池板則可避免溫度降低，調整大棚內溫度，達到保溫效果，從而促進農作物生長。

1.3 經濟效益優勢

光伏大棚的建設可以促進觀光農業的發展，依據國家政策的支持，全國各地均開啟了現代生態農業的發展模式，這種模式的優勢在于光伏發電的項目采用全框架高標準的支架系統，造型美麗，符合觀光農業的特點，如與農業生產、生態環境和田園景觀等因素結合，實現現代農業生態旅游，增加農戶收入。

光伏大棚的建設可以促進農業規模化建設，光伏大棚的建設核心就是科技要素的投入，其注重通過農業科技化、農業產業化實現現代農業的規模化，從而達到規模化經濟效益。光伏大棚的建設可以促進區域農業的增收，成為農民增收的主要項目。國家的補貼政策中，“金太陽工程”項目規定光伏農業大棚的建設中，按其發電量進行補貼，每瓦補貼11元；光伏建筑一體化項目，每瓦補貼7.5元。

光伏大棚的建設可以帶動區域產業的發展。國內數據表明，我國光伏太陽能電池加工企業中70%的產值依靠出口，現階段，我國設施農業迅速發展，光伏農業建設成為一個巨大的銷售市場。例如，我國著名能源企業華盛綠能、東方日升等在投入光伏農業產業中，根據其市場投資及效益分析得出建設光伏農業大棚可在投入后6～8 a收回成本。

光伏大棚的建設可以帶動農民再就業。各地光伏大棚項目的建設，一定程度上提高了就業機會，地方建設光伏大棚項目，除技術人員外，勞動力均來自于當地農民，為當地就業市場提供了機會。

表1 普通大棚和光伏大棚的優劣勢對比

2 應用類型

光伏大棚在設施農業的建設基礎上，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業中應用較為廣泛，結構堅固，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電組件相連接，可添加的其它可選輔助設備多。由于設備材料的成本高，因此造價高。例如，通過與無邊框硅組件的結合進行光伏發電，同時采用玻璃鋼構建成觀光旅游和生態農業一體化的智能型農業大棚。

(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構，主鋼結構為鋼桁架形式，前后鋼結構立柱基礎為鋼筋混凝土。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，進行維護、清潔和檢查。實際應用中，簡易式大棚多用于種植菌類、有機蔬菜等農作物，由于此類作物不需要強光，前坡可設置為無邊框組件，提高發電收益。此類大棚成本和裝機量適中，可安裝的職能設備不多，屬于經濟實用型大棚。

(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，棚內一般采用普通鋁合金支架進行支撐，組件采用鋼管支架，此類大棚結構簡單，成本較低，裝機量偏小，基本無附加職能設備，僅用于光伏發電。該種方式有利于光伏組件布置，無需溫室調控，其重點在于保證發電效益，但在未來農村設施農業建設過程中不具有競爭力。

(4)連棟農業大棚。區域連成一排的農業大棚，利用棚頂傾斜角度的辯護啊，增加光伏組件的鋪設。這種連棟式大棚不單獨占用土地，可根據陰面陽面的光伏組件設置，進一步控制棚內溫度。但是，組件的鋪設也要求此類大棚的鋼結構高強度的承重能力，連棟大棚后期維護難度較大，一般將其應用于育苗、展示等領域。

2.2 按照農作物種類農業大棚分類

(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，其結構簡單，投入少，北方地區一般采用雙層膜。普通蔬菜光伏拱棚建設投資少，投資回報率低，但由于其特殊性，目前較為廣泛。

(2)光伏食用菌棚。 單層薄膜、外遮陽網和支架構成食用菌光伏大棚，棚內設置有菌棒臺架，用以食用菌的培養，菌棚中溫度不可控，只能通過光伏組件有效阻擋夏季高溫，因此菌棚不利于規劃化生產。

(3)大田種植光伏大棚。 大田種植+光伏大棚的建設，結合光伏列陣形成大田光伏種植大棚。大田作物種類較多，同時可使用現代農用機械進行生產。例如，楊凌信德農業科技開發有限公司建立的光伏大棚中，農作物蔬果試驗品種多樣，根據育苗階段數據顯示，光伏遮陰區前期蔬菜苗生長弱勢，中長期產量大于普通育苗大棚。

3 應用現狀

根據國際可再生能源機構(IRENA)的統計，2018年全球太陽能光伏裝機容量為480 619.1 MV，其中亞洲累計安裝容量為274 894.2 MV，中國則為2018年光伏發電累計裝機量世界第一，累計裝機量為175 030 MV，全球占比36%。不斷壯大的中國光伏產業的基礎是創新技術的研發，中國的光伏企業通過各種形式來提升自身實力，數據表明，中國的光伏產業發展已于發達國家同處于世界第一方陣中。將光伏產業應用于農業，則體現在國家戰略方針政策光伏+農業大棚、金太陽工程等項目。

光伏+農業大棚項目則是我國光伏產業戰略規劃中重要的組成部分，也是現代農業和土地集約開發的成功模式。

實踐證明，通過合理設計的光伏農業大棚可以實現生態農業的最優化，是科技興農的新模式。光伏產業與農業相結合，實現精準扶貧，是現階段我國戰略規劃的重要組成部分。

4 應用發展瓶頸

4.1 缺乏統一標準

光伏農業大棚尚無國家行業組織所建立的建造標準以及應用標準，全國各地區政府與企業想合作的項目建設也未設置統一標準化建構，甚至一些項目的規定與大棚建設的設計相矛盾，例如，國家出臺的光伏“領跑者”計劃項目中對光伏板的覆蓋材料等的規定與光伏農業大棚的基本采光設計相背離。

4.2 前期投入成本高，農民無法承擔

光伏組件的原材料價格高，一塊1 235 mm×635 mm的非晶硅薄膜太陽能電池板的價格為130～150元，假設建立50 000 m2的農業大棚要求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，建立光伏農業大棚的總投入高達10萬以上。我國現階段建立的光伏農業大棚均由政府出資，面向社會招標企業共同建設光伏大棚項目。

4.3 應用效果不理想

個別區域來看，項目建設順利，可以給當地帶來經濟效益。但是，就全國來看，光伏農業大棚項目的建設基本是政府支持的示范性項目，根據棚內農產品的產量數據顯示，采光區種植的農產品產量與普通蔬菜大棚所產產量基本相同。另一方面，大部分農戶與承辦戶在對太陽能電池板的日常維護保養方面還不熟練，存在后續運營保障技術的缺失，以至于已建成的光伏大棚存在效果不顯著狀況。

5 結語

隨著光伏產業的迅速發展，薄膜光伏太陽能大棚的建設技術日趨成熟，技術的更新伴隨著成本的降低及系統的完善。我國提倡生態農業建設發展的基礎上，提倡清潔能源的使用，在政府支持、技術支撐下，太陽能光伏大棚在的應用將擁有廣闊前景。