光伏農業大棚發展現狀分析

孫亞楠 徐明磊

（河南質量工程職業學院，河南 平頂山 467001）

太陽能作為一種取之不盡、用之不竭的清潔能源，極具開發利用潛力[1]。常規光伏項目需要占用大量的土地資源，而且占用后土地無法發揮其他作用。利用光伏農業大棚可將太陽能資源應用于農業生產中，可減少農業資本與土地投入，同時把清潔能源、綠色環保等主題結合起來，達到既能增產增收，又能節能減排的目的[2]。

相比傳統農業大棚，光伏農業大棚可通過光伏發電為農業生產創造額外收益。光伏農業大棚還可以建成陽光房式，擁有較大空間，可實施機械化作業，甚至形成觀光光伏農業，創造額外的收益。光伏農業大棚也為國家扶貧提供了新的選擇，通過產業捆綁，使邊遠地區的貧困戶不再為溫飽發愁、不再為用電發愁[3]。

1 光伏農業大棚概述

1.1 光伏農業大棚系統簡介

光伏農業大棚是在農業大棚的棚頂安裝光伏裝置，在大棚內種植農作物的一種綜合設施。它是在原有耕地面積的基礎上合理安裝光伏裝置，在一定的空間內高效利用資源，在實現農業豐收、獲得額外發電的經濟效益時，還能實現節能減排[7]。

1.2 常見的光伏農業大棚種類

1.2.1 陽光房式光伏農業大棚。通常，在陽光房式農業大棚的南側，發電組件和專用附框與鋼骨架柔性連接；北側屋頂部位采用普通夾膠玻璃；南北側立面采用鋼化大板玻璃。此類型大棚成本較高，但裝機量大，可添加其他輔助設備，建成觀光旅游和生態農業一體化的智能新型農業大棚。

1.2.2 塑料大棚外加裝太陽能組件式。通常，大棚頂棚采用普通塑料薄膜，棚內支撐采用普通鋁合金，組件支架采用熱鍍鋅鋼。此類型大棚結構簡單，成本低廉，裝機量較小，基本無附加智能設備。

1.2.3 簡易式光伏大棚。通常，此類大棚頂棚采用隱框單坡采光頂結構，主鋼結構采用鋼桁架形式，前后鋼結構立柱基礎為鋼筋混凝土基礎，頂棚支撐結構為主次檁條方格布置形式。此類型大棚成本和裝機量適中，可選安裝的智能設備不多，屬于經濟適用型大棚。

1.2.4 連棟式光伏大棚。此類型大棚保溫性能較差，適用于中、低緯度的南方地區使用，一般用于種植花卉和育苗。

1.2.5 光伏養殖大棚。將光伏大棚與養殖業結合，保溫性能一般要求不高，光伏組件可以安裝在棚頂，組件之間的間隙采用密封條做防水處理，并根據需要增加采光帶。

1.3 光伏農業大棚的優勢

相比普通農業大棚，光伏農業大棚在種植周期、使用壽命、經濟效益及節能環保方面均具有明顯的優勢，如表1所示[8]。

2 國內外光伏農業大棚發展現狀

2.1 國內發展現狀

相比發達國家，我國對光伏的應用起步較晚。與此同時，我國的農業大棚數量及面積高居世界第一，除了簡易的小拱棚外，塑料及日光溫室大棚面積超過250萬hm2，為光伏農業大棚的發展及普及奠定了基礎。

我國《太陽能光伏產業“十二五”發展規劃》已將太陽能光伏生態大棚電站的模式劃為光伏建筑一體化示范項目，享受國家財政補貼。2017年，進軍光伏大棚的公司如華盛綠能、保定天威、東方日升等得出的結論是6～8年能回收成本[4]。在目前太陽能電池價格下降的情況下，這個時間會更短。吳楠等通過對國家政策及我國光伏農業大棚發展現狀的分析，指出“新能源+新農業”代表了農業綠色轉型發展的方向，代表了國計民生的根基，光伏為傳統農業注入了新的生命力[3]。

祁娟霞等針對寧夏回族自治區不同光伏溫室和大棚冬季室內環境進行比較，綜合分析得出，光伏日光溫室環境總體優于普通大棚，光伏陽棚與普通大棚接近，光伏日光溫室、光伏陽棚、普通大棚均適宜果菜越冬生產，光伏雙膜雙網大棚冬季溫度低于0℃，不適宜食用菌栽培，光伏陰棚溫室環境仍適宜食用菌栽培[5]。

雖然光伏在我國農業中的應用日趨成熟，但大部分光伏農業大棚仍為實驗性光伏農業大棚。2009年，我國光伏在農業上裝機容量約為0.9 MW，2014年超過了1100.0 MW。截至2015年年初，我國光伏農業大棚項目已接近500個。2015年7月，20 MW光伏農業科技大棚發電站在山東省章丘市現代循環農業示范園全面竣工，總占地面積11.33 hm2。2016年4月，位于貴州省安龍縣興隆鎮的大秦光伏農業科技示范園全面建成。山東省鄆城鑫華40 MW光伏扶貧電站于2017年3月并網發電，是2016年山東省第一批國家級扶貧項目[6]，建設之初就設計為農光互補模式。

2.2 國外研究現狀

國外光伏與農業結合開始的時間遠遠早于我國。目前，國外的光伏農業大棚主要集中在日本及歐美國家，不僅科技水平高，而且有政策支持。歐美地區多應用晶硅電池、玻璃溫室大棚，可以通過數字化管理提高生產效率。

20世紀50年代，美國科學家Chapin等首次成功使用單晶太陽能電池，預示著光伏供電技術的成立。1996年，美國學者Elsevier Journal介紹了一種可用于單軸太陽集中系統的跟蹤系統，并將該新系統用于農業補光，該系統將光伏組件的接收率提高了15%。2019年，John Robertson等發現混合光伏熱系統可以將紅外線與可見光分離，允許通過光譜優化機制單獨收集，以提高總效率，設計并制造了一個透射光譜分裂集中器光伏模塊，最大化轉換太陽能。

荷蘭是世界光伏農業大棚強國之一，擁有歐洲最大、生產效率最高的光伏農業大棚，而且均實施自動化管理。而且荷蘭擁有獨立自主的光伏農業大棚建筑公司、電子設備，形成了完善的溫室產業。意大利、西班牙等國家光伏農業大棚發展同樣迅速。日本是亞洲光伏農業大棚發展程度最高的國家。日本溫室大棚多采用非晶體硅薄膜電池。自2011年福島核泄漏事件后，日本在福島建立復興太陽能農業園，為當地安裝了約2100個太陽能電池板，用于農業生產，促使農業產量大幅度上升，不僅供給當地居民用電，而且出售給當地的電力公司。

美國是世界上第一個采用光伏發電的國家，于20世紀90年代就提出了“百萬屋頂陽光計劃”。這是一個大型光伏工程，計劃總發電量高峰時可供超過9萬家庭使用。

3 我國光伏農業大棚發展存在的問題

相比傳統的農業大棚，雖然光伏農業大棚具有相當大的優勢，但仍然存在一些不足，如成本較高、發展政策不完善等，嚴重阻礙了光伏農業大棚的推廣、應用。

3.1 成本較高

建設光伏農業大棚前期的成本投入較高，大多數農民無法承擔前期高昂的投入成本。在農業大棚運營期間，檢測、維修設備也需要一定的資金投入。國家對光伏農業大棚的補貼較低，從而間接影響了光伏農業大棚的推廣、應用。對此，需政府加大補貼力度，支持農戶投入光伏農業大棚建設。

3.2 技術體系不完善

光伏農業大棚的相關技術不夠成熟是導致其推廣、應用受阻的重要因素。晶體硅電池板、非晶體硅電池板透光率極差，嚴重影響了作物光合作用。要想增加太陽能電池板的功率，就需要增大電池板面積，這便會降低大棚內部的透光率。對此，需要經過更多模型的測定及檢測，形成標準的技術體系。

3.3 產業發展政策不完善

目前，光伏農業大棚項目在我國仍屬于新興項目，光伏與農業相結合的關鍵技術還處在研究階段，光伏農業大棚沒有得到大幅度推廣。而且國家僅僅只是單一地對農業或光伏產業進行補助，沒有對光伏與農業融合發展進行政策補貼。對此，應從實際出發，在不影響農業生產的基礎上，針對光伏與農業融合發展提供支持政策，才能更好地推動光伏農業產業健康、可持續發展。