浅谈双玻组件在光伏农业大棚中的应用

特变电工新疆新能源股份有限公司 ■ 闫健 买发军 王建勃 何惧

0 引言

随着近两年国家出台相关扶持政策，光伏电站又迎来一个发展的春天。现今光伏电站被分成两种主要形式：一是大型地面电站，主要分布在我国西北地区的青海、甘肃、新疆等地；二是分布式电站，主要在我国东南沿海及中部地区的大型工业园区或经济开发区内，主要利用工业园区和开发区内的厂房屋面进行光伏电站的建造。鉴于我国有广大的农业地区，新兴光伏农业大棚成为另外一种光伏电站的选择，这种农业与光伏相结合的方式，既可有效地解决光伏电站占用土地面积大、无法二次利用的问题，又能满足大棚中农作物对温度、光照、通风等生长条件的需求。

我国大棚面积居世界第一，大部分的农业大棚属于中小型日光大棚，造价较低，结构简单。光伏农业大棚也是最近几年由于光伏行业的迅速发展得到了国家的支持，在创新型农业设施中也得到了广泛的应用和发展。

1 光伏组件材料对比

光伏农业大棚就是在大棚的屋顶上布置太阳电池板，大棚设计时一般选取最佳倾角使太阳电池板发电量最大，利用电池板的发电既可满足光伏大棚内补光、加温、通风等一系列负荷用电，多发的电还可上网产生经济效益，实现经济最大化。现阶段我国光伏农业大棚中所利用的光伏组件大部分都是薄膜组件，薄膜组件优点在于弱光性较好、成本较底，不过薄膜组件的转换效率太低，而且每年的衰减率较大，所以薄膜组件的寿命较短，一般都在10～15年。

综合分析后，在农业光伏大棚屋顶上建议采用以多晶硅为发电光伏组件材料。与其他相关组件材料相比，多晶硅的免维护性及寿命长、成本低等优点使其具有较高的经济性和实用性，可应用在光伏农业大棚中。

2 双玻组件

现如今太阳电池板发展迅速，电池板厂家也在更新换代。多晶硅太阳电池板在国内被广泛应用于各类光伏电站中。光伏农业大棚经过横向纵向对比后，采用多晶硅材料的组件。随着建筑光伏一体化的发展，地面电站土地利用率低的短板也越来越暴露出来，如何利用光伏组件代替建筑材料使土地利用率及建筑的多功能化增加，一直都是新能源从业者追求的目标。产生最大经济效益的同时推动能源的清洁化发展，在这种背景下，市场中出现了一种名为双玻组件的新型组件形式，如图1所示。

双玻组件由玻璃、EVA(Ethylene Vinyl Acetate，醋酸盐的简称)胶膜、多晶硅3种原材料组合而成。双玻组件顾名思义，电池材料两边分别有一层EVA胶膜和玻璃材料[1]。

EVA是一种热固性有粘性的胶膜，EVA胶膜在粘着力、耐久性、光学特性等方面具有优越性，使其在新型光伏组件中的应用越来越多。

光伏电池玻璃采用的是钢化玻璃，钢化玻璃具有高强度、抗冲击和抗弯强的优点，其抗弯强度是普通玻璃的3～5倍，并具有良好的热稳定性及透光性。钢化玻璃广泛应用于高层建筑门窗、玻璃幕墙、采光顶篷等一系列建筑物中[2]。

3 注意的问题

3.1 透光率的计算

本文所讨论的光伏农业大棚，用双玻组件代替农业大棚屋顶。在实施过程中，最终解决的是大棚屋顶的透光率，也就是屋面所铺设的双玻组件透光率。根据农业大棚中种植农作物所需透光率进行计算，假设农作物所需大棚屋顶透光率为X，那么双玻组件的透光率也为X。

式中：汇流条面积为总长度×截面积(L1S1)；电池片面积为单片电池片面积×片数(ZN)。

安装遮挡A按照安装方式来计算，则：

式中：S2为屋面型钢覆盖面积；N1为组件数量。

玻璃本身的透光率为Z1，组件的外型尺寸为：长×宽(LH)。

最终得出组件透光率X为：

根据上述计算公式，结合大棚中农作物所需光照，调节电池片面积及排列方式控制大棚屋顶透光率，使农作物有充足的光照强度，满足大棚对光照强度的要求[3]。

3.2 温度效应

由于双玻组件中采用的是多晶硅材料，晶硅光伏组件在自然光照下有温度效应，组件本身电流与电压会随外界温度变化而变化，如图2所示。

图2 高低温下组件的温度效应对比

但是光伏农业大棚室内一般温度较高，可能会产生组件的温度效应，所以在选择钢化玻璃时，应选择温度系数较小的钢化玻璃。在设计农业大棚时，大棚室内应安装通风系统，既保证室内农作物的空气流通，又可保证组件自身温度变化范围较小，这样可使双玻组件达到最大效率，保证光伏组件的发电效率[4]。

3.3 结构连接

在设计大棚时可采用两种方案：一种为连栋大棚，另一种为独栋大棚。

连栋大棚屋面成波浪型，横向为东西方向，向南屋面设计可选择使组件效率最大的最佳倾角，向南屋面用型钢网状连接，给双玻组件预留安装位置。3D效果图如图3所示。

图3 连栋大棚3D效果图

大棚屋顶北面不需铺设电池板组件，可铺设普通采光板，需充分考虑到植物对光照的要求。

屋面型钢与组件的连接采用螺栓和胶结相结合的方式，在型钢上与组件中预留螺栓孔，将螺栓组件与屋面刚性连接；在安装过程中，注意预紧力的大小，不要由于预紧力过大破坏组件电池板边缘，造成组件的浪费与成本增大。螺栓连接完成后，在型钢与组件间的缝隙中灌入结构胶密封，如果有部分连接处缝隙过大，及时采用防水措施。连栋大棚的连接处要预装导水槽，使其在雨季能及时把大棚间的雨水导出屋面[5]。

独栋大棚的设计采用人字形屋面，调节屋面倾角到5°～10°，屋顶两面分别朝向东西方向，组件平铺屋顶，组件与屋面的连接方式与连栋大棚基本保持一致。3D效果图如图4所示。

图4 独栋大棚3D效果图

独栋大棚的安装角度与连栋大棚不同，根据西安当地经纬度，利用PVSYST软件对比5°、10°倾角时的10 MWp项目，如图5、6所示。

图5 30°倾角发电量

图6 5°倾角发电量

通过计算得出，5°倾角发电量比最佳倾角30°的发电量少887.8 MWh/a，但独栋大棚电池板为双向布置电池板，在电池板数量上弥补了最佳倾角发电量不足的缺点。

4 结束语

随着新能源行业的发展，太阳能光伏发电也越来越多样化，考虑到电站投资中，更多投资者考虑的是经济效益的最大化，使得光伏产业和其他农业、工业、建筑行业结合发展，探索出更多的光伏发电形式。本文所讨论的双玻组件在农业大棚中的应用也是众多应用的一种形式，相信在不久的将来，光伏发电的应用会出现在更多的产业中，为人们能源的利用带来更多便利。

[1]王磊,张臻, 张正国,等.双面玻璃晶体硅太阳电池组件封装工艺[P].中国: 200710027966. 4, 2007-05-11.

[2]庄大建,郑鸿生.双玻璃光伏组件建筑一体化应用[J]. 建筑科技, 2009, (20)：72－73.

[3]郎朗. 光伏现代农业大棚现状与分析[J].时代经贸, 2013,5(278): 167－168.

[4]张乐军,郑洪生,蔡越涛.中空双玻璃光伏组件的热性能研究[J].建筑节能, 2013, (4): 48－50.

[5] GB 50009-2012,建筑结构荷载规范[S].