光伏大棚在生态农业中的应用分析

许 婕

(杨凌职业技术学院，陕西 杨凌 712100)

生态农业的根本就是农业可持续发展，我国各地的实践成果的根本出路就是推进生态农业的建设，生态农业建设过程中的新型能源是现阶段农业发展的根本，而新型清洁能源当属太阳能。现代研究中，设施农业利用太阳光能够使作物差异季节生长，产量是露天种植的3.5倍，同时产品质量高。

光伏农业大棚是一种利用太阳能资源设计的农业大棚系统。其中利用钢结构及非晶薄膜电池组件构成的可以提供发电、温控及种植的温室大棚。光伏大棚的光伏组件主要是半透明非晶薄膜电池，因为太阳光中含紫外线、可见光及红外线，其中紫外线对农作物具有破坏性，而可见光则可以促进农作物进行光合作用，红外线可以产生热量。

1 应用优势

1.1 土地利用优势

传统的太阳能发电需要占用土地资源，土地资源有限的情况下成为一项挑战。光伏农业大棚不仅可以太阳能发电，还可以有效利用土地资源，农户建设光伏大棚无需考虑阳面或阴面土地的利用，如果农业大棚设置在阴面，在光伏大棚离网体系中，农户可利用LED灯进行相调配，白天发电保证植物的生长，黑夜利用LED灯体系使用白天发的电来给农作物进行供给，达到农作物所需光照。从而实现节能减排生态农业。与传统太阳能电站相比，光伏大棚发电的进一步引用还能减少输电过程中的电量损耗。

1.2 农作物生长优势

传统大棚收到季节性影响较大，据实验观察，夏季普通大棚内温度达到五十摄氏度以上，大部分农作物无法生长。光伏农业大棚根据实验结果，白天棚内温度低于棚外温度，夜间棚内温度高于棚外温度，夏季由于太阳能电池板可阻止多余热量，抑制大棚内温度过高；冬季或夜间，太阳能电池板则可避免温度降低，调整大棚内温度，达到保温效果，从而促进农作物生长。

1.3 经济效益优势

光伏大棚的建设可以促进观光农业的发展，依据国家政策的支持，全国各地均开启了现代生态农业的发展模式，这种模式的优势在于光伏发电的项目采用全框架高标准的支架系统，造型美丽，符合观光农业的特点，如与农业生产、生态环境和田园景观等因素结合，实现现代农业生态旅游，增加农户收入。

光伏大棚的建设可以促进农业规模化建设，光伏大棚的建设核心就是科技要素的投入，其注重通过农业科技化、农业产业化实现现代农业的规模化，从而达到规模化经济效益。光伏大棚的建设可以促进区域农业的增收，成为农民增收的主要项目。国家的补贴政策中，“金太阳工程”项目规定光伏农业大棚的建设中，按其发电量进行补贴，每瓦补贴11元；光伏建筑一体化项目，每瓦补贴7.5元。

光伏大棚的建设可以带动区域产业的发展。国内数据表明，我国光伏太阳能电池加工企业中70%的产值依靠出口，现阶段，我国设施农业迅速发展，光伏农业建设成为一个巨大的销售市场。例如，我国著名能源企业华盛绿能、东方日升等在投入光伏农业产业中，根据其市场投资及效益分析得出建设光伏农业大棚可在投入后6～8 a收回成本。

光伏大棚的建设可以带动农民再就业。各地光伏大棚项目的建设，一定程度上提高了就业机会，地方建设光伏大棚项目，除技术人员外，劳动力均来自于当地农民，为当地就业市场提供了机会。

表1 普通大棚和光伏大棚的优劣势对比

2 应用类型

光伏大棚在设施农业的建设基础上，具体的布置形式多样，常见的有玻璃温室、日光温室和敞开式。

2.1 按照大棚应用模式分类

(1)阳光房式光伏大棚。阳光房式光伏大棚在观光农业中应用较为广泛，结构坚固，这种大棚屋顶部分主要采用普通夹胶玻璃，南北面的钢架与其发电组件相连接，可添加的其它可选辅助设备多。由于设备材料的成本高，因此造价高。例如，通过与无边框硅组件的结合进行光伏发电，同时采用玻璃钢构建成观光旅游和生态农业一体化的智能型农业大棚。

(2)简易式光伏大棚。简易式光伏大棚的顶棚一般采用隐框单坡光顶结构，主钢结构为钢桁架形式，前后钢结构立柱基础为钢筋混凝土。一般光伏组件安置于大棚后墙上，这种形式可充分利用后墙脚手架及通道，进行维护、清洁和检查。实际应用中，简易式大棚多用于种植菌类、有机蔬菜等农作物，由于此类作物不需要强光，前坡可设置为无边框组件，提高发电收益。此类大棚成本和装机量适中，可安装的职能设备不多，属于经济实用型大棚。

(3)塑料大棚外加太阳能组件式。塑料大棚顶棚是普通塑料薄膜，棚内一般采用普通铝合金支架进行支撑，组件采用钢管支架，此类大棚结构简单，成本较低，装机量偏小，基本无附加职能设备，仅用于光伏发电。该种方式有利于光伏组件布置，无需温室调控，其重点在于保证发电效益，但在未来农村设施农业建设过程中不具有竞争力。

(4)连栋农业大棚。区域连成一排的农业大棚，利用棚顶倾斜角度的辩护啊，增加光伏组件的铺设。这种连栋式大棚不单独占用土地，可根据阴面阳面的光伏组件设置，进一步控制棚内温度。但是，组件的铺设也要求此类大棚的钢结构高强度的承重能力，连栋大棚后期维护难度较大，一般将其应用于育苗、展示等领域。

2.2 按照农作物种类农业大棚分类

(1)光伏普通蔬菜拱棚。 全拱支架和薄膜组成了光伏蔬菜拱棚，其结构简单，投入少，北方地区一般采用双层膜。普通蔬菜光伏拱棚建设投资少，投资回报率低，但由于其特殊性，目前较为广泛。

(2)光伏食用菌棚。 单层薄膜、外遮阳网和支架构成食用菌光伏大棚，棚内设置有菌棒台架，用以食用菌的培养，菌棚中温度不可控，只能通过光伏组件有效阻挡夏季高温，因此菌棚不利于规划化生产。

(3)大田种植光伏大棚。 大田种植+光伏大棚的建设，结合光伏列阵形成大田光伏种植大棚。大田作物种类较多，同时可使用现代农用机械进行生产。例如，杨凌信德农业科技开发有限公司建立的光伏大棚中，农作物蔬果试验品种多样，根据育苗阶段数据显示，光伏遮阴区前期蔬菜苗生长弱势，中长期产量大于普通育苗大棚。

3 应用现状

根据国际可再生能源机构(IRENA)的统计，2018年全球太阳能光伏装机容量为480 619.1 MV，其中亚洲累计安装容量为274 894.2 MV，中国则为2018年光伏发电累计装机量世界第一，累计装机量为175 030 MV，全球占比36%。不断壮大的中国光伏产业的基础是创新技术的研发，中国的光伏企业通过各种形式来提升自身实力，数据表明，中国的光伏产业发展已于发达国家同处于世界第一方阵中。将光伏产业应用于农业，则体现在国家战略方针政策光伏+农业大棚、金太阳工程等项目。

光伏+农业大棚项目则是我国光伏产业战略规划中重要的组成部分，也是现代农业和土地集约开发的成功模式。

实践证明，通过合理设计的光伏农业大棚可以实现生态农业的最优化，是科技兴农的新模式。光伏产业与农业相结合，实现精准扶贫，是现阶段我国战略规划的重要组成部分。

4 应用发展瓶颈

4.1 缺乏统一标准

光伏农业大棚尚无国家行业组织所建立的建造标准以及应用标准，全国各地区政府与企业想合作的项目建设也未设置统一标准化建构，甚至一些项目的规定与大棚建设的设计相矛盾，例如，国家出台的光伏“领跑者”计划项目中对光伏板的覆盖材料等的规定与光伏农业大棚的基本采光设计相背离。

4.2 前期投入成本高，农民无法承担

光伏组件的原材料价格高，一块1 235 mm×635 mm的非晶硅薄膜太阳能电池板的价格为130～150元，假设建立50 000 m2的农业大棚要求2/3面积需要安装太阳能电池板，太阳能电池板的费用至少6万元以上，还需加上组件控制器、变电箱、蓄电池等，建立光伏农业大棚的总投入高达10万以上。我国现阶段建立的光伏农业大棚均由政府出资，面向社会招标企业共同建设光伏大棚项目。

4.3 应用效果不理想

个别区域来看，项目建设顺利，可以给当地带来经济效益。但是，就全国来看，光伏农业大棚项目的建设基本是政府支持的示范性项目，根据棚内农产品的产量数据显示，采光区种植的农产品产量与普通蔬菜大棚所产产量基本相同。另一方面，大部分农户与承办户在对太阳能电池板的日常维护保养方面还不熟练，存在后续运营保障技术的缺失，以至于已建成的光伏大棚存在效果不显著状况。

5 结语

随着光伏产业的迅速发展，薄膜光伏太阳能大棚的建设技术日趋成熟，技术的更新伴随着成本的降低及系统的完善。我国提倡生态农业建设发展的基础上，提倡清洁能源的使用，在政府支持、技术支撑下，太阳能光伏大棚在的应用将拥有广阔前景。