光伏技术在农业大棚上的应用

孟丽萍

摘 要：随着社会经济的快速发展，人们的生活水平和质量显著提升，人们对衣、食、住、行等各个方面都提出了更高要求，其中在饮食方面，为了满足人们多样化的需求，农业大棚得到持续发展。在近几年，我国的科学技术发展迅猛，光伏技术也逐渐应用在农业大棚当中。通过在农业大棚中应用光伏技术，能够为农作物生长创造出更好的条件，增加生产企业的经济效益。本文主要是对在农业大棚中应用光伏技术的必要性以及光伏技术在农业大棚中的应用两个方面做出了详细的分析和研究，这对在农业大棚中加强应用光伏技术提供了参考依据。

关键词：光伏技术；农业大棚；必要性；光伏大棚设计

农业大棚的作用主要就是用于蔬菜生产，并随着人们生活水平和质量的提升，逐渐得到广泛应用。目前大棚已经在切花和盆花栽培、养殖业（养鱼、养猪、养牛、养鸡、养蚕等）、林业生产（培养观赏树木、林木育苗等）、果树生产（栽培柑橘、冬枣、樱桃、甜瓜、西瓜、草莓、葡萄等）等多方面得到应用。按照大棚外形、加温条件、屋架材料、采光材料、结构功能的不同，可以将其划分为多个种类，如不加温大棚与加温大棚；双屋面大棚与单屋面大棚；连栋大棚和单栋大棚；塑料大棚和玻璃大棚；智能大棚、温室大棚以及简易大棚等。因此，在农业大棚中加强对光伏技术的应用是十分必要的，能够充分的利用太阳能资源，减少成本投入。

一、在农业大棚中应用光伏技术的必要性

在农业大棚中应用光伏技术，实质上就是在建设大棚的过程中，与太阳能光伏发电系统充分结合，属于一种综合性农业开发模式，集太阳能发电、特色种植为一体。在相关调查结果中显示，目前我国塑料大棚、日光温室的建筑面积已经超过了200多公顷。如果在农业大棚建设的过程中，将光伏发电看作是基础，不仅仅能够节约土地资源，同时利用光伏发电还能够为植保设备、灌溉设备、补光灯、照明灯等设备提供电能，甚至能够满足周边农户的生活和生产需求。另外在农业大棚中，普遍存在着保温、升温等问题，特别是在夏季，很多蔬菜正常生长会受到严重影响，而通过使用光伏技术，红外线能够得到有效隔绝，大棚中不会进入过多的热量，进而保证蔬菜能够正常生长。同时在黑夜和冬季的时候，棚内红外波段向外辐射程度也大大减弱，避免昼夜温差过大，起到保温的作用。

二、光伏技术在农业大棚中的应用

1.类型

根据遮光程度的不同，光伏太阳能大棚可以具体划分成部分遮光型和全遮光型两类。其中部分遮光型会根据不停的种植作物，光伏组件排列存在较大差异，比如就遮光面积比例来说，最小的仅为20%，最大的能够达到80%左右。在采光面，光伏组件呈直线排列，而在前面分布较少，甚至没有，这有助于植物更好的生长；或者是在屋顶的向阳面上，呈马赛克状排列组件，也可以使用薄膜组件和双玻组件，这两种组件都具有散射光的特点，能够保证大棚内得到均匀光照，促进植物更好的生长。全遮光型一般都是日光大棚结构，内部不会受到直接光照，温度始终处于平衡状态，主要是在食用菌类产品种植中使用。

2.光伏大棚设计

由于农业大棚的结构功能具有一定的独特性，进而相较于常见的屋顶分布式系统或光伏地面电站来说，对光伏系统提出了更高的要求。

（1）晶体硅光伏组件安装、后期运行维护都较为方便，故障发生率较低、性能稳定、技术成熟，使用寿命长，一般能够达到25年及以上。与多晶硅电池转換效率相比，单晶硅电池比较高，但同时成本也相对较高。另外虽然非晶硅薄膜电池在高温性能、弱光效应、透光性等多方面都具有相应的优势，但衰减率高，使用寿命仅仅在13年左右。因此在大棚建设过程中，可以根据具体需求进行针对性选择。由于在农业大棚中对空气湿度的要求比较高，进而导致大棚膜面和钢构表面很容易出现结露、冷凝现象，会在一定程度上腐蚀钢结构，同时还会增加汇流箱、桥架、电缆、接线盒、光伏组件等设备运行安全隐患，如造成电气短路、降低施工寿命、电路板腐蚀、导电金属腐蚀、设备绝缘强度降低等。因此在这种高湿环境中，可以使用高效的抗电压诱导衰减组件。

（2）通过使用光伏技术，农业大棚顶部的塑料薄膜直接换成了光伏组件，这会大大增加结构荷载，进而在设计结构的过程中，需要进行建模计算，对构件受力做出相应的分析，在确保构件使用寿命和结构安全得到保证的基础上，最大限的使用轻型钢材，如几字钢、Z型钢、冷弯薄壁卷边槽钢等，进而减少结构用钢量，加强成本控制。大棚采光面可以用平坡来代替拱坡，将倾角控制在27°左右，将塑料薄膜替换成透光玻璃和电池板。另外在设计采光面的时候，光纤入射角度一般较小，如果角度过大，就会增加脊高高度，降低结构的合理性和科学性。并通过利用光纤反射原理，可以将光纤入射角度调整至50°，进而不会大大降低透光量。在设计日光温室的时候，为了更好的满足采光需求，一般需要降低控制在50°以上。

（3）根据实际情况，在光伏大棚中使用组串式或集中式逆变器。在组串式逆变器的方案中，太阳电池支路接入比较少，一般在2-3条，在两种以上规格、型号组成的太阳电池方阵中较为适用，另外在无法安装集中型逆变器、控制室面积有限、受光存在差异等大棚中也得到充分利用。其优势主要表现在系统组成方式的冗余性好、灵活性强，及时在发生故障停机之后，对整个系统所造成的影响也相对较小。集中型逆变方案中太阳电池支路接入的路数比较多，在有充足空间安装集中型逆变器；各太阳电池受光情况、方位角以及安装倾角差异较小、太阳电池方阵中电池的型号和规格一致等场合中较为适用。其优点主要是相较于组串式逆变器来说，逆变效率较高，单位成本低，在地面空旷的兆瓦级电站中较为适用。但是在农业大棚中，由于道路较小，且较为分散，从多方面综合考虑，一般主要还是使用串联式逆变器，在降低成本的同时，布置和敷设的难度也显著降低，且具有较强的灵活性。另外为了保证系统能够稳定运行，电气设备的防护等级通常要达到IP65以上，且在大棚外部安装。

三、结语

总的来说，在农业大棚中应用光伏技术，能够有效的降低其成本，并保证大棚内的农作物能够得到更好的生长。通过使用光伏技术，一方面能够实现农用地性质的改变，另一方面也很好的实现了大规模太阳能发电，是加大利用太阳能源的重要手段。

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