光伏农业大棚发展现状分析

孙亚楠 徐明磊

（河南质量工程职业学院，河南 平顶山 467001）

太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的清洁能源，极具开发利用潜力[1]。常规光伏项目需要占用大量的土地资源，而且占用后土地无法发挥其他作用。利用光伏农业大棚可将太阳能资源应用于农业生产中，可减少农业资本与土地投入，同时把清洁能源、绿色环保等主题结合起来，达到既能增产增收，又能节能减排的目的[2]。

相比传统农业大棚，光伏农业大棚可通过光伏发电为农业生产创造额外收益。光伏农业大棚还可以建成阳光房式，拥有较大空间，可实施机械化作业，甚至形成观光光伏农业，创造额外的收益。光伏农业大棚也为国家扶贫提供了新的选择，通过产业捆绑，使边远地区的贫困户不再为温饱发愁、不再为用电发愁[3]。

1 光伏农业大棚概述

1.1 光伏农业大棚系统简介

光伏农业大棚是在农业大棚的棚顶安装光伏装置，在大棚内种植农作物的一种综合设施。它是在原有耕地面积的基础上合理安装光伏装置，在一定的空间内高效利用资源，在实现农业丰收、获得额外发电的经济效益时，还能实现节能减排[7]。

1.2 常见的光伏农业大棚种类

1.2.1 阳光房式光伏农业大棚。通常，在阳光房式农业大棚的南侧，发电组件和专用附框与钢骨架柔性连接；北侧屋顶部位采用普通夹胶玻璃；南北侧立面采用钢化大板玻璃。此类型大棚成本较高，但装机量大，可添加其他辅助设备，建成观光旅游和生态农业一体化的智能新型农业大棚。

1.2.2 塑料大棚外加装太阳能组件式。通常，大棚顶棚采用普通塑料薄膜，棚内支撑采用普通铝合金，组件支架采用热镀锌钢。此类型大棚结构简单，成本低廉，装机量较小，基本无附加智能设备。

1.2.3 简易式光伏大棚。通常，此类大棚顶棚采用隐框单坡采光顶结构，主钢结构采用钢桁架形式，前后钢结构立柱基础为钢筋混凝土基础，顶棚支撑结构为主次檩条方格布置形式。此类型大棚成本和装机量适中，可选安装的智能设备不多，属于经济适用型大棚。

1.2.4 连栋式光伏大棚。此类型大棚保温性能较差，适用于中、低纬度的南方地区使用，一般用于种植花卉和育苗。

1.2.5 光伏养殖大棚。将光伏大棚与养殖业结合，保温性能一般要求不高，光伏组件可以安装在棚顶，组件之间的间隙采用密封条做防水处理，并根据需要增加采光带。

1.3 光伏农业大棚的优势

相比普通农业大棚，光伏农业大棚在种植周期、使用寿命、经济效益及节能环保方面均具有明显的优势，如表1所示[8]。

2 国内外光伏农业大棚发展现状

2.1 国内发展现状

相比发达国家，我国对光伏的应用起步较晚。与此同时，我国的农业大棚数量及面积高居世界第一，除了简易的小拱棚外，塑料及日光温室大棚面积超过250万hm2，为光伏农业大棚的发展及普及奠定了基础。

我国《太阳能光伏产业“十二五”发展规划》已将太阳能光伏生态大棚电站的模式划为光伏建筑一体化示范项目，享受国家财政补贴。2017年，进军光伏大棚的公司如华盛绿能、保定天威、东方日升等得出的结论是6～8年能回收成本[4]。在目前太阳能电池价格下降的情况下，这个时间会更短。吴楠等通过对国家政策及我国光伏农业大棚发展现状的分析，指出“新能源+新农业”代表了农业绿色转型发展的方向，代表了国计民生的根基，光伏为传统农业注入了新的生命力[3]。

祁娟霞等针对宁夏回族自治区不同光伏温室和大棚冬季室内环境进行比较，综合分析得出，光伏日光温室环境总体优于普通大棚，光伏阳棚与普通大棚接近，光伏日光温室、光伏阳棚、普通大棚均适宜果菜越冬生产，光伏双膜双网大棚冬季温度低于0℃，不适宜食用菌栽培，光伏阴棚温室环境仍适宜食用菌栽培[5]。

虽然光伏在我国农业中的应用日趋成熟，但大部分光伏农业大棚仍为实验性光伏农业大棚。2009年，我国光伏在农业上装机容量约为0.9 MW，2014年超过了1100.0 MW。截至2015年年初，我国光伏农业大棚项目已接近500个。2015年7月，20 MW光伏农业科技大棚发电站在山东省章丘市现代循环农业示范园全面竣工，总占地面积11.33 hm2。2016年4月，位于贵州省安龙县兴隆镇的大秦光伏农业科技示范园全面建成。山东省郓城鑫华40 MW光伏扶贫电站于2017年3月并网发电，是2016年山东省第一批国家级扶贫项目[6]，建设之初就设计为农光互补模式。

2.2 国外研究现状

国外光伏与农业结合开始的时间远远早于我国。目前，国外的光伏农业大棚主要集中在日本及欧美国家，不仅科技水平高，而且有政策支持。欧美地区多应用晶硅电池、玻璃温室大棚，可以通过数字化管理提高生产效率。

20世纪50年代，美国科学家Chapin等首次成功使用单晶太阳能电池，预示着光伏供电技术的成立。1996年，美国学者Elsevier Journal介绍了一种可用于单轴太阳集中系统的跟踪系统，并将该新系统用于农业补光，该系统将光伏组件的接收率提高了15%。2019年，John Robertson等发现混合光伏热系统可以将红外线与可见光分离，允许通过光谱优化机制单独收集，以提高总效率，设计并制造了一个透射光谱分裂集中器光伏模块，最大化转换太阳能。

荷兰是世界光伏农业大棚强国之一，拥有欧洲最大、生产效率最高的光伏农业大棚，而且均实施自动化管理。而且荷兰拥有独立自主的光伏农业大棚建筑公司、电子设备，形成了完善的温室产业。意大利、西班牙等国家光伏农业大棚发展同样迅速。日本是亚洲光伏农业大棚发展程度最高的国家。日本温室大棚多采用非晶体硅薄膜电池。自2011年福岛核泄漏事件后，日本在福岛建立复兴太阳能农业园，为当地安装了约2100个太阳能电池板，用于农业生产，促使农业产量大幅度上升，不仅供给当地居民用电，而且出售给当地的电力公司。

美国是世界上第一个采用光伏发电的国家，于20世纪90年代就提出了“百万屋顶阳光计划”。这是一个大型光伏工程，计划总发电量高峰时可供超过9万家庭使用。

3 我国光伏农业大棚发展存在的问题

相比传统的农业大棚，虽然光伏农业大棚具有相当大的优势，但仍然存在一些不足，如成本较高、发展政策不完善等，严重阻碍了光伏农业大棚的推广、应用。

3.1 成本较高

建设光伏农业大棚前期的成本投入较高，大多数农民无法承担前期高昂的投入成本。在农业大棚运营期间，检测、维修设备也需要一定的资金投入。国家对光伏农业大棚的补贴较低，从而间接影响了光伏农业大棚的推广、应用。对此，需政府加大补贴力度，支持农户投入光伏农业大棚建设。

3.2 技术体系不完善

光伏农业大棚的相关技术不够成熟是导致其推广、应用受阻的重要因素。晶体硅电池板、非晶体硅电池板透光率极差，严重影响了作物光合作用。要想增加太阳能电池板的功率，就需要增大电池板面积，这便会降低大棚内部的透光率。对此，需要经过更多模型的测定及检测，形成标准的技术体系。

3.3 产业发展政策不完善

目前，光伏农业大棚项目在我国仍属于新兴项目，光伏与农业相结合的关键技术还处在研究阶段，光伏农业大棚没有得到大幅度推广。而且国家仅仅只是单一地对农业或光伏产业进行补助，没有对光伏与农业融合发展进行政策补贴。对此，应从实际出发，在不影响农业生产的基础上，针对光伏与农业融合发展提供支持政策，才能更好地推动光伏农业产业健康、可持续发展。