青海地区不同结构光伏日光温室建造技术探讨＊

贺慧霞，张广楠，陈来生**（.青海大学财经学院，西宁 8000；.青海大学农林科学院，青海省蔬菜遗传与生理重点实验室，西宁 8006）

日光温室与光伏发电相结合的光伏日光温室，既可在温室内蔬菜果品的正常生产，又可发电，具有农业作物经济和能源发电效益的“双赢”效果[1]，不仅提高了土地利用率，还实现了农民、企业、政府的“多赢”局面，成为集高效种植、农业科普、休闲观光于一体的新型农业项目。青海高原是中国光照资源最丰富的地区，利用光能和发展设施农业[2]，近年来陆续建造了一批光伏日光温室，总结和分析不同结构的光伏日光温室，对于以后光伏日光温室健康发展具有重要的意义。

青海省光伏日光温室主要结构形式

土墙日光温室+后置光伏

该类型位于青海省大通县蔬菜园区，利用原有的半地下式土墙日光温室为基础，将土墙结构的日光温室后墙中浇筑钢立柱，后墙外再立一钢架立柱，形成2道立柱，支撑光伏板，建造而成的光伏日光温室，即生产种植蔬菜果品，又进行光伏发电，并利用光伏发电在冬季通过电热转化补充温室温度，实现温室高效生产。

日光温室的结构参数为跨度10 m，后墙和山墙为机械碾压土墙，墙体厚度为底部(±0.000m处)3.6～4.0 m，墙体顶高处厚度为1.80～2.00 m，温室高度4.3 m，温室后坡仰角43°，温室长度依据当地地形确定，为70～86 m，温室净面积670 m2以上，畦面下深0.8～1.4 m，成半地下式（或坑式）温室。前后温室间距6 m，座北朝南，偏西5～7°，温室骨架为间隔距离1米的桁架钢框架结构，温室内有钢管或砼预制件的中立柱。前坎为砼浇筑圈梁，前棚用0.12 mm棚膜，采用中置式电动卷帘结构的保温被进行夜间保温（图1～2）。

图1 土墙日光温室+后置光伏示意图

图2 土墙日光温室+后置光伏实景图

土墙日光温室+前置光伏

该类型位于青海省互助县蔬菜园区，利用原有的日光温室建造光伏温室，其结构与图1温室结构相同，不同的是，该类型光伏温室是将土墙结构的日光温室前棚面加装钢架支撑光伏板，后墙顶端加一预埋件的砼浇筑横梁，连接立柱支撑光伏板框架体，光伏板置于钢框架上，横向连通，每2道中间留空，用于温室光照（图3～4）。日光温室的结构参数相同于上述的土墙日光温室。

图3 土墙日光温室+前置光伏示意图

图4 土墙日光温室+前置光伏实景

土墙日光温室+顶平铺光伏

该温室位于青海省湟中县李家山设施农业基地，利用土墙日光温室，在温室墙体外加装高于温室高度1 m以上的钢架，在钢架上平铺光伏板，光伏板间隔距离3～5 m，构建成顶平铺式光伏日光温室（图5），现已拆除。

图5 土墙日光温室+顶平铺光伏示意图

加气块框架结构日光温室+后置光伏

上述3种光伏日光温室是利用原有的日光温室建造光伏温室，此种光伏日光温室是新建光伏日光温室，位于青海省同仁县设施园区，该光伏温室采用间隔距离1 m的无立柱桁架钢骨架，墙体为框架结构填充加气砖，温室跨度9 m，光伏系统采用1立柱支撑光伏板，立柱置于温室内后墙前的通道上，顶穿后屋面的结构（图6～7）。

图6 加气块框架结构日光温室+后置光伏示意图

图7 加气块框架结构日光温室+后置光伏实景

不同光伏日光温室的特点

利用旧棚建造的光伏温室减少光照、影响生产

前3种光伏日光温室全部为利用现有的日光温室结构，加装光伏建造完成。从实际看，对后面的温室产生了不同程度的遮光，特别是冬季遮光时间比较长，影响了温室内蔬菜果品的正常生长，主要原因是原有温室跨度、高度、温室间距都是经过设计与计算分析后建造的，特别是棚间距离保证了前后温室在冬至时都能够达到光照，确保温室获得最大的热量。其中，土墙日光温室+前置光伏结构影响最大，基本上一年四季难以使温室获得充足的光照，采用前棚面上加装光伏板后，遮光面积占比大，造成后温室内植物生长难以获得最大光照，以至于放弃了蔬菜种植，使原有的设施蔬菜生产基地成为光伏发电基地。

旧棚建改造的光伏温室影响现有温室结构

土墙日光温室+后置光伏中，光伏板立柱是加装的，在温室后墙体中挖深洞浇筑立柱，与后屋面紧密相连，由于光伏板承载风的面积大，当遇到大风天气时，放置于温室顶部的光伏板造成摇动，对相连的后墙和后屋面的保温性和温室的密闭性造成一定的损害，应在建筑结构上的联结应该分离，形成独立支撑结构比较适合于风大地区。其次是放置于日光温室顶部的光伏板在降水时，形成了集水面，对土墙形成了淋蚀效应，素土结构的后墙和后屋面长期雨水冲刷淋蚀后，损坏了温室墙体结构，特别是强降水过程和部分持续降水地区易出现后墙体坍塌和淋洞，需要耗费大量人力物力进行维修。

新建光伏温室热桥面积大、保温性能差

加气块框架结构日光温室+后置光伏是新建的光伏日光温室，棚间距离的设计保证了前后光伏温室互不影响光照。但光伏板布置于穿后屋面的立柱上，一是在施工上难以对后屋面进行密闭性处理，二是穿顶的钢立柱贯穿日光温室后屋面内外，形成载热面积大的热传导体，造成温室大量热量散失，三是钢立柱支撑光伏板后，受到大风的影响大，光伏板晃动后使后屋面与立柱的缝隙越来越大，成为该温室严重散热通道。四是光伏板距离温室屋脊距离大，光伏板高悬与顶部，对于后面的温室采光影响大，可降低高度，适宜高度为卷起的保温被不影响光伏板光照，正常发电。

电力经济效益

假设采用土墙日光温室+前置光伏结构进行建设，每个大棚占地667 m2来计算，顶部组件为一个光伏系统，大棚顶部组件为5排22列，每2列为一组共11组，每2组隔2 m作为透光，共需要110块组件，假设采用325 Wp 的组件，倾角选用45°，峰值日照小时数用1629 h，装机量为35.75 kW，考虑组件衰减效率为98.00%，系统效率为83.29%，年发电量可达47535.28 kW•h，节约煤炭14562 t，按照青海电网与光伏企业的实际结算价0.2277元/kW•h来计算发电年收益大概为10823.8元，其余光伏日光温室发电量计算过程与土墙日光温室+前置光伏结构计算一致，在计算过程中考虑组件的安装倾角即可。但是综合多方考虑将发出的电力用于温室用电和农业用电经济效益较高。

发展建议

改进现有光伏日光温室结构

光伏日光温室是新型的日光温室结构，即要保证设施内植物的正常生长[3]，又要利用设施基地的空间建造光伏电站发电，但目前看，没有科学合理的光伏日光温室结构，需要尽早开展该类型日光温室的设计研究，为今后的大规模建造提供技术支撑。

增加联结分离设计

旧棚利用型光伏温室和新建光伏日光温室设计中，光伏和日光温室在建筑结构上的联结应分离设计[4]，形成相对独立的光伏板支撑结构，不造成对温室的影响为宜，特别是风沙比较大的地区。对光伏板集水面易于造成淋蚀的后前提顶部和后屋面进行防水处理，同时，也可以建立雨水集水系统，进一步利用降水资源循环利用。

调节光照影响

利用旧棚建造的光伏温室，光照影响难以改善，为增加温室内植物产量和质量，比较有效的方法有四种，一是调整种植结构，改种耐阴和耐低温植物品种，打造青海省有机食用菌生产基地和高原夏季冷凉蔬菜基地或根据温室内前后不同的光照条件配置对光照要求不同的植物，东西向起垄种植。二是对日光温室进行光补充，可以在温室内增加LED补光系统，增加光照。三是热量补充，利用电热转换设施对温室进行热量补充。四是采用新型日光温室专用的塑料薄膜，如PO膜等，增加日光温室棚面的透光率，提高产量和质量。