談及太陽能光伏日益滲入普通民眾生活的應(yīng)用問題，不得不提及“光伏農(nóng)業(yè)大棚”。太陽能光伏大棚溫室是一種新型的溫室，是在溫室的部分或全部向陽面上鋪設(shè)光伏太陽能發(fā)電裝置的溫室，能供給棚內(nèi)照明等所需電力，為農(nóng)作物提供適宜的生長環(huán)境，剩余的電還能并網(wǎng)。如今，從光伏農(nóng)業(yè)大棚“出世”的作物不僅可以有蔬菜瓜果，還可以是高山茶葉等。下面，跟隨本文來深入了解一下我們新鮮而又熟悉的光伏農(nóng)業(yè)大棚。

　　一、背景介紹：

　　1、能源匱乏：我國的能源結(jié)構(gòu)以煤為主，是世界上最大的煤炭消費(fèi)國，相對于巨大的人口基數(shù)，面臨的能源資源形勢十分嚴(yán)峻。

　　2、環(huán)境污染：礦產(chǎn)資源能源等非可再生能源的生產(chǎn)和消費(fèi)，對環(huán)境造成了極大的破壞和污染，節(jié)能減排形勢嚴(yán)峻。

　　3、電力緊缺：農(nóng)業(yè)大棚地理位置以農(nóng)村、郊區(qū)為主，電力等能源非常短缺，傳統(tǒng)電網(wǎng)難以到達(dá)這些地區(qū)。

　　4、國家政策：能源問題，農(nóng)業(yè)問題越來越受到國家重視及相應(yīng)的政策傾斜。《太陽能光伏產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》已將太陽能光伏生態(tài)大棚電站的模式劃定為BIPV（光伏建筑一體化）示范項(xiàng)目，享受國家財(cái)政補(bǔ)貼。

　　二、光伏農(nóng)業(yè)大棚介紹：

　　光伏是將太陽光輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的新型發(fā)電系統(tǒng)。大棚的“升溫、保溫”一向是攪擾農(nóng)戶的重點(diǎn)問題。“光伏農(nóng)業(yè)大棚”，有望解決這一難題。由于夏季的高溫，在6-9月份眾多品類的蔬菜無法正常成長，而“光伏農(nóng)業(yè)大棚”如同在農(nóng)業(yè)大棚外表添補(bǔ)了一個(gè)分光計(jì)，可隔絕紅外線，禁止過多的熱量進(jìn)入大棚；在冬季和黑夜的時(shí)候，則能禁止大棚內(nèi)的紅外波段的光向外輻射，降低晚上溫度下跌的速度，起到保溫的作用。

　　“光伏農(nóng)業(yè)大棚”能供給農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)照明等所需電力，剩余的電還能并網(wǎng)。在“光伏農(nóng)業(yè)大棚”離網(wǎng)體系中，可與LED體系相調(diào)配，白天發(fā)電保障植物的成長；黑夜LED體系可應(yīng)用白天發(fā)的電，給植物供給光照。

　　三、系統(tǒng)原理：

　　組件：以半透明非晶薄膜為主，可以根據(jù)需要做透光度，亦可做柔性。

　　四、應(yīng)用原理：

　　太陽光入射到地球表面包括：紫外線、可見光及紅外線。

　　紫外線占 7% （改變植物物質(zhì)結(jié)構(gòu)，具有破壞性）

　　可見光占 71% （提供照明、供植物光合作用）

　　紅外線占 22% （產(chǎn)生熱能）

　　農(nóng)作物光合作用示意圖

非晶硅單結(jié)薄膜透光組件光譜透過率

　　太陽光譜在280 ~ 315nm時(shí)，對植物形態(tài)與生理過程的影響極小；

　　太陽光譜在315 ~ 400nm時(shí)，植物對葉綠素吸收減少，影響光周期效應(yīng)，阻止植物莖伸長；

　　太陽光譜在400 ~ 520nm（藍(lán)光）時(shí)，植物對葉綠素與類胡蘿卜素吸收比例最大，對光合作用影響最大；

　　太陽光譜在520 ~ 610nm時(shí)，植物對色素的吸收率不高；

　　太陽光譜在610 ~ 720nm（紅光）時(shí)，植物對葉綠素吸收率低，對光合作用與光周期效應(yīng)有顯著影響；

　　太陽光譜在720 ~ 1000nm時(shí)，吸收率低，刺激細(xì)胞延長，影響開花與種子發(fā)芽；

　　太陽光譜大于1000nm時(shí)，太陽能將轉(zhuǎn)換成為熱量。

　　（以上數(shù)據(jù)具有普遍代表性，具體到某品種可能有差異）

　　總結(jié)：因此太陽光譜在400 ~ 520nm（藍(lán)光）和太陽光譜在610 ~ 720nm（紅光）這兩個(gè)區(qū)間最有利于植物生長。為了增加植物所需要的光譜，可以采用兩種方式：屋頂薄膜太陽能電池板和普通透明白玻璃間隔排列；采用LED燈補(bǔ)充植物需要的光譜，達(dá)到植物生長的光環(huán)境。同時(shí)，非晶硅薄膜太陽能組件發(fā)電需要的主要光譜為 600nm，對紫外線幾乎不透過，能有效阻擋紫外線對植物的生長影響。發(fā)電的同時(shí)確保植物光合作用有效進(jìn)行，并起到有效的保溫作用。

　　五、建筑方案（利海宏威示例）：

　　六、光伏大棚溫室系統(tǒng)可選配置：

　　1、開窗系統(tǒng)（以達(dá)到通風(fēng)降溫的效果）

　　例如 濕簾—風(fēng)機(jī)降溫系統(tǒng) ：利用水的蒸發(fā)降溫原理實(shí)現(xiàn)降溫目的。特制的濕簾能確保水均勻地淋濕整個(gè)降溫濕簾墻，當(dāng)空氣穿透濕簾介質(zhì)時(shí)，與濕潤介質(zhì)表面進(jìn)行水氣交換以實(shí)現(xiàn)對空氣的加濕與降溫。

　　2、噴霧系統(tǒng)（對于溫室不僅起灌溉作用，還可以起到降溫，調(diào)節(jié)濕度，葉面施肥等作用）

　　3、LED 植物生長燈（400 ~ 520nm--藍(lán)色的光線以及 610 ~ 720nm--紅色光線，對于光合作用最大。520 ~ 610nm--綠色的光線，被植物色素吸收的比率很低）。通過改變電流可以使LED發(fā)出不同顏色的光，LED還可以方便地通過化學(xué)修飾方法，調(diào)整材料的能帶結(jié)構(gòu)和帶隙，實(shí)現(xiàn)紅黃綠蘭橙多色發(fā)光。如小電流時(shí)為紅色的LED，隨著電流的增加，可以依次變?yōu)槌壬S色，最后為綠色。

　　葉綠素 a，b 的吸收峰

　　選擇藍(lán)紅 LED 燈，兩種波長的光線，覆蓋光合作用所需的波長范圍。藍(lán)色(470nm)和紅色(627nm)的 LED燈，可以提供植物所需的光線。

　　七、應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：

　　1.光伏發(fā)電效益

　　一部分對棚內(nèi)設(shè)施供電，多余部分可以并網(wǎng)出售或蓄電池儲存夜間使用。

　　2.社會經(jīng)濟(jì)效益

　　提高土地利用率：可以在向陽面和背陰面根據(jù)不同的光照條件配置以對光照要求不同的植物；較高的大棚可以構(gòu)建立體農(nóng)業(yè)，借用LED進(jìn)行補(bǔ)光，例如在育苗時(shí)，可以把育苗床上架等。在一定的土地空間上，光伏農(nóng)業(yè)大棚實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)作物經(jīng)濟(jì)和能源發(fā)電效益的“雙贏”。

　　促進(jìn)農(nóng)民再就業(yè)：可以解決一部分農(nóng)民以及40-60農(nóng)村留守人員的就業(yè)。

　　農(nóng)業(yè)高效規(guī)模化的示范作用：溫室大棚與屋頂技術(shù)相結(jié)合的光伏大棚，不僅可以保證棚內(nèi)設(shè)施的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，還可以儲存雨水、雪水等循環(huán)利用，是集低碳、節(jié)能、環(huán)保、旅游于一身的新型高科技農(nóng)業(yè)生態(tài)建設(shè)項(xiàng)目。

　　這極大地促進(jìn)了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向工業(yè)化農(nóng)業(yè)的發(fā)展，也對地區(qū)的農(nóng)業(yè)發(fā)展起到了良好的示范作用。實(shí)現(xiàn)了農(nóng)民、企業(yè)、政府的“多贏”局面。

　　觀光旅游和生態(tài)農(nóng)業(yè)一體化：“光伏生態(tài)大棚”還可與旅游結(jié)合構(gòu)建觀光農(nóng)業(yè)，與社區(qū)農(nóng)產(chǎn)品需求結(jié)合，構(gòu)建社區(qū)農(nóng)場，與市民體驗(yàn)結(jié)合構(gòu)建開心農(nóng)場等集高效種植、農(nóng)業(yè)科普、休閑觀光于一體的新型農(nóng)業(yè)項(xiàng)目。

　　八、經(jīng)濟(jì)效益分析：

　　目前我國政策為：

　　金太陽工程補(bǔ)貼：約11元/W

　　光伏建筑一體化補(bǔ)貼：7.5元/W

　　農(nóng)業(yè)清潔能源補(bǔ)貼：上限10元/W

　　分布式光伏電價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：1元/kwh

　　《太陽能光伏產(chǎn)業(yè)“十二五”規(guī)劃》已將太陽能光伏生態(tài)大棚電站的模式劃為光伏建筑一體化示范項(xiàng)目，享受國家財(cái)政補(bǔ)貼，根據(jù)電費(fèi)收入、作物利潤等，華盛綠能、保定天威、東方日升等進(jìn)軍光伏大棚的公司給出的結(jié)論是—6-8年收回成本。光伏大棚的經(jīng)濟(jì)效益主要由光伏發(fā)電并網(wǎng)補(bǔ)貼和農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)效益構(gòu)成。一般農(nóng)業(yè)蔬菜大棚造價(jià)不超過100元/平方米，而光伏農(nóng)業(yè)大棚造價(jià)目前大概為每畝15萬元。