光伏農(nóng)業(yè)大棚初步評估

1、光伏農(nóng)業(yè)大棚初步評估報告前言太陽能光伏農(nóng)業(yè)大棚將光伏產(chǎn)業(yè)與農(nóng)業(yè)聯(lián)系起來,帶動綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展 ,有望實現(xiàn)真正的低碳、根據(jù)不完 示范點”,綠色和循環(huán)農(nóng)業(yè)?，F(xiàn)在我國溫室大棚農(nóng)業(yè)正處于快速發(fā)展階段， 光蔬菜大棚就有將近 64 萬公頃， 使得光伏農(nóng)業(yè)大棚有著光明的市場開拓空間。2009 年 10 月在江西上饒沙溪鎮(zhèn) ,光寶承建了國內(nèi)首個薄膜太陽能農(nóng)業(yè)大棚發(fā)電站。 全統(tǒng)計 ,在江西、廣西和江蘇 ,目前全國已有近 30 個薄膜太陽電池農(nóng)業(yè)大棚發(fā)電站的 部分實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。但到目前為止，還大都處于試驗示范階段，并沒有大規(guī)模的推廣和商業(yè)運用。 具體阻礙發(fā)展因素有以下幾點：成本高：一般農(nóng)業(yè)蔬菜大棚造價不超過100元/

2、米人2，造價最高的玻璃智能溫室大棚在700元/米人2，而光伏農(nóng)業(yè)大棚造價透光率和發(fā)電效率的矛盾： 透光率高，發(fā)電效率就降低，這兩者不可以兼得。 目前種植 豆芽、芽黃菜等不需要陽光的蔬菜最理想，葉菜類（特別是耐高溫高濕品種）對生長無 較為明顯影響。其余都待實驗驗證。且以上都沒有數(shù)據(jù)佐證。薄膜太陽能電池的壽命：晶硅電池在國際上得到證實的使用壽命超過30 年，而薄膜電池的使用壽命則說法不一， 商業(yè)模式是建立在薄膜電池的使用壽命為20年的基礎(chǔ)上的。土地利用率的問題：因為考慮光照角度及光線、結(jié)構(gòu)等問題造成土地利用率不高，選擇 性降低。財政補貼：國家對薄膜太陽能農(nóng)業(yè)大棚電站的補貼不高，今年兩會期間，曾有人

3、大代表 提議，在 “金太陽示范工程 ”項目補助 50%的基礎(chǔ)上，將資助比例提高到 70%。 種植作物的選擇問題： 因為要同時符合光伏農(nóng)業(yè)大棚特點、 市場和行情、 作物生長規(guī)律， 目前市場上還沒有找到一個成熟的模式。1、2、3、4、5、6、故此，我們在公司大棚種植以探討可行性種植模式。一、 光伏農(nóng)業(yè)大棚特點：1、太陽能板透光性薄膜太陽能的透光率和光與光合作用的關(guān)系如下圖所示。 因為陽光照射不僅與光合作用息息 相關(guān)， 且對果實中色素、 糖分等的影響， 因此光照時間對一些作物的成熟會有影響，光伏大 棚應(yīng)該把這些影響考慮在內(nèi)。現(xiàn)在的一些光伏大棚也會加 LED 燈增加光照時間。精品文檔18圖1、對不同波

4、長光的透光率20100300nm 360nm農(nóng)作物光合作用活性區(qū)紫外錢440nm660nm800nim可見光太陽光譜圖2、不同波長光與光合作用的關(guān)系光照對作物的影響，以西紅柿為例，根據(jù)西北農(nóng)業(yè)科技大學(xué)的研究，番茄種子最低發(fā)芽溫度為8 7C,最適溫度是20 25C,高于35C不少品種發(fā)芽率降低。據(jù)試驗，西紅柿每天日 照時數(shù)1416小時為最理想，但在光照充足的情況下，日照8小時也生長得很好。對光照度的要求以34萬勒克斯為宜，其光飽和點為7萬勒克斯。長期陰天，西紅柿易徒長，枝葉幼嫩、細弱，易落花落果，果實發(fā)育不充分，著色不良和平淡無味，產(chǎn)量減低。有人曾做 過試驗，把西紅柿從第一花穗開花時進行各種不同

5、日照的處理，大體1213天后，完全自然光照1 3穗花，平均落花僅15. 2%, 50%的自然光照則落花 62 . 9%, 15%的自然光 照落花高達91. 1 %。溫室內(nèi)自然溫度增加 3-5度（約27度），并且光照強度增加10000LX 處理下番茄果實蔗糖、果糖和可溶性糖積累明顯增加。2、保溫性能農(nóng)業(yè)大棚對保溫性能的要求高，在冬季保溫可以起到良好的促生長作用。不同作物對生長最適宜溫度不同，一般作物最佳生長溫度都在15到30度。雖然光伏大棚薄膜太陽能板吸收部分陽關(guān)，但由于四周密封，無法散熱，所以棚內(nèi)溫度仍大于棚外溫度。8月份取早上6點、中午12點，晚上6點三個階段時間棚內(nèi)外平均溫差分別 為0度、

6、6度、4度。在太陽光可以照射進棚內(nèi)的情況下溫度快速升高。白天棚內(nèi)溫度已經(jīng) 不適于植物生長。以西紅柿為例，生育適溫為 1328 C,同化作用最適宜溫度 2025C ;溫度低于15C生長 緩慢，且不能開花或授粉不良；5 C莖葉生長停止；1C以下開始凍死；30 C以上呼吸消耗大 于同化積累；35C以上影響開花結(jié)果；40C停止生長；42 C，空氣濕度在 50%以下就可能燒苗。種子發(fā)芽最低溫度為10C，最高35 C,最適宜2832C ；低于15C或高于30C都不利于西紅柿紅素的形成。，或者噴霧等所以大棚夏天可考慮打開周圍四壁通風(fēng)（或把壁面做成活動式或者可拆卸式） 降溫措施。3、其它通透性一般大棚設(shè)計要考

7、慮灌溉排水、 通風(fēng)、防雨雪風(fēng)霜。 四周壁面的自由拆卸組合 （可以調(diào)節(jié)氣 溫空氣，又可有效利用土地，利于風(fēng)昆蟲授粉） ，壁板材料的選擇以適應(yīng)不同氣候和種養(yǎng)殖 類型，通風(fēng)也可調(diào)節(jié)二氧化碳溶度。溫室大棚因為保溫等要求所以對密閉性要求很高。 但在夏天因為僅室外溫度已經(jīng)達到植物最 佳生長溫度， 所以以前的簡易大棚一般到夏天都會拆除或者給棚內(nèi)通風(fēng)、 噴水等以降低棚內(nèi) 溫度。同時通風(fēng)也可以降低棚內(nèi)的濕度。在不通風(fēng)的情況下，棚內(nèi)白天相對濕度可達6080% ，夜間經(jīng)常在 90%左右，最高達 100%。 棚內(nèi)適宜的空氣相對濕度依作物種類 不同而異，一般白天要求維持在5060% ，夜間在 8090%。為了減輕病害的

8、危害，夜間的濕度宜控制在80% 左右。大棚密閉性和透光性使得一些昆蟲難以進入大棚，從而不能對植物授粉。由于蜜蜂金 龜子等一些授粉昆蟲有趨光性，進入大棚后會在大棚內(nèi)會不停的撞透光板無法飛出去，在 中午炎熱高濕的環(huán)境下很快就會死亡?，F(xiàn)在大棚為了保溫， 在北方地區(qū)會再其中一面筑起土墻， 或者四面修一層基礎(chǔ)墻。 上面薄膜 用卷簾機控制開關(guān)。增加大棚內(nèi)的二氧化碳濃度可以明顯提高植物產(chǎn)量， 因為光合作用是一個吸收二氧化碳釋放 氧氣的過程。 同時二氧化碳是溫室氣體， 濃度越高保溫性越好。 以下為集中植物常見的二氧 化碳需求量：一般大氣中二氧化碳 CO2 含量不足 330PPm品種苗期（ ppm）開花期（ p

9、pm ）結(jié)果期（ ppm ）結(jié)果盛期黃瓜1500250035004500辣椒1500300038004600西葫1000200028003500西瓜1500260037004800西紅柿1200220034005100蕓豆900180024003300土豆1800290042003800西芹800 中期1200 后期1600草莓1200260036004600葡萄1400280041005500因此土地的利用率直接涉及單位成本的4、 農(nóng)業(yè)用地面積 因為光伏農(nóng)業(yè)大棚單位面積成本大大高于一般用地， 計算。 光伏農(nóng)業(yè)大棚在優(yōu)先考慮發(fā)電效率和作物經(jīng)濟價值的基礎(chǔ)上盡量提高土地利用效率。 在向陽面與被陰面

10、（有太陽能板面）根據(jù)不同的光照條件配置以對光照要求不同的植物。 光伏農(nóng)業(yè)大棚四周土地的利用： 光伏大棚四周墻面下一般大棚都極少利用， 在南方夏季氣候 合適時可以不做土或磚墻，利于利用土地。一些較高的大棚可用于立體農(nóng)業(yè)，提高空間利用率，用LED光補充光照。特別是用在育苗的時候，可把育苗床上架。藤蔓類作物可用架子或者繩索牽引往上生長。在防雨及灌溉設(shè)施較好的請款下可以減少排水溝和壟溝，硬化的路面便于人和器材通行即 可。二、光伏農(nóng)業(yè)大棚初步試驗過程1、實驗?zāi)康模簽轵炞C及量化各種作物在光伏農(nóng)業(yè)大棚下的生產(chǎn)性能, 件下的作物，充分發(fā)揮光伏農(nóng)業(yè)大棚的優(yōu)勢。以挑選出最適宜光伏農(nóng)業(yè)大棚條實驗起止時間和參與人員：

11、時間段8.6-8.19實驗條件和工具土壤類型：地處錢塘江邊，為砂粒細的砂質(zhì)土。當?shù)貧夂蝾愋停簛啛釒ШＱ笮詽駶櫄夂騾^(qū)，常年平均氣溫15.9 C,年均降雨量1187毫米，日照2002.9小時，無霜期233.5天。8月份氣溫在26-35度之間。工具：遮陽網(wǎng)、鋤頭、竹架、茅草、水桶、噴水壺、秤、溫度濕度計4、作物的選擇為體現(xiàn)實驗的普遍性和代表性，故初步選擇葉菜類：大白菜、莧菜、油麥菜說明：莧菜油麥菜木耳菜耐高溫、易于種植成活，生長速度快。大白菜要選用耐高溫品種， 生長周期短，怕雨淋瓜果類：西紅柿、黃瓜說明：是夏季常種植品種，但都有較短花期，需要注意人工授粉問題。及通風(fēng)降溫，以提高 坐果率根莖類：一點紅

12、蘿卜夏秋常見作物，水分要求高，比較耐高溫調(diào)味類：辣椒、小蔥小蔥對環(huán)境要求不高，也比較耐高溫。辣椒自花傳粉，不需要通過媒介傳播花粉5、場地平面圖（帶顏色的為棚內(nèi)）8.4號開始播種黃瓜（8.7發(fā)芽）莧菜（8.6發(fā)芽）茄子（8.9 發(fā)芽）黃瓜（8.7發(fā)芽）油麥菜（沒發(fā)芽）大白菜（8.6發(fā)芽）萬筍（沒發(fā)芽）萬筍（沒發(fā)芽）蘿卜（8.5發(fā)芽）蘿卜（8.5發(fā)芽）花（8.10發(fā)芽）花（8.10發(fā)芽）西紅柿 （沒發(fā) 芽）木耳菜（8.10發(fā)芽）向日葵向日葵枸杞枸杞木耳菜（8.10發(fā)芽）辣椒（8.9 發(fā)芽）小蔥（8.8 發(fā)芽）電箱茄子（8.9發(fā)芽）辣椒（8.9發(fā)芽）三、實驗過程1、記錄每天溫度濕度天氣狀況（包括棚內(nèi)

13、外兩份），早中晚三次表1、實驗期平均溫度記錄時間棚外棚內(nèi)對比6:0026.5 度26.5 度沒太陽情況下一致13:0033.7 度39.4 度棚內(nèi)溫度已不適合 植物生長18:0030.2 度36.7 度沒太陽后溫度逐步降低注：以上溫度為平均溫度。2、發(fā)芽時間表統(tǒng)計表格3、表2、發(fā)芽時間表品種棚內(nèi)棚外對比黃瓜3天3天同莧菜2天沒有同油麥菜沒發(fā)芽沒有同大白菜2天沒有同萬筍沒發(fā)芽沒有同蘿卜1天沒有同茄子5天5天同辣椒5天5天同小蔥4天沒有同木耳菜6天沒有同西紅柿沒發(fā)芽沒有同鳳仙花6天6天同向日葵沒發(fā)芽沒發(fā)芽同枸杞?jīng)]發(fā)芽沒發(fā)芽同表3、發(fā)芽率品種棚內(nèi)棚外對比黃瓜72.3%87.2%棚內(nèi)低于棚外莧菜85.

14、 0%沒有種正常油麥菜0沒有種尢發(fā)芽大白菜85.0%沒有種正常萬筍0沒有種無發(fā)牙蘿卜75%沒有種正常茄子68. 9%84.6%棚內(nèi)低于棚外辣椒64.1%78.3%棚內(nèi)低于棚外小蔥58.9%沒有種低于正常70%水平木耳菜69.0%沒有種低于正常70%水平西紅柿0沒有種沒發(fā)芽鳳仙花66.8%73.7%棚內(nèi)低于棚外向日葵0沒有種沒發(fā)芽枸杞0沒有種沒發(fā)芽表4、苗成活率品種棚內(nèi)棚外對比黃瓜58.4%94.7%棚內(nèi)低于棚外莧菜61.2%沒有種低于正常水平油麥菜0沒有種尢發(fā)牙大白菜94.3%沒有種正常萬筍0沒有種尢發(fā)牙蘿卜64.3%沒有種低于正常水平茄子79.7%95.3%棚內(nèi)低于棚外辣椒64.6%93.5

15、%棚內(nèi)低于棚外小蔥54.3%沒有種低于正常水平木耳菜90. 2%沒有種正常西紅柿0沒有種沒發(fā)芽鳳仙花71.4%90%棚內(nèi)低于棚外向日葵0沒有種沒發(fā)芽枸杞0沒有種沒發(fā)芽表5、生長狀態(tài)統(tǒng)計品種棚內(nèi)棚外對比黃瓜葉枯黃，基本停止生 長，80%分蘗（2-4葉）98%分蘗（4-6葉）， 葉稍黃，有蟲蛀（5%）棚內(nèi)低于棚外莧菜61.2% , 30%生長正常沒有種低于正常水平油麥菜0沒有種尢發(fā)芽大白菜94.3%，生長較慢，已 分葉沒有種正常萬筍0沒有種無發(fā)牙蘿卜64.3%，抽苗嚴重，易 倒伏。沒有種低于正常水平茄子79.7%，生長緩慢92.0%棚內(nèi)低于棚外辣椒74.6%，生長緩慢93.5%棚內(nèi)低于棚外小蔥54

16、.3%，生長緩慢，易枯苗沒有種低于正常水平木耳菜90. 2%，生長停滯，分蘗慢沒有種正常西紅柿0沒有種沒發(fā)芽鳳仙花71.4%，生長慢，苗嫩，2-4葉90%, 4-6 葉棚內(nèi)低于棚外向日葵0沒有種沒發(fā)芽枸杞0沒有種沒發(fā)芽4、實驗過程描述A實驗過程狀況種植行距：其中蘿卜、大白菜、萬筍、莧菜、小蔥撒播，行距15CM.。其余坑種，每坑鳳仙花、向日葵、西紅柿、木耳菜、黃瓜種子三粒，茄子、辣椒、枸杞5-6粒，間距15CM。翻土深度：播前地面全部翻過，播后覆土厚度為種子的2-4倍不等。中間沒有施肥，每天早（6點）、晚（6點）澆水2次。B特殊情況解釋天氣異常：因大棚漏水原因?qū)е聸_毀蘿卜（占20%）,萬筍（占2

17、0%）,木耳菜（25%）。同時因為大棚漏水的原因，小蔥、黃瓜、蘿卜、萬筍、木耳菜等在雨天都被水浸泡過。上述 數(shù)據(jù)已經(jīng)部分考慮因為大棚漏水浸泡造成的損失。因為正午是棚內(nèi)溫度很高，所以一般到中午地面水分就會蒸發(fā)完，空氣中濕度也較棚 外高。人為因數(shù)：丟失水桶一只C其它未知因數(shù)D數(shù)據(jù)的篩選提取標準：離均差：從已發(fā)芽作物生長狀態(tài)來看（沒有具體測量株高葉面大?。飪?nèi)單株個體差異率遠大于棚外（棚內(nèi)部分苗枯死的除外）。棚外作物基本生長速度保持一致，均勻度高。現(xiàn)在在整理數(shù)據(jù)的過程中，棚內(nèi)還是又發(fā)生枯死現(xiàn)象。5、數(shù)據(jù)描述數(shù)據(jù)整理并繪制對比圖表A、出芽率和成活率棚內(nèi)外比較圖3棚內(nèi)岀芽率成活率關(guān)系辣椒棚內(nèi)成活率口棚

18、內(nèi)岀芽率160140120100岀芽率/成活率 806040200品種棚內(nèi)外出芽率成活率比較岀芽率/成活率Q棚外成活率 口棚外岀芽率棚內(nèi)出芽成活率比較大白菜莧菜蘿卜黃瓜木耳菜 茄子茄子鳳仙花辣椒小蔥油麥菜萵筍護向日葵枸杞T_棚內(nèi)出芽率 棚內(nèi)成活率品種B、數(shù)據(jù)圖表說明圖3為棚內(nèi)外出芽率比較，結(jié)合表2可以看出，棚內(nèi)外種子的發(fā)芽時間并沒有受到影響， 但光伏農(nóng)業(yè)大棚對種子發(fā)芽率有顯著影響，棚內(nèi)發(fā)芽率比棚外低了超過10個百分點。棚內(nèi)外除未發(fā)芽的外，發(fā)芽時間也屬于正常范圍內(nèi)。圖4為棚內(nèi)外苗成活率比較，結(jié)合表5可以看出，棚內(nèi)外種苗的差異及其顯著。棚內(nèi)在土壤條件優(yōu)于棚外的情況下，苗弱，均勻度差，且黃瓜、莧菜、

19、蘿卜、小蔥在出苗后5-10天內(nèi)都有枯死現(xiàn)象發(fā)生，先是小部分葉子有枯黃卷曲或者根莖折斷倒伏，后面發(fā)展為逐步枯死。棚外除小部份黃瓜苗有蟲咬及葉子顏色稍偏黃之外，基本都正常生長分蘗。而且棚內(nèi)現(xiàn)在作物生長基本處于停滯狀態(tài)，分蘗慢，像鳳仙花、茄子、辣椒仍處于 種苗前期狀態(tài)，只有兩片由種子變化而來的葉子，棚外卻大多數(shù)有4-6片葉子，苗的高度和強壯度也超過棚內(nèi)，在無遮擋的情況下不倒伏。圖5和6分別為棚內(nèi)外出芽率和苗成活率的比較。從圖5可以看出，發(fā)芽率雖然較低，但接近70%的最低標準水平，且發(fā)芽率都比較整齊。而成活率卻大大低于標準水平， 且各個品種高低不等，像大白菜出芽率和成活率都很高，能達到種苗標準的就更少

20、了。棚外發(fā)芽率成活率都很整齊，沒有因為不同品種而出現(xiàn)很大的變化。棚外發(fā)芽率及成活率都超過正常的標準水平。特別是黃瓜，棚內(nèi)外成活率差異極大。圖7為棚內(nèi)所有品種出芽率成活率對比。有萬筍、向日葵、枸杞、油麥菜四格品種沒有發(fā)芽。其余品種可以看出，發(fā)芽率和成活率并不存在著直接的聯(lián)系。例如莧菜、蘿卜發(fā) 芽率高成活率卻很低，而木耳菜發(fā)芽率低于兩者，成活率卻非常高。三、結(jié)果分析1、對比結(jié)果在棚內(nèi)外兩個環(huán)境條件下，考慮到棚內(nèi)外影響因數(shù)有光照、溫度濕度、通風(fēng)、水分灌溉、土壤等得不同。以棚內(nèi)、外作物的生長作為觀測目標，在比較光伏農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)的 作物與大棚外的作物生長生產(chǎn)性能的差異，從而找出影響因數(shù)，進而為下一步制定解

21、 決方案提供基礎(chǔ)。都停留在 2-4葉（真葉） 階段。真葉）。 水桶1 人）質(zhì)量：從前面圖表及分析可以看出，光伏農(nóng)業(yè)大棚無論質(zhì)還是量上都與同條件下棚外 對比組存在較大差距。生產(chǎn)周期： 在苗發(fā)出 5 天后， 棚內(nèi)德苗株生長逐漸停止，其中蘿卜抽苗嚴重， 造成倒伏， 木耳菜和鳳仙花只有兩片由種子發(fā)育成的葉子 成本：因為對比實驗基礎(chǔ)條件都假定相同，成本平攤：種子200 元，鋤頭 10 元，13元，平整土地（ 3 人）2 個工作日，播種（ 1 人）1 個工作日，每天除草澆水（ 3-4 個小時。除：可用棚外種子播下去到種子發(fā)芽后 4天這段期間用到遮陽網(wǎng)（ 2*10 米，成本 200 元， 五年）。棚外雨天不

22、用澆水，棚內(nèi)雨天部分不漏水的地方仍需要澆水，其余地方需要排 水增加成本。綜上考慮，現(xiàn)在這個階段棚內(nèi)外的成本差異可以視為相同。操作便利：規(guī)?；a(chǎn)中模塊化、自動化程度：因為現(xiàn)階段只是小規(guī)模對比實驗，一些基礎(chǔ)沒有 配備完整。考慮到光伏農(nóng)業(yè)大棚是有限的空間，環(huán)境控制方面較為容易，將來在大規(guī) 模生產(chǎn)運用過程中有較為便利的優(yōu)勢。多種作物的相互影響（為下一步混種等坐參考） ：現(xiàn)在還無法看出2、分析原因根據(jù)以上的結(jié)果，可以考慮以下幾個原因造成。從以下幾個角度：A關(guān)于萬筍、油麥菜、向日葵、枸杞四種作物沒有發(fā)芽：萬筍、油麥菜是一種耐寒作物，其種子對發(fā)芽溫度要求較低，在15 C左右最好，發(fā)芽率可達93%X上；超過

23、25C，種子發(fā)芽就成困難；超過35C，種子基本上不發(fā)芽。日葵和枸杞可能是種子的原因，因為大棚內(nèi)外都沒有發(fā)芽。B、發(fā)芽的作物總體發(fā)芽時間和發(fā)芽率正常，可以認為只要溫度、水分充足，光伏農(nóng)業(yè) 大棚并不會對種子發(fā)芽造成不良影響，這也與前面提到的其它公司進行的在光伏農(nóng)業(yè) 大棚內(nèi)悶豆芽、芽黃菜成功的例子相佐證。C、關(guān)于生長速度慢及枯死的問題：當幼夜間辣椒出苗前地溫須控制在 20C左右，白天氣溫控制在 28 30 C,夜間1820C。 苗出齊、子葉平展后，為防止幼苗徒長，適當降低氣溫，白天控制在2527C,1718C。因為大棚內(nèi)白天溫度遠超過最適溫度，加上雨天被水浸泡過好多次，所以 生長受影響。黃瓜枯苗原因大致有以下幾點：病害和氣候 危害黃瓜葉片并最初表現(xiàn)在子葉上的病害有：細菌性角斑病、枯萎病、黑星、炭疽、 疫病，其他危害葉片的病害還有：霜霉、白粉。這些病即有可能是種子帶來的也有可 能原先土壤里就存在。但由于棚外的苗與里面相同，卻沒有發(fā)病。而土壤只種植過一季，且棚內(nèi)黃瓜苗（ 85%）都帶有這些癥狀，所以是病害的可能性較低。而且有研究表 明利用高溫悶棚法還可以有效減少黃瓜枯萎病和結(jié)線蟲。黃瓜第一片真葉到 4、5片真葉是最敏感的時期，白天保