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1、光伏農(nóng)業(yè)大棚背景介紹: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(duì)于巨大的人口基數(shù),面臨的能源資源形勢(shì)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(duì)環(huán)境造成了極大的破壞和污染,節(jié)能減排形勢(shì)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
2、棚的“升溫、保溫”一向是攪擾農(nóng)戶的重點(diǎn)問題?!肮夥r(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(zhǎng),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(zhǎng);黑夜led體系可應(yīng)用白天發(fā)的電,給植物供給光照。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。應(yīng)用原理:
3、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(duì)植物形態(tài)與生理過程的影響極??; 太陽光譜在315 400nm時(shí),植物對(duì)葉綠素吸收減少,影響光周期效應(yīng),阻止植物莖伸長(zhǎng); 太陽光譜在400 520nm(藍(lán)光)時(shí),植物對(duì)葉綠素與類胡蘿卜素吸收比例最大,對(duì)光合作用影響最大; 太陽光譜在520 610nm時(shí),植物對(duì)色素的吸收率不高; 太陽光譜在610 720nm(紅光)時(shí),植物對(duì)葉綠素吸收率低
4、,對(duì)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(zhǎng),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(zhǎng)。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(zhǎng)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(duì)紫外線幾乎不透過,能有效阻擋紫外線對(duì)植物的生長(zhǎng)影響。發(fā)電的同時(shí)確
5、保植物光合作用有效進(jìn)行,并起到有效的保溫作用。建筑方案(天威薄膜示例):類型一類型二 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(rùn)介質(zhì)表面進(jìn)行水氣交換以實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣的加濕與降溫。2、噴霧系統(tǒng)(對(duì)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(zhǎng)燈(400 520nm-藍(lán)色的光線以及 610 720nm-紅色光線,對(duì)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)
6、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?,黃色,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(zhǎng)的光線,覆蓋光合作用所需的波長(zhǎng)范圍。藍(lán)色(470nm)和紅色(627nm)的 led燈,可以提供植物所需的光線。應(yīng)用優(yōu)點(diǎn): 1.光伏發(fā)電效益一部分對(duì)棚內(nèi)設(shè)施供電,多余部分可以并網(wǎng)出售或蓄電池儲(chǔ)存夜間使用。 2.社會(huì)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(duì)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),
7、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)?;氖痉蹲饔茫簻厥掖笈锱c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(chǔ)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(duì)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(chǎng),與市民體驗(yàn)結(jié)合構(gòu)建開心農(nóng)場(chǎng)等集
8、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(rùn)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。分析一:分析二:建一個(gè)100米10米的
9、標(biāo)準(zhǔn)太陽能光伏蔬菜大棚需投資85萬元,但5年半即可收回全部投資,大棚壽命可長(zhǎng)達(dá)25年。以一個(gè)黃瓜大棚為例,一個(gè)大棚可產(chǎn)黃瓜2.5萬公斤,按平均價(jià)每公斤6元算,可賣15萬元。光伏發(fā)電一年10萬度,按國家政策收入10萬元??鄢嚓P(guān)成本后,一個(gè)棚年純收入可達(dá)18多萬元,5年半時(shí)間足可收回全部投資。分析三:風(fēng)險(xiǎn)分析:1.政府扶持政策變動(dòng)目前財(cái)政補(bǔ)貼政策的變化不會(huì)給公司生產(chǎn)經(jīng)營業(yè)績(jī)帶來很大的風(fēng)險(xiǎn),但是對(duì)于光伏農(nóng)業(yè)大棚,若補(bǔ)貼政策發(fā)生變動(dòng),將對(duì)企業(yè)的經(jīng)營成果產(chǎn)生不利影響。2.自然災(zāi)害的影響臺(tái)風(fēng)、洪水等突發(fā)性災(zāi)害;地面沉降、土地沙漠化、干旱等在較長(zhǎng)時(shí)間中才能逐漸顯現(xiàn)的漸變性災(zāi)害都將是影響光伏大棚正常作物生長(zhǎng)
10、的風(fēng)險(xiǎn)因?,F(xiàn)存問題:由于薄膜光伏太陽能農(nóng)業(yè)大棚模式在我國才剛剛啟動(dòng),而且多為示范區(qū),太陽能裝機(jī)容量普遍較小,目前并沒有大規(guī)模推廣,還存在諸如前期投入成本較高、太陽能發(fā)電與農(nóng)作物生產(chǎn)相結(jié)合關(guān)鍵技術(shù)不成熟、運(yùn)營保障技術(shù)不到位以及國家扶持資金比例不高等問題。具體體現(xiàn)為:(一)前期投入成本很高,農(nóng)業(yè)企業(yè)或農(nóng)民獨(dú)自承擔(dān)不起目前,我國的非晶體硅薄膜光伏太陽能電池生產(chǎn)線大部分引自國外,國內(nèi)企業(yè)并不掌握太陽能電池制造的核心技術(shù),加之近年來原材料價(jià)格步步攀升,導(dǎo)致我國的太陽能電池生產(chǎn)成較高。據(jù)調(diào)查,一塊非晶體硅薄膜太陽能電池板(長(zhǎng)1.4米,寬1.1米)的內(nèi)銷價(jià)格為1000元人民幣或1瓦6元人民幣,如果一畝設(shè)施農(nóng)
11、業(yè)大棚頂?shù)?/3面積安裝太陽能電池板(太陽能裝機(jī)容量50千瓦),僅太陽能電池板至少需30萬元人民幣,如果再加上安裝費(fèi)、控制器、變電器、配電箱以及蓄電池等,可能要高達(dá)50萬元,整個(gè)薄膜光伏太陽能農(nóng)業(yè)大棚(玻璃溫室類型,內(nèi)有加溫、降溫和通風(fēng)設(shè)施)的總投入大概需要近100萬元。從表1可知,目前我國在建的或已建成的薄膜光伏太陽能示范大棚均全部由當(dāng)?shù)卣苯油顿Y,規(guī)模較大的才有企業(yè)資金參與。因此,如果沒有政府資金的投入,完全由企業(yè)或個(gè)人承擔(dān),負(fù)擔(dān)壓力較大,不利于在大面積設(shè)施農(nóng)業(yè)大棚上的應(yīng)用。(二)薄膜光伏太陽能電池與農(nóng)作物生產(chǎn)相結(jié)合關(guān)鍵技術(shù)不成熟傳統(tǒng)的太陽能電池是晶硅電池且不透光,近年來快速發(fā)展的是薄膜
12、非晶硅太陽能電池,這種太陽能電池的最大優(yōu)點(diǎn)是可以透光,而且溫度系數(shù)低,在陰天雨天和霧天也能發(fā)電,常年累計(jì)發(fā)電量比晶硅電池發(fā)電效率可提高20%左右。據(jù)調(diào)查,這種薄膜太陽能電池的最大吸收波峰在400-600nm,而植物進(jìn)行光合作用的有效光譜為440nm的藍(lán)光和660nm的紅光區(qū),在理論上薄膜太陽能電池的最大吸收波峰與植物光合作用的吸收波峰并不沖突,可以通過薄膜分光技術(shù)將植物吸收的光透過太陽能電池板供植物進(jìn)行光合作用,其它的光用來發(fā)電。但目前將這種技術(shù)應(yīng)用在設(shè)施農(nóng)業(yè)大棚上,是否能完全不影響植物的正常生長(zhǎng)還缺乏相應(yīng)的前期實(shí)驗(yàn)研究,而且如何將分光技術(shù)與太陽能電池更科學(xué)地結(jié)合起來,也是一個(gè)新的課題,現(xiàn)在研
13、究的很少,都在探索之中。(三)已建成的薄膜光伏太陽能農(nóng)業(yè)大棚多為示范工程,與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)合不緊密薄膜光伏太陽能農(nóng)業(yè)大棚雖然在我國多個(gè)省份大大小小的已建成了20多個(gè),但多數(shù)均是概念性的示范性工程。通過到山東、江西等地的示范點(diǎn)調(diào)研,發(fā)現(xiàn)建成的薄膜光伏太陽能農(nóng)業(yè)大棚大多數(shù)均沒有充分利用,棚內(nèi)種植農(nóng)作物很少,甚至只是一個(gè)能利用太陽能發(fā)電的大棚,棚內(nèi)并沒有任何農(nóng)作物。當(dāng)前,薄膜光伏太陽能農(nóng)業(yè)大棚作為一種新生事物,僅是概念性的展示,并沒有和實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)緊密結(jié)合,沒有起到既能利用太陽能發(fā)電,又能進(jìn)行農(nóng)作物生產(chǎn)一舉兩得的雙贏效果。(四)配套設(shè)施不完善及運(yùn)營保障技術(shù)不到位,導(dǎo)致實(shí)際應(yīng)用效果不理想由于目前大部分的薄
14、膜光伏太陽能農(nóng)業(yè)大棚僅是示范,所以棚內(nèi)并沒有相應(yīng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)施如降溫和加溫設(shè)施。我國大部分地區(qū)四季分明,夏天溫度普遍很高,冬季溫度又很低,如果建成的薄膜光伏太陽能農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)沒有相應(yīng)的降溫和加溫設(shè)施,在炎熱和寒冷的季節(jié)也很難保證能進(jìn)行農(nóng)作物的正常生產(chǎn)。而且大部分農(nóng)業(yè)企業(yè)和農(nóng)民種植者并不掌握太陽能電池的日常維護(hù)和保養(yǎng)技術(shù),很多太陽能電池加工企業(yè)在建成大棚后并沒有后續(xù)的運(yùn)營保障技術(shù)服務(wù),一旦太陽能電池出現(xiàn)問題就很難保證能正常運(yùn)行,因此已建成的大部分薄膜光伏太陽能大棚存在應(yīng)用效果不理想的狀況。(五)太陽能發(fā)電量與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用電量不相匹配,與當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)并網(wǎng)存在較大困難薄膜光伏太陽能大棚能利用太陽能發(fā)電,發(fā)的
15、電也能應(yīng)用到棚內(nèi)農(nóng)作物相應(yīng)生產(chǎn)設(shè)施上如降溫和升溫設(shè)施,但發(fā)電量與用電量并不匹配。比如在炎熱的夏季和寒冷的冬天,太陽能發(fā)的電量遠(yuǎn)達(dá)不到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用的電量,相反如果是在一般的天氣,太陽能發(fā)的電量就會(huì)超過農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用電,就會(huì)存在多余的發(fā)電量。解決的辦法就是與當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)并網(wǎng),但目前與當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)并網(wǎng)存在成本高,并網(wǎng)要求條件苛刻等問題。(六)國家補(bǔ)貼比例不高,影響大規(guī)模的推廣應(yīng)用建設(shè)一個(gè)較小規(guī)模的薄膜光伏太陽能大棚也要幾十萬元,規(guī)模較大者可能需要幾百萬元,甚至上億元。目前我國為了促進(jìn)太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而開展的“金太陽示范工程”補(bǔ)貼比例最高為50%,這一比例應(yīng)用在設(shè)施農(nóng)業(yè)大棚上,依然存在投入成本太高,企業(yè)和個(gè)人承
16、擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)大,因此影響了薄膜光伏太陽能大棚大規(guī)模的推廣應(yīng)用。(七)薄膜光伏太陽能大棚結(jié)構(gòu)承重要求嚴(yán)格,現(xiàn)有農(nóng)業(yè)大棚改造成本高因薄膜太陽能電池普遍采用雙玻封裝的方式,組件厚度為6-7mm,而常規(guī)光伏大棚所用保溫玻璃厚度為4mm左右,兩者厚度相差2-3mm,原有的農(nóng)業(yè)大棚結(jié)構(gòu)承重不能滿足光伏組件的承重要求,需要對(duì)原有農(nóng)業(yè)大棚結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造和升級(jí),這也導(dǎo)致薄膜光伏太陽能大棚的總體投入增加,限制了薄膜光伏太陽能大棚的大范圍使用。應(yīng)用實(shí)例:目前我國薄膜光伏太陽能大棚應(yīng)用情況建設(shè)地點(diǎn)建設(shè)規(guī)模建設(shè)企業(yè)投資規(guī)模人民幣幣)投資構(gòu)成運(yùn)行狀態(tài)山東壽光1畝17千瓦河北保定天威保變電氣股份有限公司40萬元政府投資建成,能發(fā)
17、電,山東壽光100畝700千瓦山東維坊華天新能源集團(tuán)公司不祥政府投資在建河北承德10萬畝120兆瓦河北卡能光伏科技有限公司30億政府和企業(yè)投資項(xiàng)目簽約,在建江西上饒20畝100千瓦臺(tái)灣光寶綠色能源股份有限公司500萬元政府投資建成,能發(fā)電,江西鷹潭10畝60千瓦臺(tái)灣光寶綠色能源股份有限公司350萬元政府投資建成,已并網(wǎng)發(fā)電江蘇常州和泰州30畝100千瓦寧波金太陽光伏科技有限公司不祥政府投資在建海南三亞50畝200千瓦不祥政府投資部分建成發(fā)電,部分在建江蘇南京200畝60千瓦鴻達(dá)溫室不祥政府和企業(yè)投資前期10畝已建成發(fā)電遼寧大連0.5畝2千瓦北京中錦陽科技有限公司不祥政府投資建成湖北武漢3000畝2.1兆瓦武漢廣源光伏太陽能科
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