3種典型光伏大棚投資效益比較

1、3種典型光伏大棚投資效益比較來源：電氣技術(shù) 作者:章榮國前言：針對(duì)我國大面積推行的光伏扶貧中遇到的土地問題，國家鼓勵(lì)光伏扶貧與設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展相結(jié)合，但傳統(tǒng)設(shè)施農(nóng)業(yè)出于經(jīng)濟(jì)性考慮不能直接滿足光伏安裝要求，為此本文對(duì)比了敞開式、連棟溫室與日光溫室的光伏布置方式，并進(jìn)行了單位耕地面積的光伏發(fā)電量比較，最后完成了典型光伏大棚的投資效益分析，為進(jìn)一步開展與設(shè)施農(nóng)業(yè)相結(jié)合的光伏大棚設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。隨著我國光伏扶貧工程的大面積推廣，農(nóng)村地區(qū)配電網(wǎng)逐步出現(xiàn)了無法就地消納光伏 電量的問題，大量光伏電量通過農(nóng)村地區(qū)較為薄弱的配電網(wǎng)反送至電網(wǎng)主網(wǎng)，對(duì)電網(wǎng)的網(wǎng)損和投資改造成本造成較大影響1,為此國務(wù)院在“十三五扶貧

2、規(guī)劃”中提出農(nóng)村分布式電源 應(yīng)與設(shè)施農(nóng)業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展的方向2,通過設(shè)施農(nóng)業(yè)用能與分布式電源供電相結(jié)合，負(fù)荷與電源 同步發(fā)展，實(shí)現(xiàn)分布式電源與設(shè)施農(nóng)業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展，并增強(qiáng)光伏發(fā)電效益，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展提供能源支撐。目前光伏發(fā)電與設(shè)施農(nóng)業(yè)相結(jié)合的主要形式是光伏大棚3-4,該種方式目前已經(jīng)在不同地區(qū)和不同經(jīng)濟(jì)作物品種上開始了實(shí)踐，包括北方地區(qū)與南方地區(qū)不同氣候類型的省份5-7作物品種包括傳統(tǒng)的蔬菜大棚和初步探索的香菇、茶樹及有機(jī)蔬菜810 O而在大棚形式上包括較為常見的日光溫室和玻璃溫室，也包括新近探索的敞開式大棚，同時(shí)為了考慮用能與發(fā)電的匹配，初步開展了溫室用能智能控制11,以期探索互補(bǔ)消納模式12。1典型

3、光伏大棚光伏布置方式光伏大棚是在溫室或溫室周圍布置光伏發(fā)電設(shè)備，從而達(dá)到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與光伏發(fā)電同步 進(jìn)行，設(shè)施農(nóng)業(yè)用能與光伏供電互補(bǔ)運(yùn)行，但在具體布置形式上具有多種方案。較為常見的為玻璃溫室、日光溫室與敞開式3種方式。1）玻璃溫室型光伏大棚玻璃溫室在觀光農(nóng)業(yè)應(yīng)用較多，結(jié)構(gòu)較為堅(jiān)固，通過與無邊框晶硅組件或薄膜組件的結(jié)合可有效開展光伏發(fā)電， 但需要根據(jù)光伏發(fā)電調(diào)整朝向。同時(shí)要考慮光伏發(fā)電效益， 不應(yīng)1所示。再采用外遮陽機(jī)構(gòu)。主要布置形式如圖光伏組件圖I玻璃溫室型光伏大棚布置示意2)日光溫室型光伏大棚日光溫室是我國最為常見的設(shè)施農(nóng)業(yè)載體，在結(jié)構(gòu)上有著較大差別，包括竹竿骨架、 焊管骨架及冷彎骨架。前兩者一

4、般不適合用作光伏發(fā)電，在安裝光伏組件后所增加的風(fēng)荷影 響溫室的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，一般采用冷彎結(jié)構(gòu)。為了避免對(duì)光伏組件的遮擋，一般安置于后墻，如圖 2 (a)所示。對(duì)于該種方式布置 的光伏大棚棚內(nèi)作物采光不存在影響，從安裝來看，可充分利用后墻通道或后墻腳手架，安裝簡便易于保證工程質(zhì)量。 該種方式由于具有后墻維護(hù)通道，清掃和外觀檢查較為便捷，維護(hù)成本低。在光伏大棚實(shí)踐中，該種方式還可用于種植菌類、有機(jī)蔬菜或育苗等方面，由于該類 種植不需要較強(qiáng)的陽光， 一次前坡可將薄膜或陽光板替換為無邊框組件，提高發(fā)電收益，在內(nèi)部配置補(bǔ)光設(shè)備保證作物正常生長。該種布置方式如圖2 (b)所示。尢伏組件（a）后墻布置式日光溫室

5、型光伏入棚布置小意圖光伏組件種植區(qū)域（b）前坡布置式II光溫室型光伏大棚布置示意圖圖2日光溫室型光伏大棚布置示意圖3）敞開式光伏設(shè)施農(nóng)業(yè)敞開式光伏設(shè)施農(nóng)業(yè)從農(nóng)業(yè)角度看是一般光伏陣列與大田種植相結(jié)合的產(chǎn)物，該種方 式可用于種植低矮的作物，如綠葉蔬菜、苗木或茶樹等，該種方式最有利于光伏組件布置, 無需溫室調(diào)控，但該種方式不具備或較少具備光伏發(fā)電的消納能力，重點(diǎn)是保證發(fā)電效益,3所示。在未來面對(duì)高滲透率的農(nóng)村配網(wǎng)不具備競(jìng)爭(zhēng)力，其布置示意圖如圖3敞開式光伏設(shè)施農(nóng)業(yè)組件布首示意2單位面積光伏發(fā)電量比較針又3種光伏設(shè)施農(nóng)業(yè)形式， 玻璃溫室的屋頂面積利用最為充分，發(fā)電效益最為顯著，而敞開式次之，日光溫室最低

6、。1）玻璃溫室型光伏大棚該類溫室的光伏組件被布置于屋頂，鑒于原有的采光考慮，可不調(diào)整頂部傾角，直接 布置組件，不會(huì)產(chǎn)生傾角對(duì)發(fā)電量的影響，但需要注意朝向，設(shè)計(jì)中要求組件正南朝向。該類方式由于日光溫室高度，無需考慮前方遮擋，面積利用率最為充分，每平米在6595Wp之間，隨著緯度而有所變化。2）日光溫室型光伏大棚日光溫室具有兩種形式，在利用后墻方式情況下，每平米溫室的光伏裝機(jī)為40Wp考慮到日光溫室前后的間距，實(shí)際光伏裝機(jī)約為每平米為20Wp而如種植菌類采用前坡布置光伏組件，每平米溫室的光伏裝機(jī)為 200Wp考慮到日光溫室前后的間距，實(shí)際光伏裝機(jī)約為每平米為100Wp3）敞開式光伏設(shè)施農(nóng)業(yè)該種方式

7、類似于玻璃溫室型光伏大棚，前后兩排考慮遮擋因素，并考慮不同緯度下對(duì) 前后間距的影響，每平米設(shè)施的光伏裝機(jī)在75125Wp/n2。通過發(fā)電量比較可知，以上 3種光伏與農(nóng)業(yè)結(jié)合的方式，敞開式的發(fā)電效益最好，對(duì) 比情況見表1。表1光伏設(shè)施農(nóng)業(yè)結(jié)合類型裝機(jī)比較表光伏農(nóng)業(yè)結(jié)合類型每平米裝機(jī)/Wp玻璃型65 95日光型20 100敞開式751253投資效益分析光伏與農(nóng)業(yè)結(jié)合的投資效益包括發(fā)電設(shè)備投入、光伏發(fā)電效益、設(shè)施農(nóng)業(yè)投資成本與 農(nóng)業(yè)種植收益4部分，其中光伏收益比較固定， 其效益主要取決于單位面積的光伏裝機(jī), 機(jī)容量越大，發(fā)電效益越大，而農(nóng)業(yè)投資效益主要取決于溫室類型和種植作物類型。本文以華北地區(qū)為例

8、，考慮土地面積10畝，綜合對(duì)比不同形式光伏與設(shè)施農(nóng)業(yè)相結(jié)合的投資效益。光伏收益在屋頂電價(jià)在 1.05元/kW. h水平上按收益0.2元/kW. h計(jì)算。三類 光伏與設(shè)施農(nóng)業(yè)結(jié)合方式共有4種實(shí)施方式，4種方式的比較見表 2,農(nóng)業(yè)產(chǎn)出來自4種環(huán)境下都能生長的葉菜，如生菜、油菜、雞毛菜等，表2中實(shí)際選用生菜。聶2光伏與設(shè)施農(nóng)業(yè)結(jié)合方式投資效益比較玻璃日光（后堵）口光（前坡）敞開光伏裝機(jī)/kWp5331331600500年發(fā)電收益/萬元12,83.214412.0設(shè)施成本/萬元23011618367農(nóng)業(yè)收入/方元1513.513.53.0 .-一一.一.2光伏裝機(jī)容量按表1中的每平米裝機(jī)容量與土地面積

9、相乘得到，土地面積折合6667m。年發(fā)電收益B由式（1）計(jì)算得到B=STp（1）式中，S為裝機(jī)容量；T為年發(fā)電小時(shí)數(shù)，本例中取 1200h; p為度電收益；此處按 0.2 元/kW ' h計(jì)算。玻璃溫室每平米投資為 750元，日光（后坡）溫室每平米投資為 350元，日光（前坡） 溫室每平米投資為 550元，敞開式每平米投資為100元。農(nóng)業(yè)收入以生菜為例，市場(chǎng)收購價(jià)格為4元/kg ,溫室可保證四季生長，敞開式為1年2季，但由于光伏組件遮擋，僅有50%0積可用。綜合比較開看，玻璃溫室高投入高產(chǎn)出， 但考慮到冬季供暖增加成本顯著，不宜推廣，而日光溫室投入產(chǎn)出效益適中，適合大范圍推廣，可根據(jù)市

10、場(chǎng)情況選擇后墻或前坡布置方式。敞開式雖然發(fā)電效益顯著，但農(nóng)業(yè)收入較低，考慮到夏季除草成本，不建議大面積推廣。4結(jié)論本文針對(duì)玻璃溫室、日光溫室及敞開式3種形式的光伏與農(nóng)業(yè)相結(jié)合方式進(jìn)行了比較分析，3種方式中玻璃溫室的發(fā)電效益最高，但玻璃溫室的建設(shè)投資較大，冬季供暖需求大，投入產(chǎn)出比不高，而敞開式光伏農(nóng)業(yè)形式農(nóng)業(yè)產(chǎn)出較低，對(duì)更低利用不充分。綜合來看，日光溫室在光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)收益方面能夠較好結(jié)合，是目前最有前景的發(fā)展形式。參考文獻(xiàn)1陳沛華，趙會(huì)茹，李娜娜.分布式光伏電源并網(wǎng)影響與應(yīng)對(duì)措施J.電氣技術(shù),2015,16(1):125-127.2國務(wù)院.國務(wù)院關(guān)于印發(fā)“十三五”脫貧攻堅(jiān)規(guī)劃的通知Z.北京,

11、2016.3高紅敏.淺析太陽能光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)大棚種植的結(jié)合J.中國農(nóng)業(yè)信息,2016(23):108-109.4黃勇.光伏發(fā)電系統(tǒng)在溫室大棚上的應(yīng)用J.科技廣場(chǎng)，2015(5):69-76.5茍鴻婭.太陽能光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)大棚種植的結(jié)合J.河南科技,2014(19):174-175.6劉曉艷，王玉輝.湖北地區(qū)光伏農(nóng)業(yè)大棚項(xiàng)目技術(shù)方案特點(diǎn)J.河南科技,2015(19):108-110.7祁娟霞，曹麗華，李建設(shè)，等.寧夏不同光伏溫室和大棚冬季內(nèi)環(huán)境比較研究J.浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2017(3):414-420.8徐端平，何勇，馬帥，等.太陽能光伏聯(lián)棟大棚中香菇越夏模式試驗(yàn)J.食用菌,2017(3):63-65.9孫立濤，王漪，薛慶營.光伏大棚設(shè)施環(huán)境下茶樹生長情況研究與分析J.農(nóng)業(yè)工程技術(shù),2015(31)