□ 劉立功 趙連法 劉 超 尹希娟 丁 卓

光伏太陽能溫室既具有發(fā)電能力，又能進(jìn)行種植生產(chǎn)，但應(yīng)用局限性很大，應(yīng)因地制宜，按需設(shè)計(jì)，適度發(fā)展。

光伏太陽能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，它既具有發(fā)電能力，又能為一些作物或食用菌提供適宜的生長環(huán)境。經(jīng)過大約5年時間的研究和推廣，此類溫室在山東、浙江等地已有少量在生產(chǎn)上應(yīng)用，更多的地區(qū)則正計(jì)劃應(yīng)用此類溫室。鑒于人們對其認(rèn)識存在一些偏差，甚至錯誤的規(guī)劃、建造和使用，在此，筆者談?wù)剛€人的看法，希望能給大家提供一些參考。

1 光伏太陽能溫室的種類

1.1 按照結(jié)構(gòu)分類

光伏太陽能溫室有兩種類型，一種類似于傳統(tǒng)的日光溫室，帶有保溫性能良好的墻體，在采光面上安裝有光伏太陽能電池板，稱為光伏太陽能日光溫室（圖1）；另一種類似于傳統(tǒng)的連棟溫室，屋頂向陽面安裝有光伏太陽能電池板，墻體透明，以薄膜、玻璃或陽光板為墻體材料，保溫性較差，稱為光伏太陽能連棟溫室（圖2）。

對于大多數(shù)地區(qū)而言，鑒于發(fā)電與植物生長的矛盾，光伏太陽能溫室適合在夏季強(qiáng)光月份應(yīng)用，而不適合在冬季弱光月份應(yīng)用，也就是說在低溫季節(jié)不能既發(fā)電又進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。故而在大多數(shù)情況下，只適宜建造光伏太陽能連棟溫室。但在西藏、青海等地白天光照強(qiáng)、夜間溫度低的特殊條件下，更適于設(shè)計(jì)建造光伏太陽能日光溫室。

圖1 光伏太陽能日光溫室

1.2 按照遮光程度分類

光伏太陽能溫室有全遮光型和部分遮光型兩種類型。全遮光型多為日光溫室結(jié)構(gòu)類型，溫室內(nèi)幾乎沒有光照，溫度變化較為平衡，適合種植食用菌類產(chǎn)品。部分遮光型包括全部的太陽能連棟溫室和一些光伏太陽能日光溫室。其光伏太陽能電池板的排列差異較大，從遮光面積比例來看，20%～80%不等。在光伏太陽能日光溫室上，電池板在采光面后部排列較多，而前部相對較少或沒有，遮光帶更多的分布在后墻上，這樣更有利于植物生長；在光伏太陽能連棟溫室上，電池板一般在每個屋頂?shù)南蜿柮嫔?，而背陽面沒有，電池板塊之間呈馬賽克狀排列。

較先進(jìn)的電池板本身就呈馬賽克狀（圖3），較先進(jìn)的玻璃或薄膜具有散射光特點(diǎn)，這兩點(diǎn)都能使溫室內(nèi)的光照變得相對均勻一些，甚至接近或達(dá)到無影效果，以利于溫室內(nèi)植物生長。具有一定透光率的薄膜電池也具有同樣的效果。

圖2 光伏太陽能連棟溫室

圖3 電池板光伏電池組件（本身呈馬賽克排列）

2 光伏太陽能溫室的優(yōu)點(diǎn)

① 溫室表面加裝太陽能電池板，使溫室具有了發(fā)電功能，能夠更充分地利用太陽能。

② 同一片土地上實(shí)現(xiàn)了發(fā)電與種植同時進(jìn)行，節(jié)約了土地資源，在很大程度上解決了光伏發(fā)電與種植業(yè)爭地的矛盾。

③ 能夠防風(fēng)和減少蒸發(fā)，可以將蒸發(fā)量太大或風(fēng)沙過大造就的不毛之地變?yōu)楸Ｗo(hù)條件下的可耕地。如沙漠地區(qū)、西北干旱地區(qū)等。

④ 實(shí)現(xiàn)一室多用，在條件艱苦的地方除了能供電和進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)外，還具有防風(fēng)、防雨、防雪、防雹、生產(chǎn)淡水、收集降水等更多功能，可以拓展應(yīng)用到生活、養(yǎng)殖等更多方面。

3 光伏太陽能溫室的缺點(diǎn)

① 太陽能電池板不可以隨季節(jié)變化而拆裝，在光照較少的季節(jié)，發(fā)電與植物生長爭光，矛盾較大。

② 建造成本非常高，回收期較長，不適合小規(guī)模的家庭經(jīng)營。

③ 對種植的植物要求較高。一般不適宜種植喜光的植物，尤其是光伏太陽能日光溫室，可以種植一些不太需要高溫強(qiáng)光的葉菜等作物，甚至是一些不需要見光的作物，如食用菌。

4 光伏太陽能溫室的應(yīng)用局限

4.1 光照和地域的限制

既然光伏太陽能溫室的效益來源是以發(fā)電為主，那么就要選在太陽光照充足的地方建設(shè)，日照時數(shù)越多越好。如果光照不足，則發(fā)電與種植爭光的矛盾就會突出。我國海南等北緯30°以南地區(qū)，有的區(qū)域年日照時數(shù)可達(dá)2 400小時以上；西藏等高海拔地區(qū)，有的區(qū)域年日照時數(shù)可以超過3 000小時；甘肅等西北干旱少雨地區(qū)，以河西走廊為代表，日照時數(shù)多超過2 700小時，這些地區(qū)適合建設(shè)光伏太陽能溫室。越往北的地區(qū)寒冷時間越長，對這種溫室的利用效果越差，北緯40°以北地區(qū)基本不適合建造使用，而華南和西南多陰雨的地區(qū)因日照時數(shù)少，光照強(qiáng)度低，也不適合應(yīng)用。

4.2 對溫度和季節(jié)的要求

光伏太陽能溫室進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)時，對室內(nèi)溫度有一定要求，一般夜間最低溫度不低于8 ℃。南方地區(qū)，可以種植的時間段比較長，甚至可以四季種植，而在北方和高海拔地區(qū)，可以種植的時間段比較短，主要適于夏秋季，而冬季和早春利用效果較差。

4.3 種植項(xiàng)目的限制

因?yàn)榘l(fā)電與種植之間存在爭奪光照資源的矛盾，而且種植業(yè)在這個系統(tǒng)中居于次要位置，所以，溫室中的種植項(xiàng)目首選那些基本不需要陽光的，如平菇、金針菇、白靈菇、香菇等食用菌品種；其次選擇適合弱光的，如竹蓀等食用菌品種及三七、人參等藥材，而黃瓜、茄子、絲瓜等喜歡強(qiáng)光的植物與發(fā)電的矛盾最大，不宜種植。中等喜光的植物如辣椒、西葫蘆、葡萄等，可以在條件較好的溫室里適時種植。

5 光伏太陽能溫室的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

光伏太陽能溫室在設(shè)計(jì)上與普通溫室在總體上是相似的，只是有些結(jié)構(gòu)方面需要作出針對性的改變。作為一種發(fā)電設(shè)施，它與純粹的光伏發(fā)電也有所不同，其電池板安放坡度較普通電池板坡度稍小，且多數(shù)情況下要求電池組件具有一定的透光率或呈馬賽克排列。

5.1 加強(qiáng)承重

光伏太陽能溫室的電池板一般較厚重，需要更好的立柱和梁架支撐。

5.2 更陡的屋面角

日光溫室的屋面角要達(dá)到35°左右，隨地理緯度的升高而增大。連棟溫室要設(shè)計(jì)有向陽屋面，向陽屋面的屋面角要在35°左右，前后屋面可以不對稱，原則上前一個背頂一年四季不能遮擋后一個向陽屋面的陽光照射。

5.3 選擇合適的電池組件

太陽能光伏電池組件有單晶硅、多晶硅、非晶硅等多種不同的材料，同時，又有電池板和薄膜電池之分，還有不透明與半透明的區(qū)別。光伏電池的使用壽命多在20年以上。單晶硅電池在發(fā)電效率和使用壽命方面都比較好，但成本較高，因此目前面向溫室開發(fā)的電池組件主要是多晶硅和非晶硅的。

現(xiàn)在光伏太陽能溫室所用的電池板，多有單層或雙層玻璃保護(hù)，總厚度3.0～6.5 mm。電池板在接受陽光照射時會產(chǎn)生巨大的熱量，在無雹災(zāi)風(fēng)險的地區(qū)或主要圍繞夏季種植的溫室來說，其前板的厚度可以減小，以利于將這些熱量向外散發(fā)；而在主要圍繞冬季種植的溫室上，則應(yīng)加大前板的厚度、減小背板的厚度，甚至以薄膜取代背板，以便更多地將這些熱量保留在溫室內(nèi)，充分利用。

5.4 分清主次，確定遮光率

光伏太陽能溫室一般首先考慮發(fā)電，遮光率越高越合理。在全遮光的光伏太陽能溫室里種植食用菌是光伏發(fā)電和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合效益最大化的一種模式，這種模式對光能利用率最高，對土地和空間的利用率也最高。青島華盛綠能農(nóng)業(yè)科技有限公司成功實(shí)施了全遮光的光伏太陽能溫室架式栽培食用菌模式（圖4），其架式栽培的香菇每667 m2產(chǎn)量1萬～2萬kg，在不同保溫性能的溫室里可以種植6～12個月。

圖4 全遮光的光伏太陽能溫室與食用菌栽培架

當(dāng)遇到需以種植為主而發(fā)電為輔的應(yīng)用時，要根據(jù)作物需要來設(shè)計(jì)遮光率，這與計(jì)劃種植季節(jié)及當(dāng)?shù)厝照諒?qiáng)度有關(guān)。例如：某地計(jì)劃夏季種植辣椒，需要最高5萬lx的光照，當(dāng)?shù)叵募救照諒?qiáng)度約12萬lx，那么光伏太陽能溫室的設(shè)計(jì)遮光率應(yīng)為60%左右。同樣是設(shè)計(jì)為遮光率60%，使用不透明的電池板遮擋60%的面積遠(yuǎn)沒有使用透光率40%的薄膜電池或馬賽克電池板進(jìn)行全覆蓋效果好，因?yàn)楹笳呖梢允箿厥覂?nèi)光照均勻，前者則會在溫室內(nèi)形成一塊塊很大的陰影。

6 光伏太陽能溫室的典型應(yīng)用

6.1 偏遠(yuǎn)地區(qū)一室多用

在荒漠、孤島、高山哨所等偏遠(yuǎn)艱苦的地方，自然條件不便，甚至幾乎不可能進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，而光伏太陽能溫室能夠抵御很多自然災(zāi)害，可以解決淡水、電力、熱力、蔬菜、水果、建筑等很多問題。

6.2 高海拔地區(qū)使用光伏太陽能日光溫室

高海拔地區(qū)，白天光照強(qiáng)，夜間溫度低，光伏太陽能溫室恰恰可以白天為植物遮擋過強(qiáng)的光照，夜間為植物提供安全的溫度。建造光伏太陽能日光溫室比光伏太陽能連棟溫室更適合，因?yàn)榍罢叩谋匦暂^好，夜間溫度較高，從而創(chuàng)造更好的植物生長環(huán)境，在良好的墻體保溫條件下，生產(chǎn)更多種類的蔬菜。

6.3 低緯度地區(qū)使用光伏太陽能連棟溫室

以海南為典型代表的低緯度地區(qū)，日照充足，晝夜溫度都比較高，一年四季的溫度和光照強(qiáng)度變化都較小，建造太陽能連棟溫室比日光溫室更適合，而且比當(dāng)?shù)噩F(xiàn)用的塑料大棚更加抗風(fēng)，可以更好地保護(hù)蔬菜生產(chǎn)。

7 光伏太陽能溫室的應(yīng)用誤區(qū)

7.1 在光伏太陽能溫室中種植喜光植物

光伏太陽能溫室發(fā)展之初，人們就期望或幻想既不影響種植喜光喜溫的植物，又能多發(fā)電，甚至在冬天也能種植喜溫植物，但事實(shí)上這是很難的。對于光伏太陽能溫室來說，當(dāng)遮光率低于50%時，發(fā)電能力較低，投資回收期變得很長。因此，一般的光伏太陽能溫室都設(shè)計(jì)了較高的遮光率，在這樣的溫室中種植喜光植物，可能達(dá)不到預(yù)期效果。

7.2 將光伏太陽能溫室主要用于冬季種植

除非是在低緯度地區(qū)，一年四季日照長度變化不大，溫度變化也不太大，可以計(jì)劃在冬季使用光伏太陽能溫室。緯度稍高些，具有明顯四季變化的地方，夏季光照明顯多于冬季，就應(yīng)當(dāng)以夏季為主來安排光伏太陽能溫室內(nèi)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。這樣，才能減小發(fā)電和種植爭光的矛盾，最好地發(fā)揮這種溫室的綜合性能，提高整體效益。

7.3 在緯度偏高的地區(qū)建造光伏太陽能溫室

一般來說，緯度在40°以上的地區(qū)，其年日照時數(shù)偏少，在同樣的規(guī)劃建設(shè)下，年發(fā)電量會較少，同時緯度越高則冬季溫度越低，對溫室中的種植業(yè)限制越大。因此，總體上難以設(shè)計(jì)合理的遮光率和安排合理的種植項(xiàng)目。

原來的溫室蔬菜種植區(qū)，多集中在北緯30°～40°之間，如山東、河北、甘肅、新疆、北京、河南等地，主要是在冬季種植喜溫蔬菜，而光伏太陽能溫室中的光照變少，所以要改變種植季節(jié)或種植種類，并安排與光照強(qiáng)度相適應(yīng)的種植密度。以種植的種類為例，黃瓜、苦瓜等需要較強(qiáng)的光照，而種植辣椒對光強(qiáng)的要求就稍低些，菠菜、芹菜等對光強(qiáng)的要求更低，食用菌類則基本不需要光照，或需要的光照越少越好。

7.4 在光照條件較差的地方建造光伏太陽能溫室

我國有些地方，雖然緯度不高，但陰天較多，年日照量少，不適合建造光伏太陽能溫室。比較典型的如貴州省，“天無三日晴”的說法與實(shí)際情況基本一致，年日照時數(shù)僅1 300小時左右。

7.5 兩種似是而非的光伏太陽能溫室

在現(xiàn)實(shí)的設(shè)計(jì)應(yīng)用中，有兩種溫室與本文所說的光伏太陽能溫室相似，一種是將太陽能電池板放置在溫室前面的平地上，另一種是將太陽能電池板放置在日光溫室寬大的后墻頂上。這兩種溫室只是把電池板與溫室簡單的放置在一起，并沒有緊密的結(jié)合，因此，它不具備本文所說的光伏太陽能溫室的優(yōu)點(diǎn)，也不存在所述的缺點(diǎn)。至于如何設(shè)計(jì)和使用這兩種溫室，并不能參考本文的說法。