文/郎朗

可再生能源與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)可以成功的結(jié)合，這在我國(guó)很多地區(qū)已有不少成功的應(yīng)用案例。眾所周知的是，可再生能源具備可持續(xù)性，在任何地方使用太陽(yáng)能都是免費(fèi)的且無(wú)限量的。從過(guò)去10 年來(lái)看，作為可再生能源中的重要組成—太陽(yáng)能，帶來(lái)了許多新型的應(yīng)用，特別是在農(nóng)業(yè)分布量大、日照資源較為豐富的地區(qū)。本文側(cè)重于研究當(dāng)前太陽(yáng)能在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用及發(fā)展，如光伏農(nóng)田，太陽(yáng)能水泵系統(tǒng)，太陽(yáng)能溫室，太陽(yáng)能灌溉系統(tǒng)，太陽(yáng)能水加熱和太陽(yáng)能干燥機(jī)的基本工作情況和經(jīng)濟(jì)成本參數(shù)。

背景介紹

能源生產(chǎn)定義了國(guó)家的經(jīng)濟(jì)，人類從200 年開(kāi)始主要依靠化石能源，如煤，石油和天然氣。但是帶來(lái)能源供給的同時(shí)，它的缺點(diǎn)更多，首先它在自然界和環(huán)境中是不可再生的，其次是化石燃料和生產(chǎn)燃料所產(chǎn)生二氧化碳和一氧化碳?xì)怏w，進(jìn)一步促進(jìn)上升地球的溫度，并導(dǎo)致全球變暖。許多國(guó)家，已采取措施應(yīng)對(duì)氣候變化，我國(guó)也加入了蒙特利爾協(xié)議。可持續(xù)發(fā)展是符合我國(guó)基本國(guó)情的，主要體現(xiàn)在三個(gè)主要方面，環(huán)境，社會(huì)和經(jīng)濟(jì)。中國(guó)已投資2000億美元可再生能源行業(yè)，領(lǐng)先于全球絕大多數(shù)國(guó)家。

光伏電池于1954 年在美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明。光伏系統(tǒng)的最小單元是太陽(yáng)能電池，它們彼此相連并且有一層用于產(chǎn)生直流電的半導(dǎo)體材料暴露在陽(yáng)光下。首先，可以以各種方式制造光伏電池，有聚光式和平板式。平板式光伏電池也稱為PV 板，典型的太陽(yáng)能PV 板具有平均壽命25 至30 年。

太陽(yáng)能溫室

溫室是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中使用較多的一種農(nóng)業(yè)形式，既可以種植質(zhì)量更好的植物，又能種植反季節(jié)的蔬菜和水果。世界上第一個(gè)日光溫室是在1970 年代石油危機(jī)期間開(kāi)發(fā)的。其結(jié)構(gòu)通常是定向向南，以最大限度地吸收太陽(yáng)能熱量。太陽(yáng)能能量可以在溫室中以3 種方式使用；首先是較傳統(tǒng)的類型，它使用來(lái)自太陽(yáng)輻射的熱能，第二種是使用傳遞熱流體的活動(dòng)型，第三種是利用PV電池，將太陽(yáng)的輻射轉(zhuǎn)換為電。第三種類型又可稱為光伏農(nóng)業(yè)大棚，要建成一個(gè)200平米的溫室大約需要3-5萬(wàn)元，可持續(xù)使用25 年。該結(jié)構(gòu)旨在最大限度地利用太陽(yáng)能，在完全封閉的溫室，沒(méi)有通風(fēng)窗戶，需將多余的熱量排出時(shí)，又可利用太陽(yáng)能產(chǎn)生的電能驅(qū)動(dòng)排風(fēng)系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)。

太陽(yáng)能干燥機(jī)

在農(nóng)業(yè)加工環(huán)節(jié)，許多農(nóng)產(chǎn)品都需要烘干。太陽(yáng)能干燥機(jī)提供了一種處理蔬菜和水果烘干的有效辦法，并且符合國(guó)家和國(guó)際衛(wèi)生條件及零能源成本。不同規(guī)格的太陽(yáng)能干燥機(jī)，它們的配置，容量，干燥的產(chǎn)品都有區(qū)別，共同的優(yōu)點(diǎn)是可以降低對(duì)燃料的依賴性，提高效益，降低成本，減少對(duì)環(huán)境的影響，并且易于管理。太陽(yáng)能干燥機(jī)由太陽(yáng)能電池，風(fēng)扇，蓄電池，加熱器和控制器構(gòu)成一個(gè)整體系統(tǒng)。它有兩種類型，第一種是直接太陽(yáng)能干燥機(jī)，它直接暴露在需要的陽(yáng)光下，收集光線并轉(zhuǎn)化為熱能，將農(nóng)產(chǎn)品烘干脫水。第二種是間接的太陽(yáng)能干燥器，將進(jìn)入存放農(nóng)產(chǎn)品倉(cāng)庫(kù)的空氣加熱而不是直接加熱待干燥的物質(zhì)。這個(gè)加熱的空氣通過(guò)農(nóng)產(chǎn)品并依靠倉(cāng)庫(kù)排風(fēng)系統(tǒng)排出來(lái)自農(nóng)產(chǎn)品的水分。

太陽(yáng)能水泵

太陽(yáng)能水泵系統(tǒng)由3 個(gè)部件組成：光伏電池板，控制器和泵。這個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)主要有：能以柴油為備用可靠運(yùn)行，有很長(zhǎng)的使用壽命，無(wú)噪音，一次投資，無(wú)燃料成本，低維護(hù)成本和人工成本。在中國(guó)有2100 萬(wàn)的灌溉泵，其中900 萬(wàn)是純動(dòng)力柴油和1200 萬(wàn)電工水泵。太陽(yáng)能水泵通常配置直流水泵和交流水泵。一種具有200W PV 陣列和電力水泵的系統(tǒng)，每天可以抽取2000 到4000 升的水。該系統(tǒng)如果有電池存儲(chǔ)，將會(huì)高效，白天產(chǎn)生的能量，在需要時(shí)在夜間供應(yīng)。水泵效率可以通過(guò)以下計(jì)算得出，抽水系統(tǒng)有兩種類型，一種是直接系統(tǒng)，只有在需要時(shí)才能在白天產(chǎn)生能量，第二種是電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，添加電池會(huì)增加系統(tǒng)的整體成本，但能使水泵的工作時(shí)間與效率提升。在我國(guó)來(lái)看，太陽(yáng)能抽水的成本從每升水0.03 到0.15 元不等。

結(jié)論

目前的傳統(tǒng)能源的使用情況并不樂(lè)觀，但會(huì)導(dǎo)致污染和能源危機(jī)。所以轉(zhuǎn)向可再生能源和關(guān)注太陽(yáng)能給了我們希望。應(yīng)用在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的光伏發(fā)電技術(shù)正在被人們逐步接受，并能為農(nóng)民和政府帶來(lái)好處。太陽(yáng)能光伏電池組件安裝只需要一次性投資，就可獲得清潔能源，使用壽命長(zhǎng)達(dá)25-30 年。