导语:
光伏农业是近年来在国内外新兴的一种产业模式 ,是通过在农业设施棚顶安装太阳能组件发电、棚下开展农业生产的形式,光伏农业极大地吸收了最新的光伏与农业技术,促进了 2 个产业的健康发展与技术进步,以期达到“1+1>2”的产业融合效果,最大限度地利用土地资源,增加生态效益和社会效益,提高农民收入,有效带动地方经济发展。
光伏大棚是集太阳能光伏发电、智能温控系统、现代高科技种植为一体的温室大棚,大棚采用钢制骨架,上覆盖太阳能光伏组件,同时保证太阳能光伏发电和整个温室大棚农作物的采光需求。太阳能光伏所发电量,可以支持大棚的灌溉系统,对植物进行补光、解决温室大棚冬季供暖需求,提高大棚温度,促使农作物快速生长。
一般情况下,太阳能组件支架高度在 5.3 m 左右,远高于正常大棚(3.0~3.2 m)的高度,为避免南侧组件对北侧大棚及太阳能组件遮挡,需要加大南北方向大棚的间距,有可能造成大棚建设土地利用率降低;
光伏日光温室分为架式与平铺式光伏日光温室,架式光伏日光温室是将太阳能组件支架立于日光温室的北侧 ,使组件发电与棚内种植生产互不干扰。平铺式光伏日光温室是将太阳能组件在日光温室棚体顶部或棚体坡面上间隔安装,以保证棚下作物有足够的受光率,满足作物光合作用的需求,棚体建设与棚间距可基本按常规日光温室设计,土地利用率与常规日光温室基本相同。
一般情况下,日光温室太阳能组件支架高度在 6.2m 左右,远高于正常日光温室脊高(3.4~4.8 m)的高度,为避免南侧太阳能组件对北侧温室及组件遮挡,需加大南北方向温室间距,造成温室建设土地利用率降低 。同时,因支架防风 、建造成本 、组件维护等考虑,架式光伏日光温室的脊高一般就低不就高。另外,为满足棚下作物光合作用的需求,一是太阳能组件要有一定的透光率 ,一般为 10%~40%,降低了单位面积太阳能组件的光转化率;二是太阳能组件要在棚体上间隔安装,满棚铺装,影响了单棚发电量。
光伏联栋温室是以一定透光率的太阳能组件安装在连栋温室的南坡,适合喜阴与耐阴作物的生长,特别适合发展食用菌产业。光伏联栋温室所用覆盖物南方地区多用棚膜或PO 膜,北方多用 PC 板或浮法玻璃。常规联栋温室一般是东西排跨、南北开间,而光伏联栋温室因太阳能组件采光及结构需求,一般是南北排跨、东西,棚内如种植高秧作物会影响采光或通风。
牧光互补设施是将太阳能组件安装在开放式或封闭式的联栋框架结构上,框架下进行畜牧或禽类养殖,框架高度可根据养殖需求进行设计,一般在 1.5 m 以上,能起到遮荫避雨的效果,单位面积土地利用率与投资效能高。
渔光互补设施是通过打桩将太阳能组件架设在湖泊 、鱼塘、滩涂湿地等水面上,太阳能组件组成开放式矩阵 ,组件支架要与水面保持一定的距离,以免影响鱼类生长及养殖作业。
这种模式能提升湖泊、鱼塘、滩涂湿地等水面资源的使用效能与经济效益,开拓了光伏发电的新模式,丰富了光伏发电与农业产业结合的内涵,真正实现了“1+1>2”的产业融合效果。
但太阳能组件的遮荫会降低水体温室效果、削弱水下植物的光合作用、降低水体含氧量,造成个别鱼种生长缓慢,如果水体深度不够,甚至会造成在北方地区难以越冬。
以棚顶发电、棚下种植为主要结构特征的光伏农业概念一经提出,立即受到了全世界的广泛关注,在中国也得到了迅猛发展,光伏农业广泛地融入了现代工业、农业、生物、信息、管理等多学科的先进技术与理念,将第一、二、三产业高效结合,在不改变土地性质、节约土地资源的前提下使光伏发电与农业融合发展,开创了新型产业模式。
光伏农业项目不额外占用耕地 ,不改变土地使用性质,在同一片土地上实现光伏发电与农业并行发展,可以节约土地资源,实现土地增值,属于高效的设施农业项目。
光伏农业项目的投资总额、占地面积、生产规模都远高于一般的农业项目,对农业产业的制度建设、生产技术水平、过程管理、成本控制、销售渠道的建立与稳定都提出了更高的要求与标准,这样企业才能获得稳定的预期收益,得到长足发展。
光伏农业因其投资、生产规模大,投资回收与运营成本压力大,同时因其设施设备规范、占地面积大,便于将现代农业工程技术、生物技术、生产技术、信息技术、电站运营与管理技术等融入光伏农业的设计与日常生产运营中,适合规模化发展高端无公害有机农产品的生产,再结合品牌化运营,能将现代科技的优势发挥出来,大幅提升运营效率与市场影响力,提高产品附加值,克服产业短板,这样才能按预期收回投资、获取收益,支撑高额投资与运营成本。
光伏农业大棚使用年限一般要求 25 年,比传统农业大棚使用时间长 ,一方面可以充分发挥设施的使用效能,降低年摊销成本,另一方面适宜开展生长周期长、附加值高的作物生产。
在国家电网达不到、没有电力供应的地区,可发展光伏农业大棚设施,既可满足灌溉、照明、温控、补光等农业生产用电需求 ,也可带动地方经济发展、增加农民收入、降低贫困人口。
太阳能组件平铺在温室顶部,或温室坡面的棚型不利于采光,或区域光照资源不充足,均会造成棚内光照条件不均匀或相对较弱,对棚内作物生长会产生一定影响。同时,太阳能组件在工作状态下可产生热量,在冬季可提升棚内温度,但在夏季会造成棚内温度过高,作物越夏困难。
近几年,光伏农业产业获得了快速发展,光伏农业设施与生产模式也不断丰富、完善,光伏与农业相关技术的应用与融合都获得了实质性发展。
农业与光伏相结合的发展模式节约了土地资源、水资 源,充分利用现存空间,能通过光伏发电来调节种植、养殖环境,优化现有的能源结构,改善当地资源环境,同时还能改变当前粗放的产业结构,带来一定的经济效益和人文效益,国家相关政策的支持力度也在逐步加强。但是从整体上讲,我国光伏农业的发展仍处于起步阶段,还有不少问题亟待解决,未来还有很长的路要走。