光伏农业大棚发电项目对生态农业的影响浅析

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２０１５年２月２０１５年第２期收稿日期２０１４－１１－１８第一作者简介杨月梅，１９７９年生，女，山西柳林人，２００７年毕业于北京师范大学环境学院环境科学专业，硕士，助理研究员。光伏农业大棚发电项目对生态农业的影响浅析杨月梅，曹艳芳，王淼（中国辐射防护研究院，山西太原０３０００６）摘要光伏农业大棚发电为一种棚顶发电、棚下种植的发电方式，此类项目的建设运行对生态农业有利也有弊。从光伏农业大棚支架材质、太阳能电池板对太阳光谱的响应等方面，分析了光伏农业大棚发电项目对大棚稳定程度、大棚内农作物光合作用及棚内温度的影响，分别指出了该类项目对生态农业的有利影响方面和不利影响。关键词光伏农业大棚；生态农业；有利影响；不利影响中图分类号Ｘ８２８文献标识码Ａ文章编号２０９５－０８０２－（２０１５）０２－００７３－０３Impact Analyses of Photovoltaic Agricultural Greenhouses Power Projects on the EcologicalAgricultureYANG Yuemei, CAO Yanfang, WANG MiaoChina Institute for Radiation Protection, Taiyuan 030006, Shanxi, ChinaAbstract Agricultural greenhousesphotovoltaic power generation is a kind of roof power generation, shelter under cultivationway of generating, such projects has both advantagesand disadvantageson the ecological agriculture. The photovoltaic agriculturalgreenhousesstability, greenhousecrops photosynthesisand the influence of heat temperature are analyzed by using the greenhousestent materials, solar panels on the response of the solar spectrum, etc., the beneficial effects and adverse effects of ecologicalagriculture are pointed out respectively.Key words photovoltaic agricultural greenhouses； ecological agriculture； beneficial effect； adverseeffect０引言随着石油和煤炭大量开发，不可再生资源保有储量越来越少，终会枯竭。并且，石油和煤炭资源的利用会造成严重环境污染。因而，新能源开发已经提到了战略高度。风能、太阳能和潮汐能等新能源将是未来一段时间大规模开发的能源种类。太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的清洁能源，极具增长潜力，在倡导节能环保、低碳经济的全球背景下，太阳能产业蕴含着巨大的发展机会和市场空间。通过安装太阳能组件发电和现代农业生产跨界组合，光伏农业大棚在有效利用太阳能资源、产出清洁绿色能源的同时，开启了现代生态农业的一种新型发展模式［１］。１光伏农业发展现状光伏农业项目一经推出便受到了光伏行业上下力捧。截止２０１３年底，国家审批通过的农业光伏和渔光互补项目达２．９ＧＷ，２０１４年１月份至７月份，已有超过２ＧＷ光伏农业项目正在建设或已签约拟建。英利、保利协鑫、青岛昌盛等知名光伏企业逐渐涉足光伏农业项目，也大大促进了国内光伏农业项目发展。这些大公司的加入及整个行业的努力，使得光伏农业在前期系统设计、技术等方面得到了快速发展，国家在政策方面的支持也将越来越完善。２对生态农业的影响分析目前对太阳能发电方面研究较多的为地面光伏发电项目，光伏农业大棚发电项目起步较地面光伏发电项目晚，对其研究相对较少，国外对其研究最多的属欧洲和日本，但研究内容多趋向于对光伏组件与大棚的结合方式、光伏组件类型及发电效率等方面，如荷兰Ｗａｇｅｎｉｎｇｅｎ大学［２－３］、日本学者Ｙａｎｏ［４］及意大利企业的研究。针对发电项目对生态农业影响研究很少，日本学者Ｙａｎｏ［５］比较了太阳能电池板直线布置和上下间隔布置对温室室内光照和发电量的影响，国内昝锦羽［６］等人就光伏温室大棚内温度进行了模拟研究。本文从光伏大棚发电项目对大棚的结构、大棚内农作物光合作新能源建设（总第１１３期）７３· ·２０１５年第２期２０１５年２月用及大棚内温度的影响等方面综合分析。２．１对大棚结构的影响2.1.1 普通农业大棚支架普通农户自建大棚主要组成是用竹木杆、水泥杆、轻型钢管或管材等材料做骨架，做成立柱、拉杆、拱杆及压杆，其棚型结构可分为竹木结构、钢材结构和竹木、钢材、水泥构件等多种材料的混合结构。2.1.2 光伏大棚支架在选择太阳能光伏支架时，一般均要考虑到风荷载对支架强度的影响及外界环境对太阳能光伏支架的腐蚀作用，因此，对太阳能光伏支架所选用材料需进行特殊工艺加工，以加强支架抗腐蚀能力，从而让支架达到预期使用寿命。目前较为流行的光伏支架为采用热浸Ｚｎ处理过的优质钢件。可见，与普通农业大棚相比，光伏农业大棚的抗风、雨、雪，抗腐蚀能力大大提高，具有较高强度和抗腐蚀性，可减轻自然灾害对植物伤害，有助于农产品品质提高。２．２对植物光合作用的影响2.2.1 太阳光谱对植物生长的影响太阳辐射光谱随波长分布分为紫外线区、可见光区、红外线区。紫外线占太阳能光谱７％，波长小于４００ｎｍ；可见光占７１％，波长介于４００ｎｍ～７６０ｎｍ之间；红外线占２２％，波长大于７６０ｎｍ。不同太阳光谱下农作物光合作用情况见图１。图１农作物光合作用示意图可见，叶绿素作为植物体内最丰富的色素，其最善于吸收红光和蓝光。园艺学家认为４４０ｎｍ的蓝光对于植物叶片和根系的生长具有极其重要的作用，６００ｎｍ～７００ｎｍ的红光有利茎的生长，并促进植物的开花和叶绿素的形成。而绿光部分被例如胡萝卜素和叶黄素之类的其它色素所吸收，然后将其用于光合作用，但大部分绿光将被反射以显示叶片特有的叶绿色。还有许多其它复杂生长过程需要来自于光谱中不同区域光的照射［７］。2.2.2 多晶硅太阳能电池板对太阳辐射的响应２００７年九江学院王殿元等人［８］对硅太阳能电池光谱响应范围进行了研究性实验，测量了不同波长光谱下太阳能电池板的短路电流（见表１），并对数据进行处理，获得电池的相对光谱响应曲线（见图２）。从该研究结果可看出，硅太阳能电池对不同波长光线均有响应，但最主要的响应范围为８００ｎｍ～９００ｎｍ，即硅太阳能电池对不同波长光线均有不同程度吸收，但吸收最多的是波长在８００ｎｍ～９００ｎｍ之间的光。表１不同入射光波长下测得的太阳能电池短路电流图２硅太阳能电池相对光谱响应曲线对比植物光合作用最活跃的光谱范围与硅太阳能电池对光谱的响应范围可知，硅质太阳能电池板吸收最多的太阳光光谱波长在农作物光合作用活跃范围之外，即这部分光谱对农作物的光合作用没有实质性意义。因此，太阳能电池板铺设对大棚内植被影响较小。２．３对大棚内部温度的影响传统蔬菜大棚在夏天高温时棚内温度可达５０ ℃以上，大部分蔬菜在夏天无法种植［９］。２０１４年昝锦羽等人对光伏大棚内温度进行过模拟，模拟结果表明，白天棚内温度大部分情况下低于棚外温度，夜间棚内温度高于棚外温度，即太阳能电池板在夏季和中午能阻止过多热量进入大棚，抑制大棚内温度过度上升，在冬季和夜晚时，则能避免温室内热能流失，降低晚上温度下降速度，可有效起到冬季和夜晚保温作用。３结语光伏农业科技大棚相比普通农业大棚，其运行对生态农业有有利影响，也有不利影响。有利影响有ａ）光伏农业科技大棚从大棚支架的材质上，较普通农业大棚更坚固，更能抵御自然灾害1009080706050403020100光合作用百分率/300 360 440 660 800太阳光光谱波长 /nm紫外线可见光红外线农作物光合作用活跃区波长nm短路电流μ A波长nm短路电流μ A500 11.4 850 34.3550 17.8 900 31.7600 20.9 950 21.0650 24.0 1 000 10.4700 25.1 1 050 4.1750 25.3 1 100 1.7800 30.8 1 150 1.21.00.80.60.40.20.0电流I/A400 600 800 1 000 1 200入射光波长 /nm７４· ·２０１５年２月２０１５年第２期破坏；ｂ）光伏农业大棚解决了普通大棚头痛的保温、升温的问题。不利影响主要为微弱的遮光影响。但这种影响较小，可通过选择不同喜光类型的植物及采用ＬＥＤ灯补光措施来减缓这一影响。光伏农业科技大棚对生态农业的影响利大于弊。参考文献［ 1］蒋广洁，韩航玲．关于枣庄市台儿庄区发展光伏农业大棚的思考［ J］ .现代农业科技， 201413 225-227 ．［ 2］ Sonneveld P J， Swinkels G L A M， Campen J， et al.Perfor-mance results of a solar greenhouse combining electricaland thermal energy production［ J］ .Biosystems Engineering，2010106 48-57 ．［ 3］ Sonneveld P J， Swinkels G L A M， Bot G P A， et al.Fe-asibility study for combining cooling and high grade energyproduction in a solar greenhouse［ J］ .Biosystems Engineering，2010105 51-58 ．［ 4］ Yano A， Tsuchiya K， Nishi K， et al.Development of a Gre-enhouse Side-ventilation Controller driven by PhotovoltaicEnergy［ J］ .Biosystems Engineering， 200796 633-641.［ 5］ Yano A， Kadowaki M， Furue A， et al.Shading and electricalfeatures of a photovoltaic array mounted inside the roof ofan east-west oriented greenhouse［ J］ .Biosystems Engineer-ing， 2010106 367-377 ．［ 6］昝锦羽，刘祖明，廖华，等 .光伏温室大棚温度的模拟研究［ J］ .云南师范大学学报自然科学版， 2014， 342 42-47.［ 7］高鸿磊，诸定昌 .植物生长与光照的关系［ J］ .灯与照明， 2005，194 1-4.［ 8］王殿元，王庆凯，彭丹，等 .硅太阳能电池光谱响应曲线测定研究性实验［ J］ .物理实验， 2007， 279 8-10.［ 9］王朋 .寿光蔬菜大棚发电种菜双丰收［ J］ .寿光蔬菜， 20142 58．（责任编辑高志凤）（上接４９页）．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．化，提升长庆油田企业形象；（ｂ）企业全员认识到引入ＥＭＣ市场机制，能更好地实现节能项目和能源管理的良好运行，达到企业 “ 十二五 ” 节能减排的目标；（ｃ）引入ＥＭＣ机制，可以学习到外部企业先进的节能技术和管理理念，提升企业自身能源管理水平；ｂ）ＥＭＣ机制技术的引入。（ａ）ＥＭＣ机制引入了国内外先进的节能技术和设备，有利于推进企业技术创新的进行，减轻企业的研发成本；（ｂ）ＥＭＣｏ先进的节能技术在油田应用后，能有效降低企业能耗，更好地完成集团公司规定的节能节水指标；（ｃ）ＥＭＣｏ同时帮助企业培养了一批节能技术人才，提高了员工技术水平；ｃ）建立ＥＭＣ机制的标准。合同能源管理对长庆油田是新生事物，国家发布实施的ＧＢ／Ｔ２４９１５－２０１０合同能源管理技术通则，由于专业等方面差异的存在，可能会出现内容不全面或部分内容不适用等情况；石油行业没有相关标准，因此没有经验可以借鉴。通过实施ＥＭＣ项目，长庆油田需要制定相关的企业标准，指导二级单位更好地完成合同能源管理项目，同时推荐升级为行业标准；ｄ）ＥＭＣ管理的具体措施。在组建ＥＭＣ项目管理机构的基础上，应针对项目实施的各个环节制定相应的管理制度，同时要加强企业内部间的相互交流，采取有效的管理手段达到ＥＭＣ项目的预期效果，实现企业效益的最大化和管理水平的全面提升。４结语主要通过对ＥＭＣ机制的研究，对长庆油田实施ＥＭＣ进行了可行性分析，同时建立了合同能源管理的实施流程和管理机制，总结出实施合同能源的具体合同类型，并创新性地提出了内部合同能源管理模式ａ）建议上级财务部门单独设立能源费用科目，用于支付节能分享收益；项目审计上，要确定评价节能效果单位的资质级别；ｂ）标准合同文本的制定。按照国家发布实施的ＧＢ／Ｔ２４９１５－２０１０合同能源管理技术通则，长庆油田可根据实际情况组织合同、节能、财务等管理部门完善ＥＭＣ合同的相关内容，制定标准的合同文本，明确合同双方的权利和义务；ｃ）ＥＭＣ项目验收要邀请专家组现场走访、相关部门调查、会议讨论。规范验收环节，保证合同能源管理项目的质量；ｄ）节能量的确认。选择双方认可的测试机构对节能效果进行测评；严格按照能源计量标准，准确计量，计量仪表均在检定周期内，相关部门认可节能量；ｅ）ＥＭＣｏ的付款。财务单独设立能源项目预算，考核不与生产成本挂钩；严格按照节能测试计算节能效益；根据合同中规定的效益分配模式支付款项。参考文献［ 1］武德俊，柳晓雷 .合同能源管理运作模式及典型案例［ J］ .节能与环保， 20103 17-18.［ 2］马志宏 .合同能源管理国外发展概况及特点［ J］ .中国科技投资， 20108 23-24.［ 3］叶倩，王晛，刘伟，等 .合同能源管理服务的实践与思考［ J］ .建设科技， 20127 41-43.（责任编辑赵春梅）杨月梅，等光伏农业大棚发电项目对生态农业的影响浅析７５· ·