<p>Ñ ió2017-08%0*KDOLJTÀ 節(jié)能日光溫室是中國自主研發(fā)的溫室結(jié)構(gòu)，多年來作為具有典型中國特色、規(guī)模數(shù)量較大的設(shè)施類型，一直是中國溫室園藝裝備升級的重點。截止到2013年，中國設(shè)施農(nóng)業(yè)面積已達到350萬hm2，其中日光溫室面積達88萬hm2，占設(shè)施總面積的25%1，設(shè)施農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值7080億元，約占中國農(nóng)林牧漁業(yè)累計總產(chǎn)值89465.7億元的8%2-3。在化石能源瀕臨枯竭的背景下，日光溫室由于具有較大型溫室而言的高保溫比和采光蓄熱技術(shù)的不斷提升，目前已成為中國設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)突破資源環(huán)境瓶頸制約，保持中國冬季設(shè)施產(chǎn)品的長期有效供給的重要手段。太陽能光伏發(fā)電作為再生能源的重點領(lǐng)域，是未來新能源發(fā)展的主要陣地，也是國務院確定的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一。在全球市場的推動下，中國的可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，各類水利、風能、光伏裝機量快速增長。光伏農(nóng)業(yè)卻只是光伏新能源發(fā)展中很小的一部分，但其發(fā)展速度極快。目前，不少省份已完成了光伏農(nóng)業(yè)大棚的建設(shè)，并開始運營。2014年3月，中國的光伏農(nóng)業(yè)種植大棚、光伏養(yǎng)殖農(nóng)業(yè)大棚、弱光型光伏農(nóng)業(yè)種植大棚、漁光互補水產(chǎn)養(yǎng)殖項目已達400余個4，2013年底，通過國家審批通的農(nóng)業(yè)光伏和漁光互補項目超過2.9 GW，而2014年17月，已簽約擬建或正在建設(shè)的光伏農(nóng)業(yè)項目超過2 GW。近兩年來，英利、保利協(xié)鑫、青島昌盛等知名光伏企業(yè)逐步投建光伏農(nóng)業(yè)項目，使得國內(nèi)光伏農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的態(tài)勢更加迅猛。中國光伏農(nóng)業(yè)裝機容量自2009年伊始的不足1 MW，到目前的1182 MW僅用了5年時間，據(jù)預估，2018年中國光伏農(nóng)業(yè)年裝機量將達到3260 MW，累計將達到12416 MW。中國對光伏的探索起步較遲，光伏農(nóng)業(yè)探索也比較缺乏。最近幾年以來，隨著光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，中國開始逐步對農(nóng)業(yè)光伏進行探索，研究的方向主要是農(nóng)業(yè)光伏實際應用的可行性、意義、存在問題及建議等方面。光伏大棚（圖1）是將農(nóng)業(yè)大棚與太陽能發(fā)電系統(tǒng)有機結(jié)合，將太陽能板鋪設(shè)在大棚上，充分利用了太陽能資源、空間資源，還解決了農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)部的照明、灌溉、通風、供暖等所需能源的問題，此外光伏大棚抗腐蝕能力、風、雨、雪能力強，壽命比普通的溫室大棚長。我國已有許多學者對光伏大棚進行了探索。中國的光伏設(shè)施農(nóng)業(yè)模式已逐漸在山東、江蘇、江西、內(nèi)蒙古等全國范圍內(nèi)推廣5。黃勇6的研究結(jié)果表明，光伏日光溫室不但可以解決以往溫室的電力供應，在保證生產(chǎn)需求的同時，可以提升產(chǎn)品質(zhì)量，并做到節(jié)能節(jié)水，減少污染和碳排放量，對經(jīng)濟增長、環(huán)境保護、社會教育等方面有著積極的影響。嚴聚仁7論證了中國光伏產(chǎn)業(yè)急需向國內(nèi)轉(zhuǎn)型，在國內(nèi)推廣光伏產(chǎn)業(yè)大棚勢在必行。馮秀萍等人8以對北京農(nóng)業(yè)科技學院的農(nóng)業(yè)科技節(jié)能光伏日光溫室整體透光率試驗研究及PAR模擬*張 &nbsp;勇1，鄒志榮1*，鮑恩財1，楊 &nbsp;宇1，湯青川2（1. 西北農(nóng)林科技大學，陜西楊凌 712100；2. 青海大學，西寧 &nbsp;810000）m ;v °Ñ ió2017-08園和西北農(nóng)林科技大學新天地公司的的農(nóng)業(yè)科技園為案例，論述了在農(nóng)業(yè)大棚中應用光伏太陽能技術(shù)的設(shè)計方案，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)在未來的發(fā)展方向做出了預測。楊月梅等9的研究結(jié)果顯示，光伏大棚發(fā)電項目對生態(tài)農(nóng)業(yè)積極影響大于消極影響。外國學者開展光伏技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應用研討會，會議聚焦討論光伏板技術(shù)研究和其在農(nóng)業(yè)應用方面的可能性10-11。同年有學者提出，光伏水泵在農(nóng)業(yè)灌溉、溫室、圍欄電源、魚塘曝氣等方面有很大作用12。在這之后羅馬尼亞、意大利等國家也逐漸將光伏引入農(nóng)業(yè)，闡述了太陽能光伏板在農(nóng)業(yè)中使用的可能性，并對農(nóng)業(yè)光伏電站做了經(jīng)濟效益分析13-14。Yano等15研究了棋盤型和線型的太陽能板的排列方式，結(jié)果顯示，前者雖稍微降低了光照強度，但對植物生長更為有利。在溫室園藝產(chǎn)業(yè)中，包括太陽能等在內(nèi)的各類清潔能源技術(shù)正在逐漸地被應用于溫室生產(chǎn)中。目前，研究者主要從2個技術(shù)方向?qū)⑻柲軕糜谌展鉁厥抑?，一個是直接利用太陽能結(jié)合光熱蓄熱技術(shù)，另一種途徑是利用太陽能發(fā)電技術(shù)，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能然后進一步應用。太陽能蓄熱系統(tǒng)得到的主要是低品位熱能，主要用來提高日光溫室冬季的保溫蓄熱能力，而太陽能發(fā)電技術(shù)可利用太陽能獲取高品位能源（電能），應用范圍更為廣泛，可為溫室環(huán)境調(diào)控設(shè)備提供能量。因此，日光溫室的光伏發(fā)電和內(nèi)部植物正常生長直接的耦合關(guān)系研究仍然是太陽能日光溫室亟待解決的問題。為了從結(jié)構(gòu)上解決日光溫室光伏發(fā)電與內(nèi)部種植生長的問題，西北農(nóng)林科技大學設(shè)施農(nóng)業(yè)團隊在省部級項目的支持下，自2013年開始展開了一系列的研究，在日光溫室的光伏發(fā)電與內(nèi)部植物生長耦合方面得到了一些階段性的研究結(jié)果。k; °Ñ i為進行各種不同覆蓋率光伏日光溫室的光照透過率分析研究，該試驗選擇3種不同覆蓋方式和不同組件覆蓋率的溫室，3個光伏溫室的建筑跨度一致，長度稍有差別，試驗溫室方位為正南。溫室東西長度為5075 m之間，南北跨度為10 m；溫室墻體厚度為1 m；溫室之間間距為10 m。試驗同時選擇了1座普通圓拱采光面日光溫室作為對照溫室，該溫室跨度為10 m，長度為60 m。試驗溫室位于青海西寧，該地的經(jīng)緯度為東經(jīng)101°4917、北緯36°343。試驗溫室的具體構(gòu)造如圖2所示。經(jīng)詳細計算光伏組件的分布，得到的光伏組件覆蓋率分別為47%、58%和81%。光照測量采用哈爾濱物格生產(chǎn)的長期數(shù)據(jù)記錄儀，該儀器主要包括溫濕度傳感器探頭、土壤溫度傳感器探頭及輻照度計。溫度測量范圍為-50120，濕度測量范圍為099%，光照度測量范圍為0200000 lx，溫度測量精度為±0.5，濕度測量精度為±3%，光照度測量精度為±5%。光照探頭在溫室內(nèi)的布置如圖2中所示，分別均勻地布置在溫室內(nèi)的光伏組件下方和組件的間隔部位，每個位置布置2臺，最后的試驗光照數(shù)據(jù)均采用各部位光照探頭的平均數(shù)據(jù)。B ­Â q;Ñ i _Wï C ­Â q;Ñ i _WïE vÑ iD ­Â q;Ñ i :_Wïm ;Fqµs­Â q¥ kÑ iFq­ÂZ T#­Â q; Ü (iV qs通過試驗，得到各不同組件覆蓋方式下的溫室光照度指標如圖3所示。從圖3可知，光照性能總體上依照室外、無組件覆蓋對照溫室、光伏組件縱向間隔布置（58%覆蓋率）、光伏組件橫向間隔布置（58%覆蓋率）、光伏組件橫向間隔布置（81%覆蓋率）呈下降趨勢。為了更加明確地分析各種差別組件覆蓋條件Ñ ió2017-08m ;Fqµs­Â q8iV qs m Fq­ÂZ T/¥Ñ i;v溫室總體透光率為58.87%；光伏組件縱向間隔布置（58%覆蓋率）總體透光率約38.45%；光伏組件橫向間隔布置（58%覆蓋率）總體透光率為29.00%；光伏組件橫向間隔布置（81%覆蓋率）總體透光率為24.21%。因此差別覆蓋率的總體透光性能由高到低的次序為無組件覆蓋對照溫室光伏組件縱向間隔布置（58%覆蓋率）光伏組件橫向間隔布置（58%覆蓋率）光伏組件橫向間隔布置（81%覆蓋率）。通過陰影分析可知，58%的縱向間隔布置對種植區(qū)域的影響與無組件覆蓋基本相當（在種植區(qū)域有部分陰影落在后墻上），具體影響因種植園藝作物的種類不同而有所差別。而對于溫室內(nèi)部溫度的影響，在后續(xù)的研究中會進一步闡明。;Ñ i1“3 Es為了進一步分析組件覆蓋率在50%及以下的整體透過率，該試驗通過ECOTECT軟件對溫室與光伏板結(jié)合模式進行了進一步的模擬分析。ECOTECT模擬中溫室模型方位為正南，溫室東西長度為30 m，南北跨度為10 m，其他建筑參數(shù)與試驗溫室相同。對30%、45%和50%間隔布置等3種方式進行模擬分析，分析模型光伏溫室在11月、12月與1月的日均PAR值，以及111月3個月的日均PAR值，綜合比較溫室內(nèi)部光照的日均PAR數(shù)據(jù)，如圖5所示。下的差別透過率，可用以下公式計算光伏溫室整體透過率：分別計算不同組件覆蓋溫室的整體透過率，結(jié)果如圖4所示。因此，如圖3、4所示，室外最大照度為51417.50 lx，10:0016:00的室外照度平均值為43215.91 lx；無組件覆蓋對照溫室照度平均值為25439.08 lx，總體透光率為58.87%；光伏組件縱向間隔布置（58%覆蓋率）照度平均值為19770.3.11 lx，總體透光率約38.45%。光伏組件橫向間隔布置（58%覆蓋率）照度平均值為12532.26 lx，總體透光率為29.00%；光伏組件橫向間隔布置（81%覆蓋率）照度平均值為10463.22 lx，總體透光率為24.21%。分析可知，在10:0016:00無組件覆蓋對照m ; °Ñ i­Â q i =; s ­Â q Ü ( ° 1“3 ­Â q Ü ( ° 1“3 ­Â q Ü ( ° 1“3 ­Â q Ü ( ° 1“3 Wï T­Â q Ü ( ° 1“3 Wï T­Â q Ü ( ° 1“3 Wï T­Â q Ü ( ° 1“3 Wï T­Â q Ü ( ° 1“3 &nbsp;Ü ( T­Â q Ü ( ° 1“3 &nbsp;Ü ( T­Â q Ü ( ° 1“3 &nbsp;Ü ( T­Â q Ü ( ° 1“3 &nbsp;Ü ( T­Â q Ü ( ° 1“3;vMYHWÑ ió2017-08分析可知，3種日光溫室與光伏板結(jié)合模式的嘗試，11月和12月PAR范圍在0.40 4.00 MJ/(m2·d )之間，1月在0.35 3.50 MJ/(m2·d )之間，不同類型排布對溫室內(nèi)光照的影響差異不是特別大，30%平鋪式覆蓋和45%間隔式排布方式相比，前者在溫室中部光照有明顯優(yōu)勢，45%間隔式排布與50%平鋪式排布相比，后者在中部光照有明顯劣勢，因此綜合考慮經(jīng)濟條件和植物生長需求，在生產(chǎn)中適宜取以45%間隔式光伏板覆蓋溫室頂部的模式。 9²該研究以中國蓬勃發(fā)展的光伏日光溫室為研究對象，針對光伏日光溫室設(shè)計中存在的光伏組件覆蓋和植物生產(chǎn)互相爭搶光資源的問題，在系統(tǒng)研究光伏組件遮光機理的基礎(chǔ)上，試驗分析了3種不同覆蓋率和不同覆蓋方式的光伏溫室，并對30%、45%和50%間隔布置光伏溫室進行了初步的PAR分析。在10:0016:00，無組件覆蓋對照溫室總體透光率為58.87%；光伏組件縱向間隔布置（58%覆蓋率）總體透光率約33.97%；光伏組件橫向間隔布置（58%覆蓋率）總體透光率為29.00%；光伏組件橫向間隔布置（81%覆蓋率）總體透光率為24.21%。30%、45%和50%間隔布置光伏溫室總體光照PAR分布趨勢相同，區(qū)別是30%平鋪式覆蓋和45%間隔式排布方式相比，前者在溫室中部光照有明顯優(yōu)勢，45%間隔式排布與50%平鋪式排布相比，后者在中部光照有明顯劣勢，綜合考慮經(jīng)濟條件和植物生長需求，因此在生產(chǎn)中適宜取以45%間隔式光伏板覆蓋溫室頂部的模式。 IÓDÉk ü ÛÉ £ © ÏS °Ñ i²# ?¥M Ê j Ù? ÏS °Ñ iÁ + j ! ó?Z¦ùî 5F ÏS ! óÁ É v &nbsp; ¦ ; j j0 gÆ ÚÏ · &gt;é o ©Á ½ê jÛ§ ;?È“dÑ iv ° ¥¨ &nbsp;S/ø ¥V;Q o j &nbsp;j® Û Ù ü é B ë &nbsp;S/Á¶_ &nbsp; ¼ £Y ¦! ; j &nbsp;?÷Ы ? &nbsp; 1BSLFS#&#39; -JOEMFZ.3 #FOTPO&#39;+ FUBM“TTFTTNFOU PGTPMBSFOFSHZQPUFOUJBMJOBHSJDVMUVSF1BQFS“NFSJDBO TPDJFUZPGBHSJDVMUVSBMFOHJOFFST 7PO0IFJN3“ 4USJQQFM.)1IPUPWPMUBJDPOHSJE DPOOFDUFEBQQMJDBUJPOTJOBHSJDVMUVSBMQSPEVDUJPO 9*XPSMEDPOHSFTTPOBHSJDVMUVSBMFOHJOFFSJOH7PMVNF 1SPDFFEJOHTPGBDPOGFSFODFIFMEJO.JMBO *UBMZ “VHVTU4FQUFNCFS#FMHJVN$*(3 .FSFMCF LF 0IFJNC37 &#39;FUU/ )VFOTFMFS) FUBM1IPUPWPMUBJDBQQMJDBUJPOT JOBHSJDVMUVSF&#39;FEFSBMNJOJTUSJFTPGSFTFBSDIBOE UFDIOPMPHZBOEPGBHSJDVMUVSFTFNJOBSPOUIFDVSSFOU TUBUVTIFMEJO,SBOJDITUFJO %BSNTUBEUPOUIFUIUPUI +VOF,5#-“SCFJUTQBQJFS %BOJFMF$ -PNCBSEJ(7 û 8 S/d7ýñ9à “ ,5$- Teºf§ 3 ûÁ ¦¬ qp Vö1V YÑ iyý²#; £Ìâyýóùîb &nbsp;YT;½ &nbsp;´ 3 qö1VY ! jf§ ;½ ´ 6 © « ?; °Ñ i8i; q kùî#1“3 E j&lt;ýñ/ </p>