3種典型光伏大棚投資效益比較來源:電氣技術(shù) 作者:章榮國前言：針對我國大面積推行的光伏扶貧中遇到的土地問題，國家鼓勵光伏扶貧與設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展相結(jié)合，但傳統(tǒng)設(shè)施農(nóng)業(yè)出于經(jīng)濟性考慮不能直接滿足光伏安裝要求，為此本文對比了敞開式、連棟溫室與日光溫室的光伏布置方式，并進行了單位耕地面積的光伏發(fā)電量比較，最后完成了典型光伏大棚的投資效益分析，為進一步開展與設(shè)施農(nóng)業(yè)相結(jié)合的光伏大棚設(shè)計提供了參考依據(jù)。隨著我國光伏扶貧工程的大面積推廣，農(nóng)村地區(qū)配電網(wǎng)逐步出現(xiàn)了無法就地消納光伏電量的問題，大量光伏電量通過農(nóng)村地區(qū)較為薄弱的配電網(wǎng)反送至電網(wǎng)主網(wǎng)，對電網(wǎng)的網(wǎng)損和投資改造成本造成較大影響 1，為此國務(wù)院在“十三五扶貧規(guī)劃”中提出農(nóng)村分布式電源應(yīng)與設(shè)施農(nóng)業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展的方向 2，通過設(shè)施農(nóng)業(yè)用能與分布式電源供電相結(jié)合，負荷與電源同步發(fā)展，實現(xiàn)分布式電源與設(shè)施農(nóng)業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展，并增強光伏發(fā)電效益，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展提供能源支撐。目前光伏發(fā)電與設(shè)施農(nóng)業(yè)相結(jié)合的主要形式是光伏大棚 3-4，該種方式目前已經(jīng)在不同地區(qū)和不同經(jīng)濟作物品種上開始了實踐，包括北方地區(qū)與南方地區(qū)不同氣候類型的省份5-7，作物品種包括傳統(tǒng)的蔬菜大棚和初步探索的香菇、茶樹及有機蔬菜 8-10。而在大棚形式上包括較為常見的日光溫室和玻璃溫室，也包括新近探索的敞開式大棚，同時為了考慮用能與發(fā)電的匹配，初步開展了溫室用能智能控制 11，以期探索互補消納模式 12。1 典型光伏大棚光伏布置方式光伏大棚是在溫室或溫室周圍布置光伏發(fā)電設(shè)備，從而達到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與光伏發(fā)電同步進行，設(shè)施農(nóng)業(yè)用能與光伏供電互補運行，但在具體布置形式上具有多種方案。較為常見的為玻璃溫室、日光溫室與敞開式 3 種方式。1）玻璃溫室型光伏大棚玻璃溫室在觀光農(nóng)業(yè)應(yīng)用較多，結(jié)構(gòu)較為堅固，通過與無邊框晶硅組件或薄膜組件的結(jié)合可有效開展光伏發(fā)電，但需要根據(jù)光伏發(fā)電調(diào)整朝向。同時要考慮光伏發(fā)電效益，不應(yīng)再采用外遮陽機構(gòu)。主要布置形式如圖 1 所示。2）日光溫室型光伏大棚日光溫室是我國最為常見的設(shè)施農(nóng)業(yè)載體，在結(jié)構(gòu)上有著較大差別，包括竹竿骨架、焊管骨架及冷彎骨架。前兩者一般不適合用作光伏發(fā)電，在安裝光伏組件后所增加的風(fēng)荷影響溫室的結(jié)構(gòu)強度，一般采用冷彎結(jié)構(gòu)。為了避免對光伏組件的遮擋，一般安置于后墻，如圖 2（a）所示。對于該種方式布置的光伏大棚棚內(nèi)作物采光不存在影響，從安裝來看，可充分利用后墻通道或后墻腳手架，安裝簡便易于保證工程質(zhì)量。該種方式由于具有后墻維護通道，清掃和外觀檢查較為便捷，維護成本低。在光伏大棚實踐中，該種方式還可用于種植菌類、有機蔬菜或育苗等方面，由于該類種植不需要較強的陽光，一次前坡可將薄膜或陽光板替換為無邊框組件，提高發(fā)電收益，在內(nèi)部配置補光設(shè)備保證作物正常生長。該種布置方式如圖 2（b）所示。3）敞開式光伏設(shè)施農(nóng)業(yè)敞開式光伏設(shè)施農(nóng)業(yè)從農(nóng)業(yè)角度看是一般光伏陣列與大田種植相結(jié)合的產(chǎn)物，該種方式可用于種植低矮的作物，如綠葉蔬菜、苗木或茶樹等，該種方式最有利于光伏組件布置，無需溫室調(diào)控，但該種方式不具備或較少具備光伏發(fā)電的消納能力，重點是保證發(fā)電效益，在未來面對高滲透率的農(nóng)村配網(wǎng)不具備競爭力，其布置示意圖如圖 3 所示。2 單位面積光伏發(fā)電量比較針對 3 種光伏設(shè)施農(nóng)業(yè)形式，玻璃溫室的屋頂面積利用最為充分，發(fā)電效益最為顯著，而敞開式次之，日光溫室最低。1）玻璃溫室型光伏大棚該類溫室的光伏組件被布置于屋頂，鑒于原有的采光考慮，可不調(diào)整頂部傾角，直接布置組件，不會產(chǎn)生傾角對發(fā)電量的影響，但需要注意朝向，設(shè)計中要求組件正南朝向。該類方式由于日光溫室高度，無需考慮前方遮擋，面積利用率最為充分，每平米在6595Wp 之間，隨著緯度而有所變化。2）日光溫室型光伏大棚日光溫室具有兩種形式，在利用后墻方式情況下，每平米溫室的光伏裝機為 40Wp，考慮到日光溫室前后的間距，實際光伏裝機約為每平米為 20Wp，而如種植菌類采用前坡布置光伏組件，每平米溫室的光伏裝機為 200Wp，考慮到日光溫室前后的間距，實際光伏裝機約為每平米為 100Wp。3）敞開式光伏設(shè)施農(nóng)業(yè)該種方式類似于玻璃溫室型光伏大棚，前后兩排考慮遮擋因素，并考慮不同緯度下對前后間距的影響，每平米設(shè)施的光伏裝機在 75125Wp/m 2。通過發(fā)電量比較可知，以上 3 種光伏與農(nóng)業(yè)結(jié)合的方式，敞開式的發(fā)電效益最好，對比情況見表 1。3 投資效益分析光伏與農(nóng)業(yè)結(jié)合的投資效益包括發(fā)電設(shè)備投入、光伏發(fā)電效益、設(shè)施農(nóng)業(yè)投資成本與農(nóng)業(yè)種植收益 4 部分，其中光伏收益比較固定，其效益主要取決于單位面積的光伏裝機，裝機容量越大，發(fā)電效益越大，而農(nóng)業(yè)投資效益主要取決于溫室類型和種植作物類型。本文以華北地區(qū)為例，考慮土地面積 10 畝，綜合對比不同形式光伏與設(shè)施農(nóng)業(yè)相結(jié)合的投資效益。光伏收益在屋頂電價在 1.05 元/kWh 水平上按收益 0.2 元/kWh 計算。三類光伏與設(shè)施農(nóng)業(yè)結(jié)合方式共有 4 種實施方式，4 種方式的比較見表 2，農(nóng)業(yè)產(chǎn)出來自 4種環(huán)境下都能生長的葉菜，如生菜、油菜、雞毛菜等，表 2 中實際選用生菜。光伏裝機容量按表 1 中的每平米裝機容量與土地面積相乘得到，土地面積折合6667m2。年發(fā)電收益 B 由式（1）計算得到式中，S 為裝機容量；T 為年發(fā)電小時數(shù)，本例中取 1200h；p 為度電收益；此處按0.2 元/kWh 計算。玻璃溫室每平米投資為 750 元，日光（后坡）溫室每平米投資為 350 元，日光（前坡）溫室每平米投資為 550 元，敞開式每平米投資為 100 元。農(nóng)業(yè)收入以生菜為例，市場收購價格為 4 元/kg，溫室可保證四季生長，敞開式為 1年 2 季，但由于光伏組件遮擋，僅有 50%面積可用。綜合比較開看，玻璃溫室高投入高產(chǎn)出，但考慮到冬季供暖增加成本顯著，不宜推廣，而日光溫室投入產(chǎn)出效益適中，適合大范圍推廣，可根據(jù)市場情況選擇后墻或前坡布置方式。敞開式雖然發(fā)電效益顯著，但農(nóng)業(yè)收入較低，考慮到夏季除草成本，不建議大面積推廣。4 結(jié)論本文針對玻璃溫室、日光溫室及敞開式 3 種形式的光伏與農(nóng)業(yè)相結(jié)合方式進行了比較分析，3 種方式中玻璃溫室的發(fā)電效益最高，但玻璃溫室的建設(shè)投資較大，冬季供暖需求大，投入產(chǎn)出比不高，而敞開式光伏農(nóng)業(yè)形式農(nóng)業(yè)產(chǎn)出較低，對更低利用不充分。綜合來看，日光溫室在光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)收益方面能夠較好結(jié)合，是目前最有前景的發(fā)展形式。參考文獻1 陳沛華,趙會茹,李娜娜.分布式光伏電源并網(wǎng)影響與應(yīng)對措施J.電氣技術(shù),2015,16(1):125-127.2 國務(wù)院.國務(wù)院關(guān)于印發(fā)“十三五”脫貧攻堅規(guī)劃的通知Z.北京,2016.3 高紅敏.淺析太陽能光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)大棚種植的結(jié)合J.中國農(nóng)業(yè)信息,2016(23):108-109.4 黃勇.光伏發(fā)電系統(tǒng)在溫室大棚上的應(yīng)用J.科技廣場,2015(5):69-76.5 茍鴻婭.太陽能光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)大棚種植的結(jié)合J.河南科技,2014(19):174-175.6 劉曉艷,王玉輝.湖北地區(qū)光伏農(nóng)業(yè)大棚項目技術(shù)方案特點J.河南科技,2015(19):108-110.7 祁娟霞,曹麗華,李建設(shè),等.寧夏不同光伏溫室和大棚冬季內(nèi)環(huán)境比較研究J.浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報,2017(3):414-420.8 徐端平,何勇,馬帥,等.太陽能光伏聯(lián)棟大棚中香菇越夏模式試驗J.食用菌,2017(3):63-65.9 孫立濤,王漪,薛慶營.光伏大棚設(shè)施環(huán)境下茶樹生長情況研究與分析J.農(nóng)業(yè)工程技術(shù),2015(31):40-42.10 新華社.建光伏陰陽型大棚節(jié)能高效發(fā)展有機蔬菜J.長江蔬菜,2014(5):3.11 苗鳳娟,高玉峰,陶佰睿,等.基于物聯(lián)網(wǎng)與太陽能光伏的智能溫室監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計J.科技通報,2016(9):89-92.12 劉大志.考慮分布式光伏接入的配電網(wǎng)增強方法研究J.電氣技術(shù),2016,17(9):66-69.原標(biāo)題:典型光伏大棚投資效益比較分析研究