光伏溫室發(fā)展現(xiàn)狀與技術(shù)前景分析

農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)設(shè)施結(jié)構(gòu)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室KeyLaboratoryofFarmBuildinginStructureandConstructionApr.11,2015光伏溫室發(fā)展現(xiàn)狀與技術(shù)前景分析匯報(bào)人：魏曉明博士高級工程師提綱一、發(fā)展背景二、發(fā)展現(xiàn)狀三、設(shè)計(jì)方法四、案例分析五、技術(shù)思路一、發(fā)展背景1.定義與類別溫室是采用透光覆蓋材料作為全部或部分維護(hù)結(jié)構(gòu)，配備一定環(huán)境調(diào)控設(shè)備，給作物提供適宜的溫、光、水、氣、肥等生產(chǎn)環(huán)境，從而擺脫自然氣候條件制約的農(nóng)業(yè)建筑設(shè)施。連棟溫室日光溫室塑料大棚中小拱棚1.定義與類別PlasticHouseCombinedGHGlassHousePCGreenhouse連棟溫室兩跨及兩跨以上，通過天溝相連。Venlo、圓拱型、鋸齒型等。土地利用率高、投資高1.定義與類別裝配式壽光型日光溫室有保溫蓄熱墻體，南向采光屋面，夜間保溫材料外覆蓋。節(jié)能、土地利用率低。1.定義與類別GlassHouse塑料大棚一般為拱形、跨度不小于6m，脊高不低于1.8m的單棟設(shè)施。造價(jià)低、春提前秋延后。1.定義與類別中小拱棚高度1m-1.5m，造價(jià)低，僅用于短期覆蓋栽培。2.溫室產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀世界溫室面積2.溫室產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀我國溫室面積單位：萬公頃為園藝產(chǎn)品的均衡穩(wěn)定供給、農(nóng)民的持續(xù)增收、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平的持續(xù)提升，做出了巨大貢獻(xiàn)。全國設(shè)施蔬菜產(chǎn)量2.8億噸，占全國蔬菜總產(chǎn)量的35%。設(shè)施園藝凈產(chǎn)值超過7780多億元，吸納勞動力3000萬人。人工補(bǔ)光通風(fēng)裝備降溫裝備加溫裝備CO2施肥隨著溫室設(shè)施的大型化、裝配化、自動化、精準(zhǔn)化的發(fā)展，為給作物提供適宜穩(wěn)定的溫、光、濕等環(huán)境條件，溫室內(nèi)配套的裝備也越來越多，諸如：溫室園藝是一個(gè)高投入、高產(chǎn)出的產(chǎn)業(yè)，亦是一個(gè)高耗能的行業(yè)！2.溫室產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀2.溫室產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀據(jù)聯(lián)合國統(tǒng)計(jì)，全世界每年農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能耗量的35%用于溫室加溫。荷蘭每m2溫室年消耗43m3天然氣用于加溫和補(bǔ)光，荷蘭溫室的天然氣消耗量占全國的12%。日本200g的西紅柿需要消耗石油85ml；1根黃瓜消耗石油60ml。中國北方地區(qū)每畝連棟溫室年采暖耗煤100-120t；南方地區(qū)每畝夏季降溫20000kWh。能耗，制約了溫室產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)性！由于同樣需要利用太陽能：光伏組件所產(chǎn)電能供溫室使用或直接并網(wǎng)，減少生產(chǎn)能耗、擺脫溫室建設(shè)選址的能源供給限制和光伏電站建設(shè)的土地制約，這一研究在溫室和光伏行業(yè)引起了越來越多的關(guān)注。光伏溫室系統(tǒng)光伏發(fā)電溫室生產(chǎn)2.光伏溫室的意義二、發(fā)展現(xiàn)狀1.國外發(fā)展現(xiàn)狀荷蘭2011年提出KASALSEnergiebron計(jì)劃減排CO23.3Mt，較1990消減48%2020年在產(chǎn)量、品質(zhì)不下降溫室產(chǎn)業(yè)使用20%的可再生能源光伏溫室是研發(fā)的重點(diǎn)！1.國外發(fā)展現(xiàn)狀荷蘭第一階段（近紅外用于發(fā)電）該類型溫室年可發(fā)電20Kwh/m2,1.國外發(fā)展現(xiàn)狀荷蘭第二階段（直射光用于發(fā)電）該類型溫室年可發(fā)電17Kwh/m2,產(chǎn)熱440MJ/m2，折合18.3m3天然氣。1.國外發(fā)展現(xiàn)狀荷蘭第三階段（除光合有效輻射之外的用于發(fā)電）該類型溫室年可發(fā)電5.3Kwh/m2,產(chǎn)熱204MJ/m2，折合7.8m3天然氣。1.國外發(fā)展現(xiàn)狀美國從電池板材料上著手1.國外發(fā)展現(xiàn)狀美國果菜栽培對照1.國外發(fā)展現(xiàn)狀美國葉菜栽培對照1.國外發(fā)展現(xiàn)狀日本布置方案變化的研究通過比較不同光伏組件布置方案（直線布置與上下間隔布置），結(jié)果表明，光伏組件上下間隔布置方案其室內(nèi)作物產(chǎn)量優(yōu)于直線布置，并且發(fā)電量與直線布置方案相差無幾。1.國外發(fā)展現(xiàn)狀南歐地區(qū)意大利、西班牙光伏溫室產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速；以意大利為例截至2013年，全國光伏裝機(jī)量約16.4GW，1.國外發(fā)展現(xiàn)狀9.8%的布置比例下，對室內(nèi)西紅柿生產(chǎn)的影響。通過一個(gè)生長季的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，西紅柿的產(chǎn)量與品質(zhì)與常規(guī)溫室沒有顯著差異。1.國外發(fā)展現(xiàn)狀50%的布置比例下（南側(cè)屋面全部布置光伏組件），對西紅柿生產(chǎn)的影響。累計(jì)光照輻射量較常規(guī)溫室減少46%、82%。溫室960m2，安裝了68KWp組件1.國外發(fā)展現(xiàn)狀意大利政府關(guān)于光伏溫室的發(fā)展提出原則：當(dāng)光伏溫室組件安裝量超過200KWp,溫室農(nóng)業(yè)收入應(yīng)不低于發(fā)電所得收入；組件的投影面積必須不超過溫室面積的50%；建造前必須明確溫室內(nèi)栽培的作物品種和栽培技術(shù)。借鑒和啟示！2.國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀國內(nèi)：區(qū)域上江西山東寧夏江蘇2.國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀國內(nèi)：類型上不下于百M(fèi)W………..基于日光溫室基于連棟溫室2.國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

光伏溫室室內(nèi)光熱環(huán)境影響，是否滿足作物生長需求1%的光強(qiáng)，意味著1%的產(chǎn)量作物的品質(zhì)

光伏溫室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是否適宜溫室特性2.國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀支撐骨架過于安全，浪費(fèi)、陰影承載力計(jì)算不夠提供理論支撐。結(jié)合作物生長需求，建立適宜于光伏溫室的設(shè)計(jì)方法為光伏溫室的優(yōu)化設(shè)計(jì)和我國設(shè)施園藝裝備的優(yōu)化升級亟待2.國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀光伏溫室產(chǎn)業(yè)“方興未艾”缺乏理論研究，光伏溫室能夠適宜作物生產(chǎn)“有待商榷”三、設(shè)計(jì)方法光伏溫室適宜的傾角范圍25°～35°薄膜電池發(fā)電量溫室覆蓋材料透光率通過比較屋面傾角影響實(shí)驗(yàn)室理論測試現(xiàn)場小尺度測試?yán)碚撃M光伏組件作為溫室采光屋面對室內(nèi)光質(zhì)、光強(qiáng)的影響構(gòu)建了相關(guān)理論分析模型初步形成光伏溫室的采光設(shè)計(jì)理論！結(jié)合葉菜作物采光需求以保障冬至日10時(shí)溫室內(nèi)的光環(huán)境，基本滿足葉菜類作物的紅藍(lán)光需求為衡量準(zhǔn)則總體思路篩選原則綜合考慮屋面傾角對光伏電板發(fā)電效率和對溫室覆蓋材料透光率的影響得出相對最優(yōu)化的結(jié)果。光伏發(fā)電溫室生產(chǎn)為目標(biāo)并行不悖1.光伏溫室適宜屋面傾角的篩選傾角對發(fā)電的影響：以北京為例，依據(jù)氣象數(shù)據(jù)和薄膜電池性能參數(shù)，利用RETScreen（V4.0）軟件，計(jì)算傾角在20°～50°范圍之間組件單位面積的年發(fā)電量總體呈先增加后降低的趨勢（傾角35°最大），基本上下變化在3%之內(nèi)，因此綜合考慮安裝要求，溫室屋面光伏組件傾角可在25°～35°之間變化。1.光伏溫室適宜屋面傾角的篩選針對某一時(shí)刻，隨著傾角變化，透光率總體呈先增加后降低的趨勢（傾角35°最大）；溫室適宜的屋面傾角范圍可在25°～35°之間浮動，與電池板適宜安裝傾角相比對，兩者相符！傾角對透光率的影響：以4mm浮法玻璃為例，，計(jì)算北京地區(qū)冬至日不同屋面傾角對太陽入射角及玻璃透光率的影響10：0012：001.光伏溫室適宜屋面傾角的篩選光伏組件對室內(nèi)光環(huán)境的影響，主要體現(xiàn)在3個(gè)方面：對室內(nèi)光照強(qiáng)度的影響對室內(nèi)光質(zhì)變化的影響對室內(nèi)地面光環(huán)境均勻度的影響