非晶硅薄膜组件光伏农业大棚

光伏农业大棚介绍一、 背景介绍1、 能源匮乏我国的能源结构以煤为主，是世界上最大的煤炭消费国，相对于巨大的人口基数，面临的能源资源形势十分严峻。2、 环境污染矿产资源能源等非可再生能源的生产和消费，对环境造成了极大的破坏和污染，节能减排形势严峻。3、 电力紧缺农业大棚地理位置以农村、郊区为主，电力等能源非常短缺，传统电网难以到达这些地区。4、 国家政策能源问题，农业问题越来越受到国家重视及相应的政策倾斜。 太阳能光伏产业“十二五”发展规划已将太阳能光伏生态大棚电站的模式划定为 BIPV（光伏建筑一体化）示范项目，享受国家财政补贴二、 光伏农业大棚介绍光伏是将太阳光辐射能直接转换为电能的新型发电系统。 大棚的“升温、 保温” 一向是搅扰农户的重点问题。 “光伏农业大棚” , 有望解决这一难题。由于夏季的高温 , 在6-9 月份众多品类的蔬菜无法正常成长 , 而“光伏农业大棚”如同在农业大棚外表添补了一个分光计 , 可隔绝红外线 , 禁止过多的热量进入大棚；在冬季和黑夜的时候 , 则能禁止大棚内的红外波段的光向外辐射 , 降低晚上温度下跌的速度 , 起到保温的作用。“光伏农业大棚” 能供给农业大棚内照明等所需电力 , 剩余的电还能并网。 在 “光伏农业大棚” 离网体系中 , 可与 LED体系相调配 , 白天发电保障植物的成长； 黑夜 LED体系可应用白天发的电 , 给植物供给光照。三、 系统原理组件以半透明非晶薄膜为主，可以根据需要做透光度，亦可做柔性。四、 应用原理农作物光合作用示意图太阳光入射到地球表面包括紫外线、可见光及红外线。紫外线占 7 （改变植物物质结构，具有破坏性）可见光占 71 （提供照明、供植物光合作用）红外线占 22 （产生热能）非晶硅单结薄膜透光组件光谱透过率太阳光谱在 280 315nm 时，对植物形态与生理过程的影响极小；太阳光谱在 315 400nm 时，植物对叶绿素吸收减少，影响光周期效应，阻止植物茎伸长；太阳光谱在 400 520nm （蓝光） 时，植物对叶绿素与类胡萝卜素吸收比例最大，对光合作用影响最大；太阳光谱在 520 610nm 时，植物对色素的吸收率不高；太阳光谱在 610 720nm （红光） 时，植物对叶绿素吸收率低，对光合作用与光周期效应有显著影响；太阳光谱在 720 1000nm 时，吸收率低，刺激细胞延长，影响开花与种子发芽；太阳光谱 大于 1000nm时，太阳能将转换成为热量。（以上数据具有普遍代表性，具体到某品种可能有差异）总结因此太阳光谱在 400 520nm（蓝光）和太阳光谱在 610 720nm（红光）这两个区间最有利于植物生长。 为了增加植物所需要的光谱， 可以采用两种方式 屋顶薄膜太阳能电池板和普通透明白玻璃间隔排列；采用 LED灯补充植物需要的光谱，达到植物生长的光环境。同时， 非晶硅薄膜太阳能组件发电需要的主要光谱为 600nm， 对紫外线几乎不透过， 能有效阻挡紫外线对植物的生长影响。 发电的同时确保植物光合作用有效进行， 并起到有效的保温作用。五、 建筑方案（天威薄膜示例） 类型一类型二六、 光伏大棚温室系统可选配置1、 开窗系统（以达到通风降温的效果）2、 例如 湿帘风机降温系统 利用水的蒸发降温原理实现降温目的。特制的湿帘能确保水均匀地淋湿整个降温湿帘墙，当空气穿透湿帘介质时，与湿润介质表面进行水气交换以实现对空气的加湿与降温。3、 喷雾系统（对于温室不仅起灌溉作用，还可以起到降温，调节湿度，叶面施肥等作用）4、 3、 LED 植物生长灯（ 400 520nm-- 蓝色的光线以及 610 720nm-- 红色光线，对于光合作用最大。 520 610nm-- 绿色的光线，被植物色素吸收的比率很低） 。通过改变电流可以使 LED发出不同颜色的光， LED还可以方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光。如小电流时为红色的 LED，随着电流的增加，可以依次变为橙色，黄色，最后为绿色。叶绿素 a,b 的吸收峰5、 选择蓝红 LED 灯，两种波长的光线，覆盖光合作用所需的波长范围。蓝色 470nm 和红色 627nm 的 LED 灯，可以提供植物所需的光线。七、 现存问题由于薄膜光伏太阳能农业大棚模式在我国才刚刚启动， 而且多为示范区， 太阳能装机容量普遍较小， 目前并没有大规模推广， 还存在诸如前期投入成本较高、 太阳能发电与农作物生产相结合关键技术不成熟、 运营保障技术不到位以及国家扶持资金比例不高等问题。 具体体现为（一）前期投入成本很高，农业企业或农民独自承担不起目前， 我国的非晶体硅薄膜光伏太阳能电池生产线大部分引自国外， 国内企业并不掌握太阳能电池制造的核心技术， 加之近年来原材料价格步步攀升， 导致我国的太阳能电池生产成较高。据调查，一块非晶体硅薄膜太阳能电池板（长 1.4 米，宽 1.1 米）的内销价格为1000 元人民币或 1 瓦 6 元人民币，如果一亩设施农业大棚顶的 2/3 面积安装太阳能电池板（太阳能装机容量 50 千瓦），仅太阳能电池板至少需 30 万元人民币，如果再加上安装费、控制器、变电器、配电箱以及蓄电池等，可能要高达 50 万元，整个薄膜光伏太阳能农业大棚（玻璃温室类型，内有加温、降温和通风设施）的总投入大概需要近 100 万元。从表 1可知， 目前我国在建的或已建成的薄膜光伏太阳能示范大棚均全部由当地政府直接投资， 规模较大的才有企业资金参与。因此， 如果没有政府资金的投入，完全由企业或个人承担，负担压力较大 , 不利于在大面积设施农业大棚上的应用。（二）薄膜光伏太阳能电池与农作物生产相结合关键技术不成熟传统的太阳能电池是晶硅电池且不透光，近年来快速发展的是薄膜非晶硅太阳能电池，这种太阳能电池的最大优点是可以透光， 而且温度系数低， 在阴天雨天和雾天也能发电， 常年累计发电量比晶硅电池发电效率可提高 20左右。据调查，这种薄膜太阳能电池的最大吸收波峰在 400-600nm, 而植物进行光合作用的有效光谱为 440nm的蓝光和 660nm的红光区，在理论上薄膜太阳能电池的最大吸收波峰与植物光合作用的吸收波峰并不冲突， 可以通过薄膜分光技术将植物吸收的光透过太阳能电池板供植物进行光合作用， 其它的光用来发电。 但目前将这种技术应用在设施农业大棚上， 是否能完全不影响植物的正常生长还缺乏相应的前期实验研究， 而且如何将分光技术与太阳能电池更科学地结合起来， 也是一个新的课题， 现在研究的很少，都在探索之中。（三）已建成的薄膜光伏太阳能农业大棚多为示范工程，与农业生产结合不紧密薄膜光伏太阳能农业大棚虽然在我国多个省份大大小小的已建成了 20 多个，但多数均是概念性的示范性工程。 通过到山东、 江西等地的示范点调研， 发现建成的薄膜光伏太阳能农业大棚大多数均没有充分利用， 棚内种植农作物很少， 甚至只是一个能利用太阳能发电的大棚， 棚内并没有任何农作物。 当前，薄膜光伏太阳能农业大棚作为一种新生事物，仅是概念性的展示， 并没有和实际农业生产紧密结合， 没有起到既能利用太阳能发电， 又能进行农作物生产一举两得的双赢效果。（四）配套设施不完善及运营保障技术不到位，导致实际应用效果不理想由于目前大部分的薄膜光伏太阳能农业大棚仅是示范， 所以棚内并没有相应的农业生产设施如降温和加温设施。我国大部分地区四季分明，夏天温度普遍很高，冬季温度又很低，如果建成的薄膜光伏太阳能农业大棚内没有相应的降温和加温设施， 在炎热和寒冷的季节也很难保证能进行农作物的正常生产。 而且大部分农业企业和农民种植者并不掌握太阳能电池的日常维护和保养技术， 很多太阳能电池加工企业在建成大棚后并没有后续的运营保障技术服务， 一旦太阳能电池出现问题就很难保证能正常运行， 因此已建成的大部分薄膜光伏太阳能大棚存在应用效果不理想的状况。（五）太阳能发电量与农业生产用电量不相匹配，与当地电网并网存在较大困难薄膜光伏太阳能大棚能利用太阳能发电， 发的电也能应用到棚内农作物相应生产设施上如降温和升温设施， 但发电量与用电量并不匹配。 比如在炎热的夏季和寒冷的冬天， 太阳能发的电量远达不到农业生产用的电量， 相反如果是在一般的天气， 太阳能发的电量就会超过农业生产用电， 就会存在多余的发电量。 解决的办法就是与当地电网并网， 但目前与当地电网并网存在成本高，并网要求条件苛刻等问题。（六）国家补贴比例不高，影响大规模的推广应用建设一个较小规模的薄膜光伏太阳能大棚也要几十万元，规模较大者可能需要几百万元，甚至上亿元。目前我国为了促进太阳能光伏产业的发展而开展的“金太阳示范工程”补贴比例最高为 50，这一比例应用在设施农业大棚上，依然存在投入成本太高，企业和个人承担的风险大，因此影响了薄膜光伏太阳能大棚大规模的推广应用。（七）薄膜光伏太阳能大棚结构承重要求严格，现有农业大棚改造成本高因薄膜太阳能电池普遍采用双玻封装的方式，组件厚度为 6-7mm，而常规光伏大棚所用保温玻璃厚度为 4mm左右，两者厚度相差 2-3mm，原有的农业大棚结构承重不能满足光伏组件的承重要求， 需要对原有农业大棚结构进行改造和升级， 这也导致薄膜光伏太阳能大棚的总体投入增加，限制了薄膜光伏太阳能大棚的大范围使用。八、 应用实例目前我国薄膜光伏太阳能大棚应用情况建设地点 建设规模 建设企业投资规模人民币币）投资构成 运行状态山东寿光1 亩17 千瓦河北保定天威保变电气股份有限公司40 万元 政府投资 建成，能发电，山东寿光100 亩700 千瓦山东维坊华天新能源集团公司不祥 政府投资 在建河北承德 10 万亩120 兆瓦河北卡能光伏科技有限公司30 亿 政府和企业投资 项目签约，在建江西上饶20 亩100 千瓦台湾光宝绿色能源股份有限公司500 万元 政府投资 建成，能发电，江西鹰潭10 亩60 千瓦台湾光宝绿色能源股份有限公司350 万元 政府投资 建成，已并网发电江苏常州和泰州30 亩100 千瓦 宁波金太阳光伏科技有限公司不祥 政府投资 在建海南三亚50 亩200 千瓦不祥 政府投资部分建成发电， 部分在建江苏南京200 亩60 千瓦鸿达温室 不祥 政府和企业投资前期 10 亩已建成发电九、 应用图片山东寿光光伏大棚辽宁大连0.5 亩2 千瓦北京中锦阳科技有限公司不祥 政府投资 建成湖北武汉 3000 亩2.1 兆瓦武汉广源光伏太阳能科技有限公司5.3 亿元 政府和企业投资 审批完成，在建青海乐都20 亩， 200千瓦福建均石能源集团 不祥 政府投资已建成发电， 应用设施农牧业宁夏中卫5 亩4 千瓦中国恩菲工程技术公司不祥 政府投资 已建成发电广西贺州1000 亩4 兆瓦中国科学院“霞光工程”2 亿元 政府和企业投资 在建山东寿光光伏大棚（天威建造）山东寿光光伏大棚（天威建造）山东寿光光伏大棚山东寿光光伏大棚南京汤泉农场太阳能光伏发电站基地外景南京汤泉农场光伏温室发电站外形玻璃温室大棚采用薄膜光伏太阳能板发电江西上饶沙溪镇薄膜太阳能农业大棚江西上饶沙溪镇薄膜太阳能农业大棚