光伏评估

光伏农业大棚初步评估报告前言太阳能光伏农业大棚将光伏产业与农业联系起来 ,带动绿色农业发展 ,有望实现真正的低碳、绿色和循环农业。现在我国温室大棚农业正处于快速发展阶段， 光蔬菜大棚就有将近 64万公顷， 使得光伏农业大棚有着光明的市场开拓空间。2009 年 10 月在江西上饶沙溪镇 ,光宝承建了国内首个薄膜太阳能农业大棚发电站。 根据不完全统计 ,在江西、 广西和江苏 ,目前全国已有近 30 个薄膜太阳电池农业大棚发电站的 “示范点” ,部分实现并网发电。但到目前为止，还大都处于试验示范阶段，并没有大规模的推广和商业运用。具体阻碍发展因素有以下几点：1、 成本高：一般农业蔬菜大棚造价不超过 100 元 /米 ^2，造价最高的玻璃智能温室大棚在700 元 /米 ^2，而光伏农业大棚造价2、 透光率和发电效率的矛盾： 透光率高，发电效率就降低，这两者不可以兼得。 目前种植豆芽、芽黄菜等不需要阳光的蔬菜最理想，叶菜类（特别是耐高温高湿品种）对生长无较为明显影响。其余都待实验验证。且以上都没有数据佐证。3、 薄膜太阳能电池的寿命：晶硅电池在国际上得到证实的使用寿命超过 30 年，而薄膜电池的使用寿命则说法不一， 商业模式是建立在薄膜电池的使用寿命为 20 年的基础上的。4、 土地利用率的问题：因为考虑光照角度及光线、结构等问题造成土地利用率不高，选择性降低。5、 财政补贴：国家对薄膜太阳能农业大棚电站的补贴不高，今年两会期间，曾有人大代表提议，在 “ 金太阳示范工程 ” 项目补助 50%的基础上，将资助比例提高到 70%。6、 种植作物的选择问题： 因为要同时符合光伏农业大棚特点、 市场和行情、 作物生长规律，目前市场上还没有找到一个成熟的模式。故此，我们在公司大棚种植以探讨可行性种植模式。一、 光伏农业大棚特点：1、 太阳能板透光性薄膜太阳能的透光率和光与光合作用的关系如下图所示。 因为阳光照射不仅与光合作用息息相关， 且对果实中色素、 糖分等的影响， 因此光照时间对一些作物的成熟会有影响，光伏大棚应该把这些影响考虑在内。现在的一些光伏大棚也会加 LED 灯增加光照时间。图 1、对不同波长光的透光率图 2、不同波长光与光合作用的关系光照对作物的影响， 以西红柿为例， 根据西北农业科技大学的研究， 番茄种子最低发芽温度为 8． 7℃，最适温度是 20 — 25℃，高于 35℃不少品种发芽率降低 。 据试验，西红柿每天日照时数 14— 16 小时为最理想，但在光照充足的情况下，日照 8 小时也生长得很好。对光照度的要求以 3— 4 万勒克斯为宜，其光饱和点为 7 万勒克斯。长期阴天，西红柿易徒长，枝叶幼嫩、细弱，易落花落果，果实发育不充分，着色不良和平淡无味，产量减低。有人曾做过试验，把西红柿从第一花穗开花时进行各种不同日照的处理，大体 12— 13 天后，完全自然光照 1— 3 穗花， ，平均落花仅 15． 2％， 50％的自然光照则落花 62 ． 9％， 15％的自然光照落花高达 91． 1％。 温室内自然温度增加 3-5 度 （约 27 度） ， 并且光照强度增加 10000LX处理下番茄果实蔗糖、果糖和可溶性糖积累明显增加。2、 保温性能农业大棚对保温性能的要求高， 在冬季保温可以起到良好的促生长作用。 不同作物对生长最适宜温度不同，一般作物最佳生长温度都在 15 到 30 度。虽然光伏大棚薄膜太阳能板吸收部分阳关， 但由于四周密封， 无法散热， 所以棚内温度仍大于棚外温度。 8 月份取早上 6 点、中午 12 点，晚上 6 点三个阶段时间棚内外平均温差分别为 0 度、 6 度、 4 度。在太阳光可以照射进棚内的情况下温度快速升高。白天棚内温度已经不适于植物生长。以西红柿为例，生育适温为 13～ 28℃，同化作用最适宜温度 20～ 25℃；温度低于 15℃生长缓慢， 且不能开花或授粉不良； 5℃茎叶生长停止； 1℃以下开始冻死； 30℃以上呼吸消耗大于同化积累； 35℃以上影响开花结果； 40℃停止生长； 42℃，空气湿度在 50%以下就可能烧苗。种子发芽最低温度为 10℃，最高 35℃，最适宜 28～ 32℃；低于 15℃或高于 30℃都不利于西红柿红素的形成。所以大棚夏天可考虑打开周围四壁通风（或把壁面做成活动式或者可拆卸式） ，或者喷雾等降温措施。3、 其它通透性一般大棚设计要考虑灌溉排水、 通风、防雨雪风霜。 四周壁面的自由拆卸组合 （可以调节气温空气，又可有效利用土地，利于风昆虫授粉） ，壁板材料的选择以适应不同气候和种养殖类型，通风也可调节二氧化碳溶度。温室大棚因为保温等要求所以对密闭性要求很高。 但在夏天因为仅室外温度已经达到植物最佳生长温度， 所以以前的简易大棚一般到夏天都会拆除或者给棚内通风、 喷水等以降低棚内温度。同时通风也可以降低棚内的湿度。在不通风的情况下，棚内白天相对湿度可达 60－ 80% ，夜间经常在 90% 左右，最高达 100% 。 棚内适宜的空气相对湿度依作物种类不同而异，一般白天要求维持在 50－ 60% ，夜间在 80－ 90% 。为了减轻病害的危害，夜间的湿度宜控制在 80% 左右。大棚密闭性和透光性使得一些昆虫难以进入大棚，从而不能对植物授粉。由于蜜蜂金龟子等一些授粉昆虫有趋光性，进入大棚后会在大棚内会不停的撞透光板无法飞出去，在中午炎热高湿的环境下很快就会死亡。现在大棚为了保温， 在北方地区会再其中一面筑起土墙， 或者四面修一层基础墙。 上面薄膜用卷帘机控制开关。增加大棚内的二氧化碳浓度可以明显提高植物产量， 因为光合作用是一个吸收二氧化碳释放氧气的过程。 同时二氧化碳是温室气体， 浓度越高保温性越好。 以下为集中植物常见的二氧化碳需求量：一般大气中二氧化碳 CO2 含量不足 330PPm 品种 苗期（ ppm） 开花期（ ppm） 结果期（ ppm） 结果盛期（ ppm）黄瓜 1500 2500 3500 4500 辣椒 1500 3000 3800 4600 西葫 1000 2000 2800 3500 西瓜 1500 2600 3700 4800 西红柿 1200 2200 3400 5100 芸豆 900 1800 2400 3300 土豆 1800 2900 4200 3800 西芹 800 中期 1200 后期 1600 草莓 1200 2600 3600 4600 葡萄 1400 2800 4100 5500 4、 农业用地面积因为光伏农业大棚单位面积成本大大高于一般用地， 因此土地的利用率直接涉及单位成本的计算。光伏农业大棚在优先考虑发电效率和作物经济价值的基础上尽量提高土地利用效率。在向阳面与被阴面（有太阳能板面）根据不同的光照条件配置以对光照要求不同的植物。光伏农业大棚四周土地的利用： 光伏大棚四周墙面下一般大棚都极少利用， 在南方夏季气候合适时可以不做土或砖墙，利于利用土地。一些较高的大棚可用于立体农业，提高空间利用率，用 LED 光补充光照。特别是用在育苗的时候，可把育苗床上架。藤蔓类作物可用架子或者绳索牵引往上生长。在防雨及灌溉设施较好的请款下可以减少排水沟和垄沟，硬化的路面便于人和器材通行即可。二、光伏农业大棚初步试验过程1、实验目的：为验证及量化各种作物在光伏农业大棚下的生产性能， 以挑选出最适宜光伏农业大棚条件下的作物，充分发挥光伏农业大棚的优势。2、实验起止时间和参与人员： 时间段 8.6---8.19 3、实验条件和工具A 土壤类型：地处钱塘江边，为砂粒细的砂质土。当地气候类型： 亚热带海洋性湿润气候区， 常年平均气温 15.9 ° C， 年均降雨量 1187毫米，日照 2002.9 小时，无霜期 233.5 天。 8 月份气温在 26-35 度之间。B 工具：遮阳网、锄头、竹架、茅草、水桶、喷水壶、秤、温度湿度计4、作物的选择为体现实验的普遍性和代表性，故初步选择叶菜类：大白菜、苋菜、油麦菜说明：苋菜油麦菜木耳菜耐高温、易于种植成活，生长速度快。大白菜要选用耐高温品种，生长周期短，怕雨淋瓜果类：西红柿、黄瓜说明：是夏季常种植品种，但都有较短花期，需要注意人工授粉问题。及通风降温，以提高坐果率根茎类：一点红萝卜夏秋常见作物，水分要求高，比较耐高温调味类：辣椒、小葱小葱对环境要求不高，也比较耐高温。辣椒自花传粉，不需要通过媒介传播花粉5、 场地平面图（带颜色的为棚内）8.4 号开始播种黄瓜 (8.7 发芽 ) 路茄子（ 8.9 发芽）黄瓜（ 8.7发芽）苋菜（ 8.6 发芽））油麦菜（没发芽）大白菜（ 8.6 发芽）辣椒（ 8.9 发芽）茄子 (8.9发芽 ) 莴笋（没发芽）辣椒（ 8.9发芽）莴笋（没发芽）萝卜 (8.5 发芽） 小葱（ 8.8 发芽）萝卜（ 8.5 发芽）路电箱花 （ 8.10发芽）花（ 8.10发芽）西红柿（没发芽）木耳菜（ 8.10发芽）木耳菜（ 8.10发芽）向日葵 向日葵枸杞 枸杞三、实验过程1、 记录每天温度湿度天气状况（包括棚内外两份） ，早中晚三次表 1、实验期平均温度记录时间 棚外 棚内 对比6:00 26.5 度 26.5 度 没太阳情况下一致13:00 33.7 度 39.4 度 棚内温度已不适合植物生长18:00 30.2 度 36.7 度 没太阳后温度逐步降低注：以上温度为平均温度。2、 发芽时间表统计表格3、表 2、发芽时间表品种 棚内 棚外 对比黄瓜 3 天 3 天 同苋菜 2 天 没有 同油麦菜 没发芽 没有 同大白菜 2 天 没有 同莴笋 没发芽 没有 同萝卜 1 天 没有 同茄子 5 天 5 天 同辣椒 5 天 5 天 同小葱 4 天 没有 同木耳菜 6 天 没有 同西红柿 没发芽 没有 同凤仙花 6 天 6 天 同向日葵 没发芽 没发芽 同枸杞 没发芽 没发芽 同表 3、发芽率品种 棚内 棚外 对比黄瓜 72.3% 87.2% 棚内低于棚外苋菜 85． 0% 没有种 正常油麦菜 0 没有种 无发芽大白菜 85.0% 没有种 正常莴笋 0 没有种 无发芽萝卜 75% 没有种 正常茄子 68． 9% 84.6% 棚内低于棚外辣椒 64.1% 78.3% 棚内低于棚外小葱 58.9% 没有种 低于正常 70%水平木耳菜 69.0% 没有种 低于正常 70%水平西红柿 0 没有种 没发芽凤仙花 66.8% 73.7% 棚内低于棚外向日葵 0 没有种 没发芽枸杞 0 没有种 没发芽表 4、苗成活率品种 棚内 棚外 对比黄瓜 58.4% 94.7% 棚内低于棚外苋菜 61.2% 没有种 低于正常水平油麦菜 0 没有种 无发芽大白菜 94.3% 没有种 正常莴笋 0 没有种 无发芽萝卜 64.3% 没有种 低于正常水平茄子 79.7% 95.3% 棚内低于棚外辣椒 64.6% 93.5% 棚内低于棚外小葱 54.3% 没有种 低于正常水平木耳菜 90． 2% 没有种 正常西红柿 0 没有种 没发芽凤仙花 71.4% 90% 棚内低于棚外向日葵 0 没有种 没发芽枸杞 0 没有种 没发芽表 5、生长状态统计品种 棚内 棚外 对比黄瓜 叶枯黄，基本停止生长， 80%分蘖 （ 2-4 叶）98%分蘖（ 4-6 叶） ，叶稍黄， 有虫蛀 （ 5%）棚内低于棚外苋菜 61.2%， 30%生长正常 没有种 低于正常水平油麦菜 0 没有种 无发芽大白菜 94.3%， 生长较慢， 已分叶没有种 正常莴笋 0 没有种 无发芽萝卜 64.3%， 抽苗严重， 易倒伏。没有种 低于正常水平茄子 79.7%，生长缓慢 92.0% 棚内低于棚外辣椒 74.6%，生长缓慢 93.5% 棚内低于棚外小葱 54.3%， 生长缓慢， 易枯苗没有种 低于正常水平木耳菜 90． 2%，生长停滞，分蘖慢没有种 正常西红柿 0 没有种 没发芽凤仙花 71.4%， 生长慢， 苗嫩，2-4 叶90%， 4-6 叶 棚内低于棚外向日葵 0 没有种 没发芽枸杞 0 没有种 没发芽4、 实验过程描述A 实验过程状况种植行距：其中萝卜、大白菜、莴笋、苋菜、小葱撒播，行距 15CM. 。其余坑种，每坑凤仙花、 向日葵、 西红柿、 木耳菜、 黄瓜种子三粒， 茄子、 辣椒、 枸杞 5-6 粒， 间距 15CM 。翻土深度：播前地面全部翻过，播后覆土厚度为种子的 2-4 倍不等。中间没有施肥，每天早（ 6 点） 、晚（ 6 点）浇水 2 次。B 特殊情况解释天气异常：因大棚漏水原因导致冲毁萝卜（占 20%） ，莴笋（占 20%） ，木耳菜（ 25%） 。同时因为大棚漏水的原因，小葱、黄瓜、萝卜、莴笋、木耳菜等在雨天都被水浸泡过。上述数据已经部分考虑因为大棚漏水浸泡造成的损失。因为正午是棚内温度很高，所以一般到中午地面水分就会蒸发完，空气中湿度也较棚外高。人为因数：丢失水桶一只C 其它未知因数D 数据的筛选提取标准：离均差：从已发芽作物生长状态来看（没有具体测量株高叶面大小） ，棚内单株个体差异率远大于棚外（棚内部分苗枯死的除外） 。棚外作物基本生长速度保持一致，均匀度高。现在在整理数据的过程中，棚内还是又发生枯死现象。5、 数据描述数据整理并绘制对比图表A、 出芽率和成活率棚内外比较图 3 黄瓜 凤仙花茄子 辣椒棚内出芽率棚外出芽率020406080100出芽率 %品种棚内外棚内外出芽率比较棚内出芽率棚外出芽率图 4 黄瓜 凤仙花茄子 辣椒棚内成活率棚外成活率020406080100成活率 %品种棚内外棚内外成活率比较棚内成活率棚外成活率图 5 020406080100120140160出芽率 / 成活率黄瓜 凤仙花 茄子 辣椒品种棚内出芽率成活率关系棚内成活率棚内出芽率图 6 050100150200出芽率 / 成活率黄瓜 凤仙花 茄子 辣椒品种棚内外出芽率成活率比较棚外成活率棚外出芽率图 7 棚内出芽成活率比较0102030405060708090100大 白菜 苋 菜 萝 卜 黄 瓜木 耳菜 茄 子 茄 子凤 仙花 辣 椒 小 葱油 麦菜 莴 笋西 红柿向 日葵 枸 杞品种出芽率/成活率棚内出芽率棚内成活率B、 数 据图表说明图 3 为棚内外出芽率比较， 结合表 2 可以看出， 棚内外种子的发芽时间并没有受到影响，但光伏农业大棚对种子发芽率有显著影响，棚内发芽率比棚外低了超过 10 个百分点。棚内外除未发芽的外，发芽时间也属于正常范围内。图 4 为棚内外苗成活率比较， 结合表 5 可以看出， 棚内外种苗的差异及其显著。 棚内在土壤条件优于棚外的情况下，苗弱，均匀度差，且黄瓜、苋菜、萝卜、小葱在出苗后5-10 天内都有枯死现象发生，先是小部分叶子有枯黄卷曲或者根茎折断倒伏，后面发展为逐步枯死。 棚外除小部份黄瓜苗有虫咬及叶子颜色稍偏黄之外， 基本都正常生长分蘖。而且棚内现在作物生长基本处于停滞状态，分蘖慢，像凤仙花、茄子、辣椒仍处于种苗前期状态，只有两片由种子变化而来的叶子，棚外却大多数有 4-6 片叶子，苗的高度和强壮度也超过棚内，在无遮挡的情况下不倒伏。图 5 和 6 分别为棚内外出芽率和苗成活率的比较。从图 5 可以看出，发芽率虽然较低，但接近 70%的最低标准水平，且发芽率都比较整齐。而成活率却大大低于标准水平，且各个品种高低不等，像大白菜出芽率和成活率都很高，能达到种苗标准的就更少了。棚外发芽率成活率都很整齐， 没有因为不同品种而出现很大的变化。 棚外发芽率及成活率都超过正常的标准水平。特别是黄瓜，棚内外成活率差异极大。图 7 为棚内所有品种出芽率成活率对比。 有莴笋、 向日葵、枸杞、 油麦菜四格品种没有发芽。 其余品种可以看出，发芽率和成活率并不存在着直接的联系。例如苋菜、萝卜发芽率高成活率却很低，而木耳菜发芽率低于两者，成活率却非常高。三、结果分析1、 对比结果在棚内外两个环境条件下，考虑到棚内外影响因数有光照、温度湿度、通风、水分灌溉、土壤等得不同。以棚内、外作物的生长作为观测目标，在比较光伏农业大棚内的作物与大棚外的作物生长生产性能的差异，从而找出影响因数，进而为下一步制定解决方案提供基础。质量：从前面图表及分析可以看出，光伏农业大棚无论质还是量上都与同条件下棚外对比组存在较大差距。生产周期： 在苗发出 5 天后， 棚内德苗株生长逐渐停止， 都停留在 2-4 叶 （真叶） 阶段。其中萝卜抽苗严重， 造成倒伏， 木耳菜和凤仙花只有两片由种子发育成的叶子 （真叶） 。成本：因为对比实验基础条件都假定相同，成本平摊：种子 200 元，锄头 10 元，水桶13 元，平整土地（ 3 人） 2 个工作日，播种（ 1 人） 1 个工作日，每天除草浇水（ 1 人）3-4 个小时。除：棚外种子播下去到种子发芽后 4 天这段期间用到遮阳网（ 2*10 米，成本 200 元，可用五年） 。棚外雨天不用浇水，棚内雨天部分不漏水的地方仍需要浇水，其余地方需要排水增加成本。综上考虑，现在这个阶段棚内外的成本差异可以视为相同。操作便利：规模化生产中模块化、自动化程度：因为现阶段只是小规模对比实验，一些基础没有配备完整。考虑到光伏农业大棚是有限的空间，环境控制方面较为容易，将来在大规模生产运用过程中有较为便利的优势。多种作物的相互影响（为下一步混种等坐参考） ：现在还无法看出2、 分析原因根据以上的结果，可以考虑以下几个原因造成。从以下几个角度：A、关于莴笋、油麦菜、向日葵、枸杞四种作物没有发芽：莴笋、油麦菜是一种耐寒作物，其种子对发芽温度要求较低，在 15℃左右最好，发芽率可达 93%以上；超过 25℃，种子发芽就成困难；超过 35℃，种子基本上不发芽。向日葵和枸杞可能是种子的原因，因为大棚内外都没有发芽。B、发芽的作物总体发芽时间和发芽率正常，可以认为只要温度、水分充足，光伏农业大棚并不会对种子发芽造成不良影响，这也与前面提到的其它公司进行的在光伏农业大棚内闷豆芽、芽黄菜成功的例子相佐证。C、关于生长速度慢及枯死的问题：辣椒出苗前地温须控制在 20℃左右，白天气温控制在 28 ~30℃，夜间 18～ 20℃。当幼苗出齐、子叶平展后，为防止幼苗徒长，适当降低气温，白天控制在 25～ 27℃，夜间17～ 18℃。因为大棚内白天温度远超过最适温度，加上雨天被水浸泡过好多次，所以生长受影响。黄瓜枯苗原因大致有以下几点：病害和气候危害黄瓜叶片并最初表现在子叶上的病害有：细菌性角斑病、枯萎病、黑星、炭疽、疫病，其他危害叶片的病害还有：霜霉、白粉。这些病即有可能是种子带来的也有可能原先土壤里就存在。但由于棚外的苗与里面相同，却没有发病。而土壤只种植过一季，且棚内黄瓜苗（ 85%）都带有这些症状，所以是病害的可能性较低。而且有研究表明利用高温闷棚法还可以有效减少黄瓜枯萎病和结线虫。黄瓜第一片真叶到 4、 5 片真叶是最敏感的时期，白天保持 25— 30℃较高的温度，夜间控制在 13— 17℃ , 土温 20℃。 需要较高湿度， 土壤中水份含量在 85%— 90%最为适宜，空气湿度白天为 75%— 85%，夜间 90%较为恰当。在比较棚外黄瓜苗情况，棚内黄瓜苗枯死可能原因为温度过高而烧死。由此推断，棚内苗成活率和品质不良的最大、最可能的因数为以温度为主要气候原因。D、 关于不同品种适应性的问题： 虽然现阶段的光伏农业大棚对所有试验品种都有影响，但不同品种影响有轻重之别。其中大白菜影响最小，凤仙花次之，苋菜、黄瓜枯死率最高。因为都是同一块地，所以排除地肥瘦的问题。棚内外有差异，还是与棚内小气候有关。不同品种耐高温高湿程度不同，结果叶就有差异。3、改进措施A 、夏季注意降温措施B、大棚密闭性虽重要，但棚外条件适合时适当通风有利于改善棚内小环境C、光伏农业大棚应注意防水及灌溉便利问题D、种、苗选择应选耐高温湿品种四、结语通过本次初步实验，可得出以下几点结果：1、 光伏农业大棚在夏季对作物育种阶段特别是苗成活率和生长状态有很大的影响。几乎对所有参加实验的作物都有影响。2、 其中依据品种不同影响也有差异。对叶菜类影响较小。3、 夏季光伏农业大棚对不同生长阶段影响不同，对种苗发芽时间影响不显著，发芽率影响显著，对芽苗生长有严重影响。4、 实验原拟定光照为最大影响因数， 但因光伏农业大棚无法做到降温和防水使得温度和水成为最大影响因数。光照影响不明显。5、 夏季光伏农业大棚育苗阶段应注意温度通风及漏水。其中温度为最大影响因数。同时因为样本选取量和环境限制，结果数据仅供参考。附：其它厂商已建温室大棚照片：