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光伏农业探索现代农业绿色发展之路

更新时间:2016-09-08

作为一种新兴的农业形式,光伏农业将太阳能发电与农业的种植、养殖、灌溉、病虫害防治等相结合,集低碳、节能、环保、观光旅游于一身,为现代农业指明了一条绿色发展道路。

我国的光伏农业在2014年呈现出爆发式增长。2009 年,我国光伏农业电站装机容量不到1MW,2014 年则达到 1182MW。到2014年3月,中国的光伏农业大棚、渔光互补的水产养殖、光伏畜禽养殖大棚等项目已达400多个。从长远来看,发展光伏农业对于我国的农业转型具有重要意义。

一、什么是光伏农业

广义上讲,光伏农业就是将太阳能发电广泛应用到现代农业种植、养殖、灌溉、病虫害防治,以及农业机械动力等领域的一种新型农业。它以薄膜太阳能设施农业一体化并网发电站为核心,集薄膜太阳能发电,农业光电子工程应用推广,现代农业种植和养殖、加工和综合利用,农业种植和养殖技术交流推广,人才培训、观光农业、农产品物流等功能于一体。光伏农业将太阳能发电、现代农业种植和养殖、高效设施农业相结合,可以说,光伏农业是一场实现农场变工厂、田间变车间的生产方式变革。

这种现代的产业发展新模式,近年来得到了国家政策的大力支持。2012年,工业和信息化部制定《太阳能光伏产业十二五发展规划》将太阳能农业大棚的模式划定为 BIPV(光伏建筑一体化)示范项目,享受国家补贴。2014年9月,国家能源局下发《关于进一步落实分布式光伏发电有关政策的通知》,直接把光伏农业的建设提上日程,将与农业结合的光伏应用纳入分布式规模范围,且项目不再受 6 兆瓦、10 千伏分布式指标限制。35 千瓦—66 千瓦、规模达 20 兆瓦的农业光伏项目均可纳入,同时一并享受与地面电站一样的 1 元千瓦时的上网电价补贴。2015 年,国家又增强力度,大大增加入网指标,并逐步放宽很多限制。去年中央一号文件指出,因地制宜采取电网延伸和光伏、风电、小水电等供电方式,2015 年解决无电人口用电问题。根据研究机构 Frost & Sullivan的预测,到 2018 年,中国农业光伏电站年装机容量将达到 3260MW,累计装机容量将达到12416MW。

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二、光伏产品在农业中的应用

光伏农业大棚。将太阳能光伏发电系统、光热系统及新型纳米仿生态转光膜技术综合嫁接到传统温室大棚。比如,采用转光膜技术,可根据不同植物生长对不同波长光吸收的需求,对透过转光膜的太阳光进行波长转换,以便农作物更容易吸收,提高光合作用的效率。

太阳能光伏养殖场。将现代清洁能源工程与传统养殖事业相结合,在养殖场屋顶建设光伏电站,用以改造和提升传统畜牧养殖业并提供绿色能源的一种全新尝试,同时其推广和普及也能在提升新能源利用水平方面起到积极作用。

新型农村太阳能发电站。以村为单位分享光伏发电系统的创新型商业尝试,在每一个村庄建设一个光伏电站,服务三农。

太阳能污水净化系统。此系统在将太阳能转化成热能、电能后再有效地运用于污水处理工艺中,在这个过程中,基本没有二次污染和能耗转移。

农用太阳能小产品。如太阳能手电筒、太阳能马灯、太阳能充电器、太阳能杀虫灯等。

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三、光伏农业的标准制定

光伏农业标准首要内容应该是透光率。光伏农业的前提是农业不受影响,或者基本不受影响,因此需要保证植物生长所需要的光照量。目前光伏农业主要有两种方案,一种是农业大棚屋顶采用“马赛克”或者条状的晶硅光伏板,一种是农业大棚屋顶采用薄膜型光伏板。无论是哪种光伏农业方案,透光率都是光伏农业标准的首要内容。科学的标准应该分别规定红光与蓝光的最低透光率。光伏农业是一个新兴领域,到目前为止虽然通过一批示范工程,已经积累了许多“喜阴作物”的生产经验,但仍然缺乏定量的科学数据。简单地说“喜阴作物”是一个不太科学的描述,制定标准必须有定量数据。确定透光率(分光比)标准,实际上还需要与各种“喜阴作物”的光照需求量挂钩。

光伏农业标准第二个重要内容是光照均匀性。目前采用间歇式光伏板的农业大棚普遍存在光照不均匀的问题,这样的光照对于农作物产量显然是影响的。实际上,改善目前光伏大棚光照均匀性并不困难,有三个技术措施可以采用:一是将棚顶透光处玻璃改为“毛”玻璃,利用玻璃表面粗糙特性产生漫散射光;二是适当增加大棚高度;三是减小间歇周期,将光伏板尺寸减小,但占空比不变。虽然这三个措施都会增加一定成本,但严格要求光伏农业大棚满足一定的光照均匀性对于光伏农业今后长期健康发展十分必要。

光伏农业标准第三个重要内容是单位土地发电量。与传统的光伏行业不同,光伏农业需要在保证一定种植所需要的透光的前提下尽可能多发电,因此不能单纯提光电转换效率或者单位面积发电量。因此,建议扣除为植物照明的透光率以后,再来计算单位面积光电转换效率以及单位面积发电量。当然单位面积发电量仍然应该有一个下限来足以推动光伏农业健康发展。现在主流光伏行业已经制定了多晶硅光伏板光电转换效率必须大于17.5%,单晶硅光伏板转换效率必须大于18.5%这样的准入门栏,并严格定义了光电转换效率的测试方法。这些都是光伏农业制定标准可以借鉴的方法,当然光伏农业是一个新型产业,制定标准时也应该考虑技术发展成熟度,开始适当放宽要求,同时鼓励技术进步,鼓励大企业、成熟企业参与,鼓励产学研协同创新。

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四、案例应用——河南省内黄县光伏农业产业园

内黄县是河南省的传统农业大县,为缓解农业发展与电力需求的矛盾,当地将光伏电站与高效设施农业项目相结合,建立了100兆瓦综合型光伏农业产业园,在种植或养殖大棚的棚顶装置太阳能板进行光伏发电,棚内种养,实现农业生产和光伏发电的双重效益。该产业园于2015年4月30日在内黄县马上乡并网发电,占地3000亩,截至目前,园区的发电总量已经超过1.2亿度。

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土地经济效益“翻数番”

这种方式不但有效集约利用了土地资源,光伏发电板支架还可直接用作大棚骨架,大大节约了大棚建设的费用。该产业园建有光伏农业大棚774栋,棚顶安装光伏电池组件,装机总容量100兆瓦,日平均发电50万度,最高可达78万度,年平均发电1.1亿度。除去棚下的农业项目,单园区售电年收入就达1亿多元,利润将近4000万元,相比之前,经济效益翻了60多倍。

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土地利用方式“单变双”

上面发电,下面种养,一地两用,生产效益“单变双”。

园区建设了东北林蛙和湖羊养殖大棚。仅2016年,这里就有近1500万只林蛙“安家落户”,园区内还将建设200多座林蛙养殖大棚;湖羊的存栏量已经达到了1500多只,而河南省的另一家公司也正计划依托光伏羊舍建设存栏30万只的乌珠穆沁羊养殖基地。

与养殖大棚不同,园区内果树和时令蔬菜大棚都采用单坡结构,后半坡光伏发电,前半坡采用塑料薄膜满足果蔬光合作用所需的光线,实现发电种植两不误。今年下半年,这里还计划建设饲料生产车间、肥料加工车间和一个占地100余亩的园林式温泉度假中心。

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这种光伏发电与现代农业的综合开发利用模式,不仅增加了土地产出效益,还带动了县里高效农业的规模化发展,同时为其他地区光伏农业的发展作出了良好的示范效果。




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