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技 术 与 应 用 20山西水利 {SHANXI WATER RESOURCES { 光伏日光温室在设施农业中的发展前景分析 王新生 (山西省水利水电科学研究院，山西 太原 030002) [摘要]太阳能光伏发电具有能源清洁、无污染、安全、高效、可持续等诸多优点，近年来随着光伏发电技术的 日趋成熟，该技术逐渐被应用到日常生活中，以太阳能光伏日光温室为例，通过光伏发电技术在设施农业中的 应用，为现代化设施农业的发展提供参考。 [关键词]太阳能；光伏发电；日光温室 [中图分类号]S625 [文献标识码]C [文章编号]1004-7042(2015)01-20- 02 1 引 言 太阳能作为一种可再生能源，与传统能源(煤、石 油、天然气)相比，具有储量巨大、清洁环保、利用经济 等诸多优点。在化石能源日益减少、枯竭的形势下，逐 渐受到人们的关注，而且太阳能光伏发电技术的应用 及发展也是当前世界经济贸易中光伏产业凸显的焦 点。近年来，我国太阳能光伏产业发展迅猛，光伏技术 与设施农业技术的结合，是诸多学者研究的热点课题 之一。 日光温室是我国现代化设施农业典型的建筑结 构形式，在我国的西部和北方地区发展较快，是当地 农户增收致富的一个重要途径，也是国家农业政策扶 持的对象，近年来日光温室得到了大面积的推广应 用。在以上两个地区，冬季气温普遍偏低，夜间气温剧 降，耐寒、经济价值低的叶菜类蔬菜勉强越冬，而经济 价值相对较高的黄瓜、西红柿类蔬菜，依靠日光温室 内的夜间气温无法满足作物生长要求。目前，大部分 日光温室冬季主要依靠传统的煤、电供暖来解决温室 作物越冬的难题。随着经济社会发展，现代农业绿色 低碳、节能环保、可持续发展的要求，光伏发电技术的 日趋成熟、可靠，光伏成本不断下降，依靠太阳能光伏 系统的供电来满足日光温室的用电需求变为现实，从 而降低了一次性能源的消耗，发展了绿色农业。迄今 为止，这方面的研究多停留在理论研究阶段，下文通 过对太阳能光伏技术在设施农业上应用实例的分析， 探讨其现存问题，并提出合理化建议和对策，以期为 今后光伏日光温室的发展提供借鉴。 注：本文系2013年财政水利专项基金项目(基于太阳能供 电的光伏温室技术的研究与应用)。 2 基于设施农业的太阳能光伏发电模式设计 2.1 太阳能光伏发电模式及日光温室工作原理 光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳能 电池将太阳光能直接转化为电能。光伏发电系统一般 是由光伏组件(太阳能电池板)、太阳能控制器、逆变 器和蓄电池组成。目前，根据用户用电不同目的需求， 太阳能光伏发电模式一般分为独立供电、并网发电、 混合型发电三种类型。独立供电模式由太阳能电池 板、蓄电池、控制器、逆变器组成，太阳能电池板作为 系统中的核心部分，其作用是将太阳能直接转化为直 流形式的电能并存储于铅酸蓄电池中。当发电量大于 负载时，太阳能电池通过充电器对蓄电池充电，当发 电量不足时，太阳能电池和蓄电池同时对负载供电； 并网发电模式太阳能转化为电能后直接输入国家电 网；混合型光伏发电模式，是在以上两个系统之间增 加了一套备用发电机组，它既可以直接给交流负载供 电，又可以经整流器后给蓄电池充电。 光伏日光温室发电工作原理：晶硅电池组件吸收 太阳能辐射产生电能，经控制逆变一体机后直接供负 载使用或存储于蓄电池中，供日光温室的用电需要， 若蓄电池中电能供应不足，则负载可通过控制逆变一 体机自动与市电相连。 2.2 光伏日光温室的设计 供试太阳能光伏发电日光温室位于太原市小店 区西温庄乡，该基地占地面积近8hm2,地势开阔，周 围无大型建筑物遮挡，地处中纬度，属温带季风性气 候。全省太阳辐射总量4900 MJ/m2,日照时数2200~ 3000h, 日照充足，无霜期长，年均气温9.5℃,光热资 源比较丰富，具备太阳能光伏发电的要求，适宜进行 山 西 水 利 2 0 1 5 年 1 月21 太阳能光伏技术的开发研究。 光伏日光温室发电系统设计采用独立供电系统， 光伏组件采用阵列形式太阳能电池板共160块，采用 8串20并，总容量30kW, 放置于温室前的空地上。经 对当地光热量计算，以最佳倾角35°安装，支架均采用 镀锌钢材。太阳能电池组件接入两台10进2出汇流 箱， 一台220 V200A 太阳能控制器，配置220 V600 Ah 蓄电池组一套，以及一台 DC220 V/AC220/380 V, 30 kW独立逆变器，以上配套全部组建位于日光温室 控制室中，交流输出