光伏大棚or大棚光伏(上)

广阔农村机遇无限-----光伏与农业相结合本来是一件特别好的事，传统农业可以迎来巨大的发展机会，光伏可以有更多的利用空间。但是笔者观察到的却不是憧憬中的那么美丽。某设计院设计的河南某山地食用菌生产基地，其实就是假借种蘑菇圈了一大片山地。某国企江苏的1000亩农业大棚已经并网发电，但是大棚地下却是野草……

西北的地面电站的配额审批越来越难，并网后限电越来越严重。2013年以来大型项目渐渐往中东部倾斜。假借农业项目圈地的情况越来越多，其中90%的项目是按“种蘑菇”申报的。造成这种现象的原因主要是，搞光伏和搞农业跨界太大，大部分光伏人都不懂农业。大家片面的认为“种蘑菇”可以不用考虑光照，电池组件可以满铺，是非常适合光伏的“傻瓜农业”。

国家对现代农业的定义是:物理技术和农业生产的有机结合，利用具有生物效应的电、光、磁、热等物理技术操控动植物的生活环境及其生长发育，使传统农业摆脱对农药、肥料、抗生素的依赖。更加重要的是拜托自然环境的束缚。现代农业的核心是环境安全型农业，即环境安全型畜禽舍，环境安全型温室。

1.1 什么是温室、大棚

温室是以采光覆盖材料作为全部或部分围护结构材料，可在冬季或其它不适宜露地植物生长的季节供栽培植物的建筑。

图1 日光温室

在名称上温室和大棚没有分别，日光温室(见图1)俗称暖棚。日光温室东西北三面都有保温结构，朝南面用采光农膜覆盖。夜间用卷帘机放下棉被进行保温。冬季日间，棚内温度大于棚外温度15-20℃。夜间棚内温度大于棚外温度5-10℃有利于反季节蔬菜瓜果的成长。

大棚又称为冷棚，东西南北四个方向全部用采光农膜覆盖，没有保温结构(见图2)。冷棚可以设计成大跨度大面积，有利于工厂化种植。

图2 独栋大棚

常见的温室最大的面积2亩，约1200-1300平方米;常见的大棚面积可以做的很大，笔者见过的最大的联栋大棚占地面积有6.2亩4200平方米。

图3 联栋大棚

根据全国各地气候和地质条件，各地适宜建设的蔬菜温室大棚可分为九类(包括八种温室和一种拱棚)：山东棚型、华北棚型、高寒棚型、高原棚型、极寒棚型、中原棚型、江淮棚型、江南棚型、华南棚型。

1.2 温室和大棚的经济对比

笔者有朋友在沈阳、大连一带从事欧洲樱桃(甜樱桃)种植。甜樱桃原产于西亚和欧洲等地，适应比较凉爽干燥的气候。夏季高温干燥对甜樱桃生长不利。冬季最低温度不能低于-20，过低的温度会引起大枝纵裂和流胶。另外花芽易受冻害。在开花期温度降到-3℃以下花即受冻害，所以在发展甜樱桃时，不宜在过分寒冷的地区。

2014暖棚(日光温室)大樱桃从4月初起陆续上市，前期优质红灯、美早价格每斤在80元，红灯、先锋早期一般价格在每斤50元左右，中期价格每斤在35元左右，后期价格每斤在20元左右，平均亩产量为1400斤，平均价格为32元，每亩毛收入44800元。

冷棚(联栋大棚)栽培大樱4月底5月初起陆续上市，前期价格每斤48元，中期价格每斤32元左右，后期价格每斤27元左右，今年全区平均亩产量为400斤左右，平均价格在24元左右，每亩毛收入9600元。

可见日光温室在冬季的优势大于联栋大棚。

2 影响农作物生长的因素

阳光、温度、水、空气湿度、土壤中的养肥、空气中的气体成分。阳光和温度对作物的影响最大。

2.1光合作用

光合作用是植物利用叶绿素等光合色素和某些细菌在可见光的照射下，将二氧化碳和水(细菌为硫化氢和水)转化为储存着能量的有机物，并释放出氧气(细菌释放氢气)的生化过程。同时也有将光能转变为有机物中化学能的能量转化过程。植物之所以被称为食物链的生产者，是因为它们能够通过光合作用利用无机物生产有机物并且贮存能量。

光合作用是一个光生物化学反应，所以光合速率随着光照强度的增加而加快。但超过一定范围之后，光合速率的增加变慢，直到不再增加。光合速率可以用CO2的吸收量来表示，CO2的吸收量越大，表示光合速率越快。

植物中都含有叶绿素α的存在。叶绿素α对太阳光有两个吸收高峰,分别是 440纳米附近的蓝区和680纳米附近的红区,一个位于蓝光区域,一个位于紫光区域。而对于处在500-600纳米之间的绿光吸收的甚少,所以我们看到的植物基本上都是绿色。

2.2 温度对作物的影响

植物的生理活动、生化反应，都必须在一定的温度条件下才能进行。一般而言，温度升高，升理生化反应加快、生长发育加速;温度下降，生理生化反应变慢，生长发育迟缓。当温度低于或高于植物所能忍受的温度范围时，生长逐渐缓慢、停止，发育受阻，植物开始受害甚至死亡。

2.3光伏大棚的认识误区

温度和光照是影响植物生长的重要两个因素。电池组件安装在大棚上以后，温度和光照都受到了影响。我们通常认为，植物的的光合作用受到的影响最大。所以光伏大棚里尽量种植喜阴植物，或者直接种植蘑菇。往往都忽略了温度对植物的影响。

本文的2.1节指出，“叶绿素α对太阳光有两个吸收高峰,分别是 440纳米附近的蓝区和680纳米附近的红区,一个位于蓝光区域,一个位于紫光区域”。其实这个区域的光谱是可以人为模拟出来的。市场上已经有了很成熟的植物生长灯。

3 现代集约农业

3.1 植物生长灯

植物生长灯是种特殊的灯具，根据植物光合作用的光谱。用灯光代替太阳光给植物生长发育环境的一种灯具。

把这种高效光源系统应用到大棚、温室等设施等农业生产上，一方面可以解决日照不足导致蔬菜口感下降的弊端，另一方面还可以使冬季大棚茄果类蔬菜提前到春节前后上市，从而达到反季节培植的目的。

做为补充光照，在一天的任何时间都可以增强光照，可以延长有效照明时间。无论在黄昏或是夜晚，可以有效延长和科学控制植物所需要的光照。在温室或植物实验室，可完全替代自然光，促进植物生长。

图4 LED植物生长灯

表1 光合作用光谱

目前国内已推广运用较多的就是植物生长灯是一种荧光光源的补光灯，较为节能，而且发光光谱可按植物所需进行科学搭配。目前主要有两种被广泛运用，就是蓝光与红光的植物生长灯，因为对植物光合作用来说，红光与蓝光是光合效率最高的两种可见光，运用这两种光源，在同样耗电量情况下，可取得更好的效果，也就是说光转化率大大地被提高。LED植物生长灯国外植物工厂内已被大面积使用。

3.2 立体无土栽培

立体栽培有利于提高光能利用率。植物的生存发育都离不开太阳，植物的总干物质90%以上是来自光合作用，只有5%～10%来自土壤。目前世界各国的光能利用率只有0.3%～0.4%，如果我们把光能利用率提高到1%～2%，产量可以增加一倍以上。光合产物的总量主要受叶面积、净同化率、光合作用时间的影响。其中叶面积最重要，在一定范围内增加蔬菜群体的叶面积可以提高蔬菜的产量。但平面栽培叶面积增加有限，超过了一定限度，互相荫蔽反而减产，如果立体栽培，分层利用空间差，叶面积系数可达土地面积的5～6倍，产量即可大幅增长。

无土栽培是指不用天然土壤而用营养液浇灌的栽培方法。在蔬菜生产上，具有产量高、早熟、省水、病害轻，可以生产无污染的优质蔬菜等优点。 据试验，每生产1公斤蔬菜所用的营养液的成本只需几分钱。城市居民可利用阳台、屋顶无土栽培蔬菜，方法简便、效益大。

3.3 冬季加温与夏季降温

3.3.1冬季加温

长江以北地区冬季夜间温度很低，普通大棚棚内温度只比棚外温度高大约5℃。由于光伏大棚白天吸收了太阳能的能量，所以光伏大棚的温度比普通大棚温度低，如果种植反季节蔬菜，越冬蔬菜。需要给棚内加温。

比较简单的办法是在棚内使用普通的煤炉子，一方面可以加温，另一方面可以补充二氧化碳。这种方式适合小面积的大棚。缓解寒流、霜冻等气象灾害及阴天无光照的不良天气对大棚作物正常生长的影响，可用暖风机。

在地热资源丰富的地区，可以使用地源热泵作为冷/热源。

3.3.2夏季降温

在夏季，打开窗户和通风口，可以促使外部气流涌入，及时更换温室中的空气。在外界气温不高的情况下比较适用，但是酷热的夏季，并不能起到有效的降温目的。比如：初夏室外温度30℃是，棚内温度往往在45℃左右，这时就需要冷却降温。喷雾降温设备利用蒸发降温的原理，通过产生超细颗粒水雾，吸收周围区域内的热能，及时蒸发，从而降低周围的温度，是理想的新型降温设备。喷雾降温设备应用已经非常成熟。传统的大棚夏季需要用黑色遮阳篷，但是光伏大棚组件遮挡了部分太阳光，所以不适合使用。

如果只用光伏农业的名义去圈地，那就是本末倒置。时间长了不但会被行业淘汰，而且也会对整个光伏行业带来负面影响。如果花一些与农业研究机构合作，(全国各个省和主要城市都有自己的农业研究院所，比如江苏省农业研究院下辖的蔬菜研究所，就是全国最有名的设施农业研究中心。)大力发展设施农业，不但会带动传统农业往集约方向发展，也会获得巨大的农业收益。民以食为天。