关于云南发展光伏蔬菜大棚产业的认识和建议

　摘要：本文以发展光伏发电产业不占用土地为出发点，以光伏蔬菜大棚的基本情况为基础，论证光伏蔬菜大棚把光伏发电和蔬菜科学、高效生产有机的结合起来，为蔬菜的增产、品种的增加和质量的提高创造条件；同时又为国家提供大量清洁的可再生能源，应成为光伏发电产业发展的重要方向。其次，阐明云南具有丰富的光照资源和蔬菜生长的良好气候条件，光伏蔬菜大棚在云南具有良好的发展前景。最后提出有关光伏蔬菜大棚建设的具体建议。

　　关键词：光伏蔬菜大棚 不占用土地 效益 前景 建议

　　前言

　　据国家能源局发布的《关于下达2014年度光伏发电新增建设规模的通知》，我国除西北、内蒙等地可利用沙漠等未利用土地发展集中式光伏发电外，分布式光伏发电已成为中、东部等省市发展光伏发电产业的主流。出现上述现象的主要原因是目前土地问题已成为发展集中式光伏发电产业的制约因素，云南也在此列。

　　目前分布式光伏发电以屋顶光伏发电为主要形式。光伏蔬菜大棚是屋顶光伏发电的一种延伸。

　　据有关方面的统计数据，全国已建蔬菜大棚种植面积约200多万公顷。假设其中30%的蔬菜大棚改建为光伏蔬菜大棚，改建面积中的20%布置晶体硅光伏组件，按此计算，光伏发电装机总容量可达1.2亿kW以上。因此，开发这笔可观的资源，充分利用原有土地上的空间，发展光伏发电产业，既改善了蔬菜生产条件，又为国家提供清洁可再生能源，是光伏发电产业新的出路和发展方向之一。

　　1.光伏蔬菜大棚的基本情况

　　1.1主要技术方案和经济指标

　　目前云南尚无已建成的光伏蔬菜大棚，本文以《甘肃某光伏蔬菜大棚项目建议书》设计方案为例，进行说明。

　　该项目总面积500亩，其中光伏蔬菜大棚占地200亩，其它农业用地300亩。在200亩土地上共建光伏蔬菜大棚120栋，大棚上光伏发电总装机容量0.7万kW，年发电量约1200万度。光伏蔬菜大棚总投资1.02亿元。

　　单个大棚的建设具体方案和技术经济指标如下：

　　每个大棚长100m,宽10m，面积1000m2，，合1.5亩，立面玻璃幕墙高度2m, 屋脊高度6 m，向阳面屋顶以BIPV（光伏——建筑一体化）形式安装光伏电池板，背阴面屋顶及四周墙体采用透光钢化玻璃。建筑结构为框剪结构，设计使用年限为50年。抗震设计类别为丙类。组件按固定倾角安装，倾角采用当地最佳倾角360。组件容量230Wp,共260块，装机容量60kW。

　　每5座大棚（装机容量为300 kW）接入1台300 kW逆变器，并配备防雷配电设备。输出端接入配电室变压器0.27kV侧，经两级升压后至就近变电站上网。（光伏组件具体布局如图3。）

　　经测算，每个光伏蔬菜大棚投资约85万元。其中工程施工费、钢构材料费27万元，电气系统投资12.5万元，非晶体硅薄膜10%透光组件60kW, 投资45.5万元。

　　每千瓦综合投资1.42万元/kW。每千瓦组件投资0.758万元/kW。

　　经框算，每个大棚年产黄瓜2万kg,按5元/kg计,年收入10万元；年发电量10万kWh, 年收入10万元。扣除成本后，蔬菜和发电的纯收入约12万元，约7.5年即可收回投资。

　　上述光伏蔬菜大棚在西北具有一定代表性。大棚的设计方案、建筑结构型式、用材、施工方法、使用年限等具有较普遍的适用性。除光伏组件价格目前有较大幅度降低外，其它分项投资数据可供参考。

　　以上例为基础，结合云南情况和目前市场的行情，对上例提出以下调整设想：

　　（1）上例对投资未作详细説明。工程概算包括施工辅助工程、设备及安装工程、建筑工程、其他费用和基本预备费、价差预备费和建设期利息等7项。上例投资与工程概算有差别。将上例的投资推算工程概算时，需乘以适当的扩大系数。

　　（2）上例大棚光伏发电装机容量利用小时较高，估计年辐射量在6000Mj/m2以上，相当于云南太阳能最佳开发区的水平。由于云南大部分地域处于低纬度亚热带，蔬菜生长的气候条件较好，太阳能较佳开发区（年辐射量5500—6000Mj/m2）和可开发区（年辐射量5000—5500Mj/m2）建光伏蔬菜大棚，虽然发电量较甘肃某蔬菜大棚有所减少，但是可在不影响蔬菜生长的情况下，适当增加光伏组件布置面积，加大装机容量予以弥补。

　　（3）目前晶体硅光伏组件效率（14—15%）比非晶体硅薄膜光伏组件效率（6—8%）高出约一倍，若上例改用晶体硅光伏组件，则装机容量可大幅度增加，从而实现规模化效应，提高经济效益。

　　（4）目前晶体硅光伏组件价格已降至4—5元/W。薄膜光伏组件价格优势不复存在。晶体硅光伏组件价格的大幅度下调，为光伏蔬菜大棚创造盈利空间。

　　（5）据《发改委关于发挥价格杠杆作用促进光伏产业健康发展通知》，国家对2013年9月1日以后备案的光伏发电企业的分区标杆电价作了调整：云南集中式光伏发电电价为0.95元/kWh，略低于上例采用的电价1元/kWh。

　　（6）云南位于低纬度地区，大部分地域处于亚热带，蔬菜生长的光、热等气候条件与甘肃有很大不同。蔬菜的品种多，产量高，蔬菜经营收入将高于甘肃。

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　　经上述调整后，初步计算并结合分析后认为，云南地处北半球有效辐射最强地带，光、热条件为发电和蔬菜生产创造十分有利条件，发展光伏蔬菜大棚的前景应当看好。

　　1.2蔬菜大棚经营模式

　　蔬菜大棚的经营模式如图1：

　　图1

　　由图1可知，蔬菜大棚经营模式包括内部管理、对外协作和销售三个部分。内部管理以建设、经营高效生态大棚为中心，生产有机蔬菜和高附加值苗木、水果。对外协作以获得高校和科研院所的技术支持为主要合作方式。销售以打通渠道为手段，创立品牌为核心，经营内销、出口、礼品、特供、订单种植等业务。
　　此外，光伏蔬菜大棚所发一部分电量供大棚内部用电，其余电量均可上网并获得收益。自用和上网电量均可享受国家的优惠政策。

　　1.3 光伏蔬菜大棚光伏组件布局方案

　　光伏蔬菜大棚顶上的光伏组件布局方案与蔬菜的品种、作物的地面布局、当地太阳能资源和气候条件等多种因素有关。目前尚无成熟的、普遍适用的光伏组件布局方法可供借鉴。既要满足蔬菜和果木生长需要的光、热，又能扩大光伏组件布局面积，增加装机容量，是光伏蔬菜大棚领域值得深入研究的课题。

　　蔬菜大棚通常为长方形，以长方形的长边呈东西向、短边呈南北向的大棚，是最适合改造成光伏蔬菜大棚的布局方案。

　　对于长方形的长边不呈东西向的蔬菜大棚，改建为光伏蔬菜大棚时，需对大棚朝向进行调整；或不进行调整，在棚顶上安装光伏组件时应朝向南方，但其结构和施工都比较复杂，投资较大，非特殊情况不应采用。

　　光伏蔬菜大棚光伏组件布局，以长方形短边呈南北向的“人”字形顶棚为例，通常只在南向坡布置光伏组件；当棚顶坡度较小时，棚顶两面均可布置光伏组件。

　　常见光伏组件布局型式，可归纳为如下4种，详见图2—5，图上深色图案为光伏组件。

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　　上图为大面积“人”字形连续顶棚，南向坡纵向成列晶体硅光伏组件布置情况，横向列间距较大。
　　此外，大棚南向立面，可采用幕墙式或陡安装倾角方式布置光伏组件。

　　2光伏蔬菜大棚的效益

　　2.1改善蔬菜生长条件

　　（1）实现大棚内夏季降温，冬季保温、升温。

　　由于夏季高温，光伏蔬菜大棚上的光伏组件吸收了部分光能，降低和阻隔进入温室的能量，从而抑止午间温度过度上升，使众多品种的蔬菜正常成长。冬季，光伏大棚结构上可阻隔大棚内热量散失，可降低夜间大棚内温度下降的速度，从而起到保温、升温的作用。夏季降温和冬季保温、升温，使众多品种的蔬菜能正常成长，从而增加蔬菜的产量。

　　（2）通常大棚内安装自然通风系统、LED补光系统和灭虫系统。自然通风系统可调节大棚内温度和空气循环速度，改善蔬菜生长环境。LED补光系统可增加夜间照明，延长光照时间，提升大棚内温度，缩短生长周期，蔬菜增产效果明显。杀虫灯、新型灭虫板等灭虫系统，可减少90%的农药用量，实现无公害蔬菜生产。

　　（3）大棚内除自然通风、补光、灭虫系统外，还可根据需要，安装内循环、移动苗床、灌溉（滴灌、喷灌等）、降温以及供热等多种系统。各系统可由计算机实现智能化管理，可使蔬菜、果木、苗木生长处于最适宜的可控的生长状态。

　　（4）光伏蔬菜大棚具有有效的抗强风、暴雨、冰雹和病虫害的能力。

　　2.2.光伏发电及其节能减排效益

　　以光伏蔬菜大棚光伏发电装机容量10万kW为例，初步估算，每年可为国家提供清洁的可再生能源1.2亿kWh, 企业每年电费收入约1.1亿元；其次，每年可节约标煤约4万t，减排温室气体CO2约9.5万t，还可减排大量SO2、NOx和烟尘等各种有害物质。

　　此外，光伏蔬菜大棚还可节约原塑料蔬菜大棚每年更换塑料薄膜等材料费用。

　　3.3普及科学种植知识

　　光伏蔬菜大棚集生产、观光旅游、采摘、示范于一体，扩大宣传，展示农业现代化的勃勃英姿，是普及科学种植知识的重要窗口。

　　综上所述，可以得到如下认识：

　　（1）光伏蔬菜大棚为实现智能化控制、反季种植、精品种植、高效种植和科学种植创造条件，使蔬菜生长处于可控状态，为蔬菜的增产、品种的增加和质量的提高创造条件。

　　（2）光伏蔬菜大棚不占用土地，摆脱了光伏产业发展的制约因素。它把光伏发电和蔬菜生产有机的结合起来，为国家提供大量清洁的可再生能源，应成为光伏发电产业发展的重要方向。

　　（3）云南具有丰富的光照资源和蔬菜生长的良好气候条件。光伏蔬菜大棚在云南具有良好的发展前景。

　　3.关于在云南投资光伏蔬菜大棚的认识和建议

　　3.1关于投资

　　（1）光伏蔬菜大棚是以经营蔬菜、苗木和水果为主业，光伏发电为辅业。要获得投资效益，必须具备掌握蔬菜、苗木和水果等生产技术的人才和一整套科学管理方法。目前不具备这些条件的企业，建议与有关单位合作，以国有蔬菜生产企业、农业院校的农场为优选对象，以解决人才、技术和投资问题。也可采用大棚投资按适当比例分摊，蔬菜生产、光伏发电分别经营的管理模式。

　　大棚上的光伏发电量，除优先供应大棚内蔬菜生产需要用电外，其余大部分电量以上网为主。

　　（2）在云南投资光伏蔬菜大棚，建议选择地形平坦、规模较大、水源条件较好、大棚长边呈东西向的塑料蔬菜大棚，以合资的方式将原塑料蔬菜大棚改造成光伏蔬菜大棚，除提供大量清洁的可再生能源外，还实现了科学种植，提高产量，增加品种，扩大销路，作为企业多种经营的一个部门。

　　（3）若投资新建光伏蔬菜大棚，首先要解决蔬菜的销路问题。建议充分利用云南有利的地理优势，研究从建立出口泰国等东南亚国家的蔬菜基地入手，逐步打开局面，形成较大规模的科学种植产业，作为企业多种经营的方向。

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　　3.2大棚光伏组件布局方案

　　（1）云南地处低纬度地带，太阳高度角较大，辐射强度较大；空气质量较好，无沙尘暴和工业烟尘等；环境为蔬菜和果木生长提供的光照和热量，远超过生长的需要。因此，光伏蔬菜大棚上的光伏组件布局面积和装机容量可比中、东部地区为大，是云南发展光伏蔬菜大棚的有利条件。

　　（2）云南地处北纬21008′—29015′，属低纬度地区，光伏组件的最佳安装倾角，大致在所在地纬度±（1—20）范围内变化。因此，云南光伏蔬菜大棚上“人”字形棚顶南向坡度较小。适当延长南向坡，缩短北向坡，形成不对称“人”字形棚顶，有利于增加光伏组件布置面积和装机容量，为实现规模化效应创造条件。

　　（3）为方便施工、节省投资和布局整齐美观，大棚光伏组件布置的结构以采用BIPV（光伏——建筑一体化）为首选形式。

　　（4）目前如何在棚顶上布置光伏组件尚无成熟的经验可供借鉴，建议先在大棚顶的南向坡，纵向成列连续布置，留适当的列间距。此方案有利于施工和组件电气接线。在运行期间，可根据蔬菜、果木生长情况，对光伏组件布局或蔬菜品种和蔬菜的地面布局作适当调整。

　　（5）大棚向阳立面，由于组件安装倾角较大，发电量相对较小，是否布置光伏组件，需从技术、经济等因素进行比较，方可确定。

　　（6）光伏组件分晶体硅光伏组件、非晶体硅薄膜光伏组件和化合物薄膜光伏组件三大类。技术上各有优、缺点，光伏组件生产对环境影响的程度也不尽相同，价格上也有较大差距。具体工程究竟选用哪一种光伏组件，需对多种方案的技术和经济性进行比较，并结合蔬菜、果木品种等进行综合分析后确定。

　　3.3争取当地政府的支持

　　光伏蔬菜大棚作为现代化农业和科学种田的示范工程，对保障民生需要具有重要作用。它还有利于环境保护，为可再生能源产业提供较大的发展空间，必将引起当地政府的关注。我们应积极争取当地政府的支持，以利工程顺利推进。

　　3.4进行实地调研

　　云南目前尚无建成的光伏蔬菜大棚，要在云南投资光伏蔬菜大棚的企业，有必要到国内已建的光伏蔬菜大棚进行实地调研，取其所长，避其所短，结合工程具体条件，提出适合于云南建光伏蔬菜大棚的具体方案，为工程科学决策提供依据。

　　3.5关注屋顶光伏发电型式的另一种延伸——建筑物房顶光伏发电

　　和光伏蔬菜大棚是屋顶光伏发电型式的延伸一样，工业厂房、展览舘、展销馆、文化宫、学校以及经济开发区等建筑物房顶光伏发电，也是屋顶光伏发电型式的一种延伸。光伏蔬菜大棚建设的实践和经验，可为建筑物房顶光伏发电站起到触类旁通的作用，同样值得关注和投资。

　　对于已有建筑物的房顶建光伏发电站，应按房顶的朝向、坡度、结构、周围环境等因素，有选择地进行。对新建的建筑物，可按房顶建光伏发电站的要求，统筹考虑选址、设计、建设、用电和上网等环节。

　　投资方式可采用建筑物业主自建、自用，余电上网；也可采用开发商投资建设，每年支付建筑物业主房顶租金，或其他合资经营方式。对于大规模的开发区，房顶建光伏发电站，宜由开发区统一考虑筹资、设计、建设、供电、上网等事项。

　　和光伏蔬菜大棚相比，在建筑物房顶上安装光伏组件的面积和装机规模更大，就地消纳条件、上网条件和经济效益更好，发展前景更加广阔。（中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司 洪祖兰 张云杰）

　　参考文献：

　　1.甘肃某光伏蔬菜大棚项目建议书 豆丁网

　　2.光伏农业大棚 百度文库

　　3.光伏蔬菜大棚图片 360图片搜索

　　4.大棚蔬菜种植图片 360图片搜索