徐州市光伏农业模式的应用研究.pdf

徐州市光伏农业模式的应用研究 陈永亮 徐州生物工程职业技术学院 江苏 徐州 摘要 作为首批国家现代农业可持续发展试验示范区暨农业绿色发展先行区 徐州市理应立足太阳能资源较 为丰富的天然优势 以创建新能源示范城市为契机 将该地区发达的光伏产业与有着传统优势的农业相结合 着重 推广光伏日光温室 敞开式光伏设施 渔光互补项目等 光伏 农业 的新型生产模式 进一步推动徐州市现代农业 的转型和产业结构的调整 促进当地农业的绿色 可持续发展 关键词 光伏农业 应用模式 农光互补 徐州市 引言 太阳能光伏技术作为一种可再生 可持续 不受地域限制的新型能源技术 能够实现分布式发电 不产生 废物 不排放污染物 具有非常广泛的应用范围 将其应用于农业领域实现光伏发电和农业生产相结合是 光伏产业的新出路 通过光伏效应产生的电能可以应用于农业种植 畜禽养殖 农用机械 环境监测及病害防 控等各个领域 替代传统能源辅助开展农业生产活动 满足农业生产能源的自给自足 实现 一地多用 即在 同一块土地或者水面上 既可以经营发展基础的农业活动 又可以为光伏发电提供空间 多余的电能还可 以并入国家电网获取收益 因此 光伏农业是现代农业生产的一种新兴的绿色发展模式 具有节地 节能 高 效 可持续和生态循环等综合功能 是众多 光伏 中最为成熟的路径之一 应用场景多 发展空间广 徐州市光伏产业与农业的发展概况 徐州市位于江苏省最北部 是全省最高日照值分布区 热量多于一般的华北平原 光能又优于苏南 属于 太阳能资源较为丰富的地区 该地区还拥有大量的煤矿采煤塌陷区及其水面 以及超过 亿 的建筑 可 集中开发分布式光伏的区域广泛 近年来 徐州市以新能源示范城市创建为契机 在巩固传统煤电能源优势 的基础上 把发展光伏发电 生物质发电等再生能源作为主攻方向 走上了多能互补 多源并举 综合利用的 能源发展道路 涌现了协鑫集团 中润光能等多家光伏行业的龙头企业 形成了涵盖多晶硅 铸锭 切片 电池 片 电池组件生产到光伏电站建设的完整产业链 年徐州市发布了 徐州市新型能源体系中长期发展 规划 年 明确把绿色低碳能源产业作为构建本地区现代化产业体系的重要支点 聚焦新能 源 绿色环保 双碳产业等业态 打造硅晶光伏 动力电池 新能源汽车等产业集群 这些都为徐州市光伏产业 的进一步发展奠定了扎实基础 徐州市是传统的农业大市 是全国重要的商品粮及蔬菜生产基地 十三五 以来 重点推进 个优势 特色农业产业集群建设 重点发展粮食 蔬菜 畜禽 林果四大主导产业 以及大蒜 银杏 板材 花卉 食用菌 奶牛 肉鸭 观赏鱼等 大特色产业 粮食果蔬产量和畜禽养殖量稳居江苏省前列 徐州市还是首批国家现 代农业可持续发展试验示范区暨农业绿色发展先行区 因此 将发达的光伏产业和有着传统优势的农业相 结合并实现 光伏 农业 的新型生产模式 既是互助互促 提升综合效益的强强联合 更是发展绿色低碳农 业的天然优势和必然趋势 徐州市光伏农业的模式选择与应用 目前 光伏农业主要包括 光伏 种植业 光伏 畜禽业 以及 光伏 渔业 三种结合形式 而基于农业 多功能性理论则又可区分为 光伏 农业生产 光伏 农工复合 光伏 创意农业 三种业态 在光伏农 收稿日期 基金项目 江苏省现代农业职业教育行业指导委员会 年 乡村振兴 专项研究课题 作者简介 陈永亮 男 江苏阜宁人 硕士 教授 研究方向为农业生产和绿色发展 现代化农业 年第 期 总第 期 业模式方面 我国目前较为常见的类型包括 光伏生态大棚 光伏养殖场 太阳能杀虫灯 光伏水泵 光伏污水 净化系统 渔光互补光伏电站等 根据徐州市农业的发展实际 该地区的光伏农业可以着重考虑以下几种模 式的推广应用并作针对性改进 光伏日光温室 该项目是在种植花卉 蔬菜等日光温室 塑料大棚的棚顶安装太阳能光伏板 利用太阳光能发电 满足温室 内采暖 通风 照明 灌溉以及物联网环境监测等设备的电力需求 非常适用于以蔬菜为主导产业兼有花卉 食 用菌等特色产业的徐州农业实际 有研究证明 农业光伏温室可以实现光伏发电和农业生产的 双赢 经济效 益显著 年投资回报率可高达 年即可收回全部投资 但该系统存在顶部光伏板对温室内植 物 遮阴 的缺陷 为保证温室大棚内光源充足 避免影响植株的正常光合作用 可将已建成的日光温室和塑料 大棚改造成 支架式光伏日光温室 即将光伏板安装在日光温室中部偏北的高处 形成 阴阳棚 既能通过增 大日光温室南北跨度来降低其对植物的不良影响 又能降低项目投资成本 提高年投资回报率 新建日光温室 塑料大棚 或侧重光伏发电的日光温室 可优先选用 平铺式光伏日光温室 但为了减少 光伏板对温室内植物的 遮阴 影响 需注意光伏板的覆盖率与布置方式 光伏组件类型选择等 如棚顶光伏板 的覆盖率不宜超过 光伏组件棋盘式排列的照明效果要优于紧密型排列 单晶硅相比较多晶硅更适用于日 光温室等 对于光伏板与温室大棚内植物 争光 的矛盾 还可通过将棚顶光伏发电产生的一部分电能用 于棚内局部植物的人工补光来加以解决 根据徐州地区蔬菜种植的优势方向 也可以选择在温室大棚内种 植芦笋 韭黄 西芹 莴苣 辣椒等有较强耐阴能力的作物 同样也能显著提高此类光伏日光温室的经济价值 敞开式光伏设施 该设施主要是把光伏板建在离地一定的高度 根据板下种植作物对光照的喜好不同适当改变板与板之 间的间距 主要应用于种植瓜类 薯类等低矮或藤生作物的一种光伏农业形式 有众多研究已表明 光伏组 件遮阴可以提升作物生长水分利用效率 促进晚季作物增加产量 实现旱地作物或降雨较少时期作物的增产 增效 徐州作为人均水量只有全国平均水平 的缺水地区 非常适合发展板下种植南瓜 西瓜或红薯 上面光伏板发电的 敞开式光伏设施 实现旱期光伏发电用于抗旱灌溉农田 非旱期将多余电量并入国家电 网提高经济效益 在不违背光伏项目占用基本耕地与农田的原则下 当地的小麦 水稻等大田种植集中区 域 也可专门划出一块地用于建设 敞开式光伏设施 所产生的电能可用于大田种植领域灌溉 配套设施 物 联网设备以及农业机械的供电等 既降低了农业生产成本 还能够解决部分种植区电网覆盖不充分 用电不 方便的问题 另外 徐州作为苹果 葡萄 石榴等相对耐阴水果的重要产区 在当地面积广泛的苹果园 葡萄 园 石榴园也可以建设 敞开式光伏设施 通过架设在果树侧面或顶部的光伏板能够避免阳光直射和落霜 防止果实和枝叶灼伤 散射光还有利于水果的光合作用 为此 麻学琛等 设计了一种适合于柑橘园的分布 式光伏板发电场景 其将转光膜与透光板结合构成转光板 并与光伏板依次间隔组装而成 在满足板下果树 光合作用条件下 将光伏板占比最大化 补光发电板在对柑橘进行转光补光的同时 也能在最大程度上利用 产区内富余的太阳能 具有很好的经济效益和生态效益 渔光互补项目 为了充分利用广大的养殖水域 将光伏发电与水产养殖相结合 实现了水上光伏发电 水下水产养殖 形 成了 一地两用 和垂直农业新模式 大大提高单位面积水域的经济价值 还可以减少水体蒸发和抑制蓝藻繁 殖 保护水资源 目前渔光互补项目最为常见的类型是光伏与水域养殖结合形式 徐州地区可利用池塘 芦 苇荡 湖泊等水面 特别是现有的和未来可能出现的采煤沉陷区 规划建设 桩基础固定式 或 水面漂浮式 光伏电站 引导渔光互补产业在本地区的进一步发展 但这种形式存在着光伏板阻碍水中捕捞作业 遮挡阳 光导致水体中溶解氧水平下降 以及水产品 水生植物在某些季节获得光照不足从而影响水产品质量等问 题 因此 该项目在应用中要重点关注光伏板间距与支架高度设置 增氧设备配套 水产品种选择 水质净 化等问题 另外 此类 渔光互补 项目在选址上还要注意自然条件和社会条件 应该满足太阳光能丰富 距 离变电站近 交通设施便利等要求 还要避免选在水库 泄洪区 通航水域等位置 渔光互补项目中较为常 见的项目形式还包括光伏与工厂化水产养殖车间 水产温室相结合的形式 即在工厂化生态循环水养殖车间 现代化农业 年第 期 总第 期 或水产温室的顶部安装光伏板 光伏发电可用于车间养殖设备和尾水净化设施的运转 同样有着高效养殖 节省空间 节能减排等作用 其他农光互补项目 畜光互补项目 将光伏发电与畜禽养殖相结合 克服养殖场远离居民区或电网系统不完善而限制畜 牧业发展的问题 其主要形式根据畜禽养殖模式不同可分为舍内全包围式和户外敞开式两种 为此 在徐州 地区可建设承载力较强的新型畜禽圈舍 或改造已有的养鸭大棚 牛羊圈舍 并在圈舍顶部铺设光伏发电装 置 此种畜禽圈舍四周都有遮挡 顶部安装的光伏板在平时用于发电满足畜牧机械工作所需 炎热季节还可 用于遮阴 配合排风扇和湿帘以降低圈舍内部温度 徐州大量的丘陵山区是畜禽放养的良好条件 在四周完 全敞开的散养场地 架设钢架或水泥顶柱 顶上铺设光伏发电板 散养场地还可以栽培黑麦草 紫花苜蓿等耐 阴的牧草 为放养动物提供辅助饲料以降低养殖成本 而这样的敞开式光伏装置还能有效降低光照强度 从 而防止鹅 鸡 猪等不耐热动物夏季出现中暑现象 农光互补食用菌项目 该项目是在食用菌种植大棚顶部加装光伏板改造成 支架式光伏日光温室 一间菇棚 一地两用 实现了食用菌的立体化生态高效生产和土地的节约化综合利用 徐州市有着 余年 食用菌栽培历史 睢宁 丰县 铜山等地的食用菌产业发达 把数量庞大的食用菌种植大棚改造成棚上发电 棚下种菌 光伏菌棚 既能实现清洁能源的生产 又能利用光伏板的遮阴效果有效控制棚内温度 促进食用 菌的生长发育 农光互补智能植物工厂 植物工厂具有高度集成 高效生产 高商品性和高投入的显著特征 可以实 现周年生产 不受时间 季节 气候的限制 完全按计划生产 而集光伏 水肥一体化 智能控制于一体的 太阳能智能植物工厂 可以实现低碳节能 健康高效的绿色农业发展目标 厂房墙壁和顶壁设置有多个太阳 能热水器和太阳能光伏板 前者是白天吸收太阳能提高水体温度 夜间将热水用作工厂内部升温用 后者用 于发电维持植物工厂核心育苗室和人工光植物生产车间 特别是耗能较多的补光灯的运转 结语 在徐州地区发展农业光伏利于现代农业的转型及产业结构的调整 不仅可以缓解农业用地和工业用地 的矛盾 而且能够改变农业生产过于依赖传统化石能源的局面 促进农业的绿色发展 显著提升光伏与农业 两个产业的经济和生态效益 是真正意义上的绿色 可持续发展之路 光伏农业作为新兴的科技农业 还具 有较高的观光 科普价值 如徐州市结合 五省通衢 的交通区位优势以及淮海经济区中心城市的建设目标 融入生态 创意 文化等先进理念 还可发展内涵丰富的观光 体验和研学等旅游项目 形成特色化光伏观光 农业 进一步挖掘其蕴含的社会效益 总之 在我国农业光伏政策的鼓励和支持下 徐州市需立足当地光伏 产业和农业的实际和优势 谋求创新发展和高质量发展 摸索出更多因地制宜的农业生产和光伏发电的组合 模式 参考文献 袁森 太阳能光伏技术的发展和应用前景 现代工业经济和信息化 蒋高中 徐跑 刘辉芬 光伏产业的发展现状及其在农业中的应用 安徽农业科学 鲍恩财 瞿文卉 吴翠南 等 江苏省光伏农业产业发展现状与对策 新能源科技 魏雯婧 罗久富 杨路培 等 农业光伏互补开发与盈利模式研究 太阳能学报 陈辛格 伍纲 冯朝卿 等 光伏技术在日光温室中的应用研究 太阳能 麻学琛 王腾飞 李庆庆 等 基于柑橘种植的分布式光伏板发电场景设计 装备制造技术 陈金友 吴雪 顾东清 等 光伏渔业系统中水产光照偏好性与遮阴对生态渔业影响的研究进展与展望 新能源科技 诸荣耀 浅析光伏电站中 渔光互补 技术 科技创新与应用 林魁 黄枝 金心怡 等 植物生长光调控应用研究进展 热带作物学报 现代化农业 年第 期 总第 期