光伏農(nóng)業(yè)大棚生態(tài)農(nóng)業(yè)論文

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一對(duì)生態(tài)農(nóng)業(yè)的影響分析

目前對(duì)太陽(yáng)能發(fā)電方面研究較多的為地面光伏發(fā)電項(xiàng)目，光伏農(nóng)業(yè)大棚發(fā)電項(xiàng)目起步較地面光伏發(fā)電項(xiàng)目晚，對(duì)其研究相對(duì)較少，國(guó)外對(duì)其研究最多的屬歐洲和日本，但研究?jī)?nèi)容多趨向于對(duì)光伏組件與大棚的結(jié)合方式、光伏組件類型及發(fā)電效率等方面，如荷蘭Wageningen大學(xué)、日本學(xué)者Yano及意大利企業(yè)的研究。針對(duì)發(fā)電項(xiàng)目對(duì)生態(tài)農(nóng)業(yè)影響研究很少，日本學(xué)者Yano比較了太陽(yáng)能電池板直線布置和上下間隔布置對(duì)溫室室內(nèi)光照和發(fā)電量的影響，國(guó)內(nèi)昝錦羽等人就光伏溫室大棚內(nèi)溫度進(jìn)行了模擬研究。本文從光伏大棚發(fā)電項(xiàng)目對(duì)大棚的結(jié)構(gòu)、大棚內(nèi)農(nóng)作物光合作用及大棚內(nèi)溫度的影響等方面綜合分析。

1對(duì)大棚結(jié)構(gòu)的影響

1.1普通農(nóng)業(yè)大棚支架

普通農(nóng)戶自建大棚主要組成是用竹木桿、水泥桿、輕型鋼管或管材等材料做骨架，做成立柱、拉桿、拱桿及壓桿，其棚型結(jié)構(gòu)可分為竹木結(jié)構(gòu)、鋼材結(jié)構(gòu)和竹木、鋼材、水泥構(gòu)件等多種材料的混合結(jié)構(gòu)。

1.2光伏大棚支架

在選擇太陽(yáng)能光伏支架時(shí)，一般均要考慮到風(fēng)荷載對(duì)支架強(qiáng)度的影響及外界環(huán)境對(duì)太陽(yáng)能光伏支架的腐蝕作用，因此，對(duì)太陽(yáng)能光伏支架所選用材料需進(jìn)行特殊工藝加工，以加強(qiáng)支架抗腐蝕能力，從而讓支架達(dá)到預(yù)期使用壽命。目前較為流行的光伏支架為采用熱浸Zn處理過(guò)的優(yōu)質(zhì)鋼件。可見(jiàn)，與普通農(nóng)業(yè)大棚相比，光伏農(nóng)業(yè)大棚的抗風(fēng)、雨、雪，抗腐蝕能力大大提高，具有較高強(qiáng)度和抗腐蝕性，可減輕自然災(zāi)害對(duì)植物傷害，有助于農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)提高。

2對(duì)植物光合作用的影響

2.1太陽(yáng)光譜對(duì)植物生長(zhǎng)的影響

太陽(yáng)輻射光譜隨波長(zhǎng)分布分為紫外線區(qū)、可見(jiàn)光區(qū)、紅外線區(qū)。紫外線占太陽(yáng)能光譜7%，波長(zhǎng)小于400nm；可見(jiàn)光占71%，波長(zhǎng)介于400nm～760nm之間；紅外線占22%，波長(zhǎng)大于760nm。葉綠素作為植物體內(nèi)最豐富的色素，其最善于吸收紅光和藍(lán)光。園藝學(xué)家認(rèn)為440nm的藍(lán)光對(duì)于植物葉片和根系的生長(zhǎng)具有極其重要的作用，600nm～700nm的紅光有利莖的生長(zhǎng)，并促進(jìn)植物的開(kāi)花和葉綠素的形成。而綠光部分被例如胡蘿卜素和葉黃素之類的其它色素所吸收，然后將其用于光合作用，但大部分綠光將被反射以顯示葉片特有的葉綠色。還有許多其它復(fù)雜生長(zhǎng)過(guò)程需要來(lái)自于光譜中不同區(qū)域光的照射。

2.2多晶硅太陽(yáng)能電池板對(duì)太陽(yáng)輻射的響應(yīng)

2007年九江學(xué)院王殿元等人對(duì)硅太陽(yáng)能電池光譜響應(yīng)范圍進(jìn)行了研究性實(shí)驗(yàn)，測(cè)量了不同波長(zhǎng)光譜下太陽(yáng)能電池板的短路電流，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得電池的相對(duì)光譜響應(yīng)曲線。從該研究結(jié)果可看出，硅太陽(yáng)能電池對(duì)不同波長(zhǎng)光線均有響應(yīng)，但最主要的響應(yīng)范圍為800nm～900nm，即硅太陽(yáng)能電池對(duì)不同波長(zhǎng)光線均有不同程度吸收，但吸收最多的是波長(zhǎng)在800nm～900nm之間的光。對(duì)比植物光合作用最活躍的光譜范圍與硅太陽(yáng)能電池對(duì)光譜的響應(yīng)范圍可知，硅質(zhì)太陽(yáng)能電池板吸收最多的太陽(yáng)光光譜波長(zhǎng)在農(nóng)作物光合作用活躍范圍之外，即這部分光譜對(duì)農(nóng)作物的光合作用沒(méi)有實(shí)質(zhì)性意義。因此，太陽(yáng)能電池板鋪設(shè)對(duì)大棚內(nèi)植被影響較小。

二對(duì)大棚內(nèi)部溫度的影響

傳統(tǒng)蔬菜大棚在夏天高溫時(shí)棚內(nèi)溫度可達(dá)50℃以上，大部分蔬菜在夏天無(wú)法種植。2014年昝錦羽等人對(duì)光伏大棚內(nèi)溫度進(jìn)行過(guò)模擬，模擬結(jié)果表明，白天棚內(nèi)溫度大部分情況下低于棚外溫度，夜間棚內(nèi)溫度高于棚外溫度，即太陽(yáng)能電池板在夏季和中午能阻止過(guò)多熱量進(jìn)入大棚，抑制大棚內(nèi)溫度過(guò)度上升，在冬季和夜晚時(shí)，則能避免溫室內(nèi)熱能流失，降低晚上溫度下降速度，可有效起到冬季和夜晚保溫作用。

三結(jié)語(yǔ)

光伏農(nóng)業(yè)科技大棚相比普通農(nóng)業(yè)大棚，其運(yùn)行對(duì)生態(tài)農(nóng)業(yè)有有利影響，也有不利影響。有利影響有：a)光伏農(nóng)業(yè)科技大棚從大棚支架的材質(zhì)上，較普通農(nóng)業(yè)大棚更堅(jiān)固，更能抵御自然災(zāi)害破壞；b)光伏農(nóng)業(yè)大棚解決了普通大棚頭痛的保溫、升溫的問(wèn)題。不利影響主要為微弱的遮光影響。但這種影響較小，可通過(guò)選擇不同喜光類型的植物及采用LED燈補(bǔ)光措施來(lái)減緩這一影響。光伏農(nóng)業(yè)科技大棚對(duì)生態(tài)農(nóng)業(yè)的影響利大于弊。

作者：楊月梅曹艷芳王淼單位：中國(guó)輻射防護(hù)研究院