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共创光伏薄膜农业大棚应用


共创光伏薄膜农业大棚应用简介
Hunan Gongchuang Photovoltaic Science & Technology Co.,Ltd

地址:湖 南 省 衡 阳 市 雁 峰 区 白 沙 洲 工 业 园 区 鸿 园 路 1 号


一、公司介绍 二、光伏农业大棚应用
1、光伏农业大棚介绍 2、光伏农业大棚分类 3、光伏农业大棚特点



三、光伏农业大棚设计
1、光伏系统温室原理 2、光伏农业大棚组成 3、市场分析 4、投入产出分析 5、合作模式

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一、公司介绍

湖南共创光伏科技有限公司
湖南共创光伏科技有限公司(简称“共创光伏” )成立于 2009 年,公司位于 衡阳市国家级高级技术开发区内, 是湖南省首家从事高效硅基薄膜电池组件技术 开发、光伏产品制造以及将光伏产品应用于并网/离网太阳能电站、光伏建筑一 体化的先锋企业。2011 年获批为“硅基薄膜太阳能电池湖南省工程研究中心” , 是湖南省两型社会示范企业,国家战略新兴产业企业,中国光伏建筑一体化示范 企业。2012 年在宁夏吴忠市立德工业园成立宁夏分公司。 共创光伏在引进全球领先的非晶 / 微 晶双结薄膜太阳能电池全自动生产线的基 础上,自主创新,拥有自主知识产权国家 发明专利 6 项, 其他专利 20 余项, 可制备 出转化效率达 10~12%的薄膜电池组件,产品转换效率达到国际业内最高水平, 首期产能 50MW,2015 年预期产能 500MW。 公司产品已出口到俄罗斯、德国、法国等国家,并与美国、波兰、捷克、中 非、尼日利亚、荷兰等国外客户以及珠海兴业,宁夏吴忠等国内客户达成 380 多 兆瓦的产品销售协议。

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二、光伏农业大棚应用
1、光伏农业大棚介绍
农业光伏温室大棚是太阳能光伏发电、智能温控、现代高科技种植为一体的 温室大棚。它采用钢制骨架,上覆太阳能光伏组件,以保证光伏发电组件的光照 要求和整个温室大棚的采光要求。太阳能光伏发出的直流电,直接为农业温室进 行补光,并直接支持温室大棚农业设备的正常运行,驱动水资源灌溉,同时解决 冬季温室大棚供暖,提高大棚温度,促进作物快速增长。该工程实施后将推动绿 色农业生产,真正实现科技高效的循环生态农业。 随着我国农业产业结构的深化调整和转型升级,以科技、高效、安全、环保 和多功能为标志的现代化农业项目蓬勃发展。特别是近几年来,国内光伏农业大 棚项目日趋成熟, 涌现出一大批优质项目。 光伏农业大棚项目是观光农业与设 施园艺有机结合的产物,它集光伏发电、农业观光、农业作物、农业技术、园林 景观及文化发展于一体的创新型农业产业。

2、光伏农业大棚分类
主要有晶硅光伏农业大棚和薄膜光伏农业大棚 2 类。 两者对紫外线都有很好 的遮挡作用,但 2 种产品控光效果不一,分别如图 1 和图 2 所示。

图 1 晶硅光伏农业大棚

图 2 薄膜光伏农业大棚

晶硅光伏农业大棚:可调整晶硅电池片的疏密度来控制透光率,适合需要大 量阳光用以进行光合作用的菜蔬,例如番茄、黄瓜等。 薄膜光伏农业大棚:由于硅基薄膜组件是整体镀膜,在可见光范围的透光率 较低(如图 3 所示) ,因此适用于喜阴的菜蔬,例如豆芽菜、菌类、莴苣、芹菜、 芦笋、香椿、蒲公英、空心菜、木耳菜、花椰菜、西兰花、大葱等。
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3、光伏农业大棚特点
1)太阳能板透光性 薄膜太阳能的透光率和光与光合作用的关系如下图所示。 因为阳光照射不仅 与光合作用息息相关,且对果实中色素、糖分等的影响,因此光照时间对一些作 物的成熟会有影响,光伏大棚应该把这些影响考虑在内。现在的一些光伏大棚也 会加 LED 灯增加光照时间。

图 1、对不同波长光的透光率 蓝光 红光 黄绿光 红外线 波长为 435~490nm 波长为 610~640nm 波长为 510~580nm 波长为 780~2400nm 透光率较低 透光率很高 透光率较低 透光率比较高

图 2、不同波长光与光合作用的关系 光电转化 光合作用 光电转化 热效应 蒸腾作用和维持植物 体温 促进蛋白质与非碳水 化合物的积累 碳水化合物的合成延 迟短日照植物的发育

光照对作物的影响,以西红柿为例,根据西北农业科技大学的研究,番茄种 子最低发芽温度为 8.7℃,最适温度是 20—25℃,高于 35℃不少品种发芽率降 低。据试验,西红柿每天日照时数 14—16 小时为最理想,但在光照充足的情况 下,日照 8 小时也生长得很好。对光照度的要求以 3—4 万勒克斯为宜,其光饱 和点为 7 万勒克斯。长期阴天,西红柿易徒长,枝叶幼嫩、细弱,易落花落果, 果实发育不充分,着色不良和平淡无味,产量减低。有人曾做过试验,把西红柿 从第一花穗开花时进行各种不同日照的处理,大体 12—13 天后,完全自然光照 1—3 穗花, ,平均落花仅 15.2%,50%的自然光照则落花 62.9%,15%的自 然光照落花高达 91.1%。温室内自然温度增加 3-5 度(约 27 度) ,并且光照强 度增加 10000LX 处理下番茄果实蔗糖、果糖和可溶性糖积累明显增加。 2)保温性能
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农业大棚对保温性能的要求高,在冬季保温可以起到良好的促生长作用。不 同作物对生长最适宜温度不同,一般作物最佳生长温度都在 15 到 30 度。 虽然光伏大棚薄膜太阳能板吸收部分阳关,但由于四周密封,无法散热,所 以棚内温度仍大于棚外温度。8 月份取早上 6 点、中午 12 点,晚上 6 点三个阶 段时间棚内外平均温差分别为 0 度、6 度、4 度。在太阳光可以照射进棚内的情 况下温度快速升高。白天棚内温度已经不适于植物生长。 以西红柿为例,生育适温为 13~28℃,同化作用最适宜温度 20~25℃;温 度低于 15℃生长缓慢,且不能开花或授粉不良;5℃茎叶生长停止;1℃以下开 始冻死;30℃以上呼吸消耗大于同化积累;35℃以上影响开花结果;40℃停止生 长;42℃,空气湿度在 50%以下就可能烧苗。种子发芽最低温度为 10℃,最高 35℃,最适宜 28~32℃;低于 15℃或高于 30℃都不利于西红柿红素的形成。 所以大棚夏天可考虑打开周围四壁通风(或把壁面做成活动式或者可拆卸 式) ,或者喷雾等降温措施。 3)其它通透性 一般大棚设计要考虑灌溉排水、通风、防雨雪风霜。四周壁面的自由拆卸组 合(可以调节气温空气,又可有效利用土地,利于风昆虫授粉) ,壁板材料的选 择以适应不同气候和种养殖类型,通风也可调节二氧化碳溶度。 温室大棚因为保温等要求所以对密闭性要求很高。 但在夏天因为仅室外温度 已经达到植物最佳生长温度, 所以以前的简易大棚一般到夏天都会拆除或者给棚 内通风、喷水等以降低棚内温度。同时通风也可以降低棚内的湿度。在不通风的 情况下, 棚内白天相对湿度可达 60-80%, 夜间经常在 90%左右, 最高达 100%。 棚内适宜的空气相对湿度依作物种类不同而异,一般白天要求维持在 50-60%, 夜间在 80-90%。为了减轻病害的危害,夜间的湿度宜控制在 80%左右。 大棚密闭性和透光性使得一些昆虫难以进入大棚,从而不能对植物授粉。由 于蜜蜂金龟子等一些授粉昆虫有趋光性, 进入大棚后会在大棚内会不停的撞透光 板无法飞出去,在中午炎热高湿的环境下很快就会死亡。 现在大棚为了保温,在北方地区会再其中一面筑起土墙,或者四面修一层基 础墙。上面薄膜用卷帘机控制开关。 增加大棚内的二氧化碳浓度可以明显提高植物产量, 因为光合作用是一个吸

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收二氧化碳释放氧气的过程。同时二氧化碳是温室气体,浓度越高保温性越好。 以下为集中植物常见的二氧化碳需求量: 一般大气中二氧化碳 CO2 含量不足 330PPm
品种 黄瓜 辣椒 西葫 西瓜 西红柿 芸豆 土豆 西芹 草莓 葡萄 苗期 (ppm) 1500 1500 1000 1500 1200 900 1800 800 中期 1200 1400 开花期 (ppm) 2500 3000 2000 2600 2200 1800 2900 1200 后期 2600 2800 结果期 (ppm) 3500 3800 2800 3700 3400 2400 4200 1600 3600 4100 结果盛期 (ppm) 4500 4600 3500 4800 5100 3300 3800 4600 5500

4)农业用地面积 因为光伏农业大棚单位面积成本大大高于一般用地, 因此土地的利用率直接 涉及单位成本的计算。 光伏农业大棚在优先考虑发电效率和作物经济价值的基础上尽量提高土地 利用效率。 在向阳面与被阴面(有太阳能板面)根据不同的光照条件配置以对光照要求 不同的植物。 光伏农业大棚四周土地的利用:光伏大棚四周墙面下一般大棚都极少利用, 在南方夏季气候合适时可以不做土或砖墙,利于利用土地。 一些较高的大棚可用于立体农业,提高空间利用率,用 LED 光补充光照。 特别是用在育苗的时候,可把育苗床上架。藤蔓类作物可用架子或者绳索牵引往 上生长。 在防雨及灌溉设施较好的请款下可以减少排水沟和垄沟, 硬化的路面便于人 和器材通行即可。

三、光伏农业大棚设计
1、光伏系统温室原理
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1)光合作用 光合作用(Photosynthesis)是植物用叶绿素和某些细菌利用其细胞本身,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 为有机物,并释 放出氧气(细菌释放氢气)的生化过程。 太阳光入射到地球表面包括:紫外线、可见光及红外线

紫外线占 7%(改变植物物质结构,具破坏性) ; 可见光占 71%(提供照明、供植物光合作用) ; 红外线占 22%(产生热能) 。

植物能够通过光合作用利用无机物生产 有机物并且贮 存能量。通过 食用可以吸收到植物及细菌所贮存的能量。对于 生物界的几乎所有生物来说,这个过程是赖以生 存的关键。而地球上的碳氧循环,光合作用是必 不可少的。 植物利用阳光的能量,将二氧化碳转换成淀 粉,以供植物及动物作为食物的来源。叶绿体由于是植物进行光合作用的地方, 因此叶绿体是阳光传递生命的媒介。 对于绿色植物来说,在阳光充足的白天,它们将利用阳光的能量来进行光合 作用,以获得生长发育必需的养分。 这个过程的关键参与者是内部的叶绿体。 叶绿体在阳光的作用下, 把经有气孔进入叶子内部的二氧化碳和由根部吸收的水 转变成为淀粉,同时释放氧气。
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叶绿体膜上的两套光合作用系统:光合作用系统 1 和光合作用系统 2,在 光照的情况下,分别吸收 680nm 和 700nm 波长的光子(以蓝紫光为主,伴有少 量红色光) ,作为能量,将从水分子光解过程中得到电子不断传递,最后传递给 辅酶 NADP+。而水光解所得的氢离子则因为顺浓度差通过类囊体膜上的蛋白质 复合体从类囊体内向外移动到基质,势能降低,其间的势能用于合成 ATP 供暗 反应所用。

2、光伏农业大棚组成

大棚结构主体:采用热浸镀锌钢制骨架。大棚顶部覆盖材料采用为 1245x635x6mm 非晶硅薄膜光伏组件,其余采用聚碳酸酯板(PC 板) 。聚碳酸 酯中空板是以高性能的工程塑料及聚碳酸酯(PC)树脂加工而成,具有透明度 高、质轻、抗冲击、隔音、隔热、难燃、抗老化等特点,是一种节能环保型塑料 板材,是目前国际上普遍采用的塑料建筑材料。 光伏温室系统可选择配置: 开窗系统(以达到通风降温的效果)

湿帘—风机降温系统(利用水的蒸发降温原理实现降温目的,特制的湿帘能 确保水均匀地淋湿整个降温湿帘墙,空气穿透湿帘介质时,与湿润介质表面进行 的水气交换空气的显热转化为汽化潜热,实现对空气的加湿与降温) 。
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喷雾系统: 灌溉作用 调节降温 调节湿度 叶面施肥等

LED 植 物 生 长 灯 ( 400 ~ 520nm-- 蓝 色 的 光 线 以 及 610 ~ 720nm--红色光线,对于光合作用最 大。520 ~ 610nm--绿色的光线,被植 物色素吸收的比率很低)

选择蓝红 LED 灯,两种波长的光线,覆盖光合作用所需的波长范围。蓝色 (470nm)和红色(627nm)的 LED 灯,可以提供植物所需的光线。

非晶硅薄膜太阳能组件发电需要的主要光谱为 600nm。 有效阻挡紫外线对植 物的生长影响, 发电的同时确保植物光合作用有效进行。 并起到有效的保温作用。 薄膜透光光伏组件构成的农业大棚光伏系统,具有保温、长寿、抗老化、抗 紫外线、 防尘、暴雨、冰雪等优点,有利于植物形态生成、花果着色及维生素 合成, 促进农作物提早收获、提高品质、增加产量,从而增加农业生产效益。

3、市场分析
1)展现现代农业高科技成果; 2)新品种种植及示范带动作用;

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3)光伏建筑一体化发电示范作用; 4)现代农业与休闲观光相结合,创造农业经济增长的新亮点。

4、投入产出分析
1)光伏发电收益 2)国家政策补贴/当地财政补贴 3)光伏建筑一体化补贴 4)享受政府菜篮子工程补贴 5)享受农业部资金补贴 6)果蔬种植收入 7)观光旅游门票、农家乐等收入

5、合作模式
1)EPC 模式 当地政府或农业企业作为投资,本公司作为承建方,负责所有设计、采购和 建造工作, 项目竣工后, 统一验收移交业主单位, 企业前期不参与建设管理工作。 2)BT 模式 由本公司作为承建方,以全额垫资的方式进行项目筹建,融资、建设验收合 格后移交给业主单位,业主单位一次性付款偿还项目资金,前期不参与筹资、建 设与管理。 3)BOT 模式 政府通过契约授予本公司以一定期限的特许经营权, 许可其融资建设和经营 特定的公共基础设施,并准许其通过向用户收取费用或出售产品以清偿贷款,回 收投资并赚取利润;特许权期限界满时,该基础设施无偿移交给业主。 4)股份制经营模式 业主单位与本公司按照入股比例共同经营,充分利用资源互补,实现效益、 效率最大化, 还可以集业主单位智慧于一体, 不断改革创新经营, 增强竞争能力。

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