本文以發(fā)展光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)不占用土地為出發(fā)點(diǎn)，以光伏蔬菜大棚的基本情況為基礎(chǔ)，論證光伏蔬菜大棚把光伏發(fā)電和蔬菜科學(xué)、高效生產(chǎn)有機(jī)的結(jié)合起來，為蔬菜的增產(chǎn)、品種的增加和質(zhì)量的提高創(chuàng)造條件；同時又為國家提供大量清潔的可再生能源，應(yīng)成為光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向。其次，闡明云南具有豐富的光照資源和蔬菜生長的良好氣候條件，光伏蔬菜大棚在云南具有良好的發(fā)展前景。最后提出有關(guān)光伏蔬菜大棚建設(shè)的具體建議。

　　據(jù)國家能源局發(fā)布的《關(guān)于下達(dá)2014年度光伏發(fā)電新增建設(shè)規(guī)模的通知》，我國除西北、內(nèi)蒙等地可利用沙漠等未利用土地發(fā)展集中式光伏發(fā)電外，分布式光伏發(fā)電已成為中、東部等省市發(fā)展光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的主流。出現(xiàn)上述現(xiàn)象的主要原因是目前土地問題已成為發(fā)展集中式光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的制約因素，云南也在此列。

　　目前分布式光伏發(fā)電以屋頂光伏發(fā)電為主要形式。光伏蔬菜大棚是屋頂光伏發(fā)電的一種延伸。

　　據(jù)有關(guān)方面的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，全國已建蔬菜大棚種植面積約200多萬公頃。假設(shè)其中30%的蔬菜大棚改建為光伏蔬菜大棚，改建面積中的20%布置晶體硅光伏組件，按此計算，光伏發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘靠蛇_(dá)1.2億kW以上。因此，開發(fā)這筆可觀的資源，充分利用原有土地上的空間，發(fā)展光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)，既改善了蔬菜生產(chǎn)條件，又為國家提供清潔可再生能源，是光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)新的出路和發(fā)展方向之一。

　　1.光伏蔬菜大棚的基本情況

　　1.1主要技術(shù)方案和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

　　目前云南尚無已建成的光伏蔬菜大棚，本文以《甘肅某光伏蔬菜大棚項(xiàng)目建議書》設(shè)計方案為例，進(jìn)行說明。

　　該項(xiàng)目總面積500畝，其中光伏蔬菜大棚占地200畝，其它農(nóng)業(yè)用地300畝。在200畝土地上共建光伏蔬菜大棚120棟，大棚上光伏發(fā)電總裝機(jī)容量0.7萬kW，年發(fā)電量約1200萬度。光伏蔬菜大棚總投資1.02億元。

　　單個大棚的建設(shè)具體方案和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如下：

　　每個大棚長100m，寬10m，面積1000m2，，合1.5畝，立面玻璃幕墻高度2m， 屋脊高度6 m，向陽面屋頂以BIPV（光伏——建筑一體化）形式安裝光伏電池板，背陰面屋頂及四周墻體采用透光鋼化玻璃。建筑結(jié)構(gòu)為框剪結(jié)構(gòu)，設(shè)計使用年限為50年?？拐鹪O(shè)計類別為丙類。組件按固定傾角安裝，傾角采用當(dāng)?shù)刈罴褍A角360。組件容量230Wp，共260塊，裝機(jī)容量60kW。

　　每5座大棚（裝機(jī)容量為300 kW）接入1臺300 kW逆變器，并配備防雷配電設(shè)備。輸出端接入配電室變壓器0.27kV側(cè)，經(jīng)兩級升壓后至就近變電站上網(wǎng)。（光伏組件具體布局如圖3。）

　　經(jīng)測算，每個光伏蔬菜大棚投資約85萬元。其中工程施工費(fèi)、鋼構(gòu)材料費(fèi)27萬元，電氣系統(tǒng)投資12.5萬元，非晶體硅薄膜10%透光組件60kW， 投資45.5萬元。

　　每千瓦綜合投資1.42萬元/kW。每千瓦組件投資0.758萬元/kW。

　　經(jīng)框算，每個大棚年產(chǎn)黃瓜2萬kg，按5元/kg計，年收入10萬元；年發(fā)電量10萬kWh， 年收入10萬元?？鄢杀竞螅卟撕桶l(fā)電的純收入約12萬元，約7.5年即可收回投資。

　　上述光伏蔬菜大棚在西北具有一定代表性。大棚的設(shè)計方案、建筑結(jié)構(gòu)型式、用材、施工方法、使用年限等具有較普遍的適用性。除光伏組件價格目前有較大幅度降低外，其它分項(xiàng)投資數(shù)據(jù)可供參考。

　　以上例為基礎(chǔ)，結(jié)合云南情況和目前市場的行情，對上例提出以下調(diào)整設(shè)想：

　?。?）上例對投資未作詳細(xì)說明。工程概算包括施工輔助工程、設(shè)備及安裝工程、建筑工程、其他費(fèi)用和基本預(yù)備費(fèi)、價差預(yù)備費(fèi)和建設(shè)期利息等7項(xiàng)。上例投資與工程概算有差別。將上例的投資推算工程概算時，需乘以適當(dāng)?shù)臄U(kuò)大系數(shù)。

　?。?）上例大棚光伏發(fā)電裝機(jī)容量利用小時較高，估計年輻射量在6000Mj/m2以上，相當(dāng)于云南太陽能最佳開發(fā)區(qū)的水平。由于云南大部分地域處于低緯度亞熱帶，蔬菜生長的氣候條件較好，太陽能較佳開發(fā)區(qū)（年輻射量5500—6000Mj/m2）和可開發(fā)區(qū)（年輻射量5000—5500Mj/m2）建光伏蔬菜大棚，雖然發(fā)電量較甘肅某蔬菜大棚有所減少，但是可在不影響蔬菜生長的情況下，適當(dāng)增加光伏組件布置面積，加大裝機(jī)容量予以彌補(bǔ)。

　?。?）目前晶體硅光伏組件效率（14—15%）比非晶體硅薄膜光伏組件效率（6—8%）高出約一倍，若上例改用晶體硅光伏組件，則裝機(jī)容量可大幅度增加，從而實(shí)現(xiàn)規(guī)模化效應(yīng)，提高經(jīng)濟(jì)效益。

　?。?）目前晶體硅光伏組件價格已降至4—5元/W。薄膜光伏組件價格優(yōu)勢不復(fù)存在。晶體硅光伏組件價格的大幅度下調(diào)，為光伏蔬菜大棚創(chuàng)造盈利空間。

　　（5）據(jù)《發(fā)改委關(guān)于發(fā)揮價格杠桿作用促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展通知》，國家對2013年9月1日以后備案的光伏發(fā)電企業(yè)的分區(qū)標(biāo)桿電價作了調(diào)整：云南集中式光伏發(fā)電電價為0.95元/kWh，略低于上例采用的電價1元/kWh。

　　（6）云南位于低緯度地區(qū)，大部分地域處于亞熱帶，蔬菜生長的光、熱等氣候條件與甘肅有很大不同。蔬菜的品種多，產(chǎn)量高，蔬菜經(jīng)營收入將高于甘肅。

　　經(jīng)上述調(diào)整后，初步計算并結(jié)合分析后認(rèn)為，云南地處北半球有效輻射最強(qiáng)地帶，光、熱條件為發(fā)電和蔬菜生產(chǎn)創(chuàng)造十分有利條件，發(fā)展光伏蔬菜大棚的前景應(yīng)當(dāng)看好。

　　1.2蔬菜大棚經(jīng)營模式

　　蔬菜大棚的經(jīng)營模式：

　　由圖1可知，蔬菜大棚經(jīng)營模式包括內(nèi)部管理、對外協(xié)作和銷售三個部分。內(nèi)部管理以建設(shè)、經(jīng)營高效生態(tài)大棚為中心，生產(chǎn)有機(jī)蔬菜和高附加值苗木、水果。對外協(xié)作以獲得高校和科研院所的技術(shù)支持為主要合作方式。銷售以打通渠道為手段，創(chuàng)立品牌為核心，經(jīng)營內(nèi)銷、出口、禮品、特供、訂單種植等業(yè)務(wù)。

　　此外，光伏蔬菜大棚所發(fā)一部分電量供大棚內(nèi)部用電，其余電量均可上網(wǎng)并獲得收益。自用和上網(wǎng)電量均可享受國家的優(yōu)惠政策。

　　1.3 光伏蔬菜大棚光伏組件布局方案

　　光伏蔬菜大棚頂上的光伏組件布局方案與蔬菜的品種、作物的地面布局、當(dāng)?shù)靥柲苜Y源和氣候條件等多種因素有關(guān)。目前尚無成熟的、普遍適用的光伏組件布局方法可供借鑒。既要滿足蔬菜和果木生長需要的光、熱，又能擴(kuò)大光伏組件布局面積，增加裝機(jī)容量，是光伏蔬菜大棚領(lǐng)域值得深入研究的課題。

　　蔬菜大棚通常為長方形，以長方形的長邊呈東西向、短邊呈南北向的大棚，是最適合改造成光伏蔬菜大棚的布局方案。

　　對于長方形的長邊不呈東西向的蔬菜大棚，改建為光伏蔬菜大棚時，需對大棚朝向進(jìn)行調(diào)整；或不進(jìn)行調(diào)整，在棚頂上安裝光伏組件時應(yīng)朝向南方，但其結(jié)構(gòu)和施工都比較復(fù)雜，投資較大，非特殊情況不應(yīng)采用。

　　光伏蔬菜大棚光伏組件布局，以長方形短邊呈南北向的“人”字形頂棚為例，通常只在南向坡布置光伏組件；當(dāng)棚頂坡度較小時，棚頂兩面均可布置光伏組件。

　　常見光伏組件布局型式，可歸納為如下4種，詳見下圖，圖上深色圖案為光伏組件。

　　上圖為南向坡光伏組件布置情況，近屋頂部分橫向連續(xù)布置，其余部分按蔬菜生長需要不規(guī)則布置。

　　上圖為非晶體硅薄膜透光光伏組件，在南向坡縱向成列連續(xù)布置情況，橫向列間距較小。

　　上圖為“人”字形頂棚坡度較小時，靠近屋頂兩邊光伏組件布置的情況。

　　上圖為大面積“人”字形連續(xù)頂棚，南向坡縱向成列晶體硅光伏組件布置情況，橫向列間距較大。

　　此外，大棚南向立面，可采用幕墻式或陡安裝傾角方式布置光伏組件。

　　2光伏蔬菜大棚的效益

　　2.1改善蔬菜生長條件

　　（1）實(shí)現(xiàn)大棚內(nèi)夏季降溫，冬季保溫、升溫。

　　由于夏季高溫，光伏蔬菜大棚上的光伏組件吸收了部分光能，降低和阻隔進(jìn)入溫室的能量，從而抑止午間溫度過度上升，使眾多品種的蔬菜正常成長。冬季，光伏大棚結(jié)構(gòu)上可阻隔大棚內(nèi)熱量散失，可降低夜間大棚內(nèi)溫度下降的速度，從而起到保溫、升溫的作用。夏季降溫和冬季保溫、升溫，使眾多品種的蔬菜能正常成長，從而增加蔬菜的產(chǎn)量。

　?。?）通常大棚內(nèi)安裝自然通風(fēng)系統(tǒng)、LED補(bǔ)光系統(tǒng)和滅蟲系統(tǒng)。自然通風(fēng)系統(tǒng)可調(diào)節(jié)大棚內(nèi)溫度和空氣循環(huán)速度，改善蔬菜生長環(huán)境。LED補(bǔ)光系統(tǒng)可增加夜間照明，延長光照時間，提升大棚內(nèi)溫度，縮短生長周期，蔬菜增產(chǎn)效果明顯。殺蟲燈、新型滅蟲板等滅蟲系統(tǒng)，可減少90%的農(nóng)藥用量，實(shí)現(xiàn)無公害蔬菜生產(chǎn)。

　?。?）大棚內(nèi)除自然通風(fēng)、補(bǔ)光、滅蟲系統(tǒng)外，還可根據(jù)需要，安裝內(nèi)循環(huán)、移動苗床、灌溉（滴灌、噴灌等）、降溫以及供熱等多種系統(tǒng)。各系統(tǒng)可由計算機(jī)實(shí)現(xiàn)智能化管理，可使蔬菜、果木、苗木生長處于最適宜的可控的生長狀態(tài)。

　?。?）光伏蔬菜大棚具有有效的抗強(qiáng)風(fēng)、暴雨、冰雹和病蟲害的能力。

　　2.2.光伏發(fā)電及其節(jié)能減排效益

　　以光伏蔬菜大棚光伏發(fā)電裝機(jī)容量10萬kW為例，初步估算，每年可為國家提供清潔的可再生能源1.2億kWh， 企業(yè)每年電費(fèi)收入約1.1億元；其次，每年可節(jié)約標(biāo)煤約4萬t，減排溫室氣體CO2約9.5萬t，還可減排大量SO2、NOx和煙塵等各種有害物質(zhì)。

　　此外，光伏蔬菜大棚還可節(jié)約原塑料蔬菜大棚每年更換塑料薄膜等材料費(fèi)用。

　　2.3普及科學(xué)種植知識

　　光伏蔬菜大棚集生產(chǎn)、觀光旅游、采摘、示范于一體，擴(kuò)大宣傳，展示農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的勃勃英姿，是普及科學(xué)種植知識的重要窗口。

　　綜上所述，可以得到如下認(rèn)識：

　?。?）光伏蔬菜大棚為實(shí)現(xiàn)智能化控制、反季種植、精品種植、高效種植和科學(xué)種植創(chuàng)造條件，使蔬菜生長處于可控狀態(tài)，為蔬菜的增產(chǎn)、品種的增加和質(zhì)量的提高創(chuàng)造條件。

　?。?）光伏蔬菜大棚不占用土地，擺脫了光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的制約因素。它把光伏發(fā)電和蔬菜生產(chǎn)有機(jī)的結(jié)合起來，為國家提供大量清潔的可再生能源，應(yīng)成為光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向。

　?。?）云南具有豐富的光照資源和蔬菜生長的良好氣候條件。光伏蔬菜大棚在云南具有良好的發(fā)展前景。

　　3.關(guān)于在云南投資光伏蔬菜大棚的認(rèn)識和建議

　　3.1關(guān)于投資

　　（1）光伏蔬菜大棚是以經(jīng)營蔬菜、苗木和水果為主業(yè)，光伏發(fā)電為輔業(yè)。要獲得投資效益，必須具備掌握蔬菜、苗木和水果等生產(chǎn)技術(shù)的人才和一整套科學(xué)管理方法。目前不具備這些條件的企業(yè)，建議與有關(guān)單位合作，以國有蔬菜生產(chǎn)企業(yè)、農(nóng)業(yè)院校的農(nóng)場為優(yōu)選對象，以解決人才、技術(shù)和投資問題。也可采用大棚投資按適當(dāng)比例分?jǐn)?，蔬菜生產(chǎn)、光伏發(fā)電分別經(jīng)營的管理模式。

　　大棚上的光伏發(fā)電量，除優(yōu)先供應(yīng)大棚內(nèi)蔬菜生產(chǎn)需要用電外，其余大部分電量以上網(wǎng)為主。

　　（2）在云南投資光伏蔬菜大棚，建議選擇地形平坦、規(guī)模較大、水源條件較好、大棚長邊呈東西向的塑料蔬菜大棚，以合資的方式將原塑料蔬菜大棚改造成光伏蔬菜大棚，除提供大量清潔的可再生能源外，還實(shí)現(xiàn)了科學(xué)種植，提高產(chǎn)量，增加品種，擴(kuò)大銷路，作為企業(yè)多種經(jīng)營的一個部門。

　?。?）若投資新建光伏蔬菜大棚，首先要解決蔬菜的銷路問題。建議充分利用云南有利的地理優(yōu)勢，研究從建立出口泰國等東南亞國家的蔬菜基地入手，逐步打開局面，形成較大規(guī)模的科學(xué)種植產(chǎn)業(yè)，作為企業(yè)多種經(jīng)營的方向。

　　3.2大棚光伏組件布局方案

　　（1）云南地處低緯度地帶，太陽高度角較大，輻射強(qiáng)度較大；空氣質(zhì)量較好，無沙塵暴和工業(yè)煙塵等；環(huán)境為蔬菜和果木生長提供的光照和熱量，遠(yuǎn)超過生長的需要。因此，光伏蔬菜大棚上的光伏組件布局面積和裝機(jī)容量可比中、東部地區(qū)為大，是云南發(fā)展光伏蔬菜大棚的有利條件。

　　（2）云南地處北緯21008′—29015′，屬低緯度地區(qū)，光伏組件的最佳安裝傾角，大致在所在地緯度±（1—20）范圍內(nèi)變化。因此，云南光伏蔬菜大棚上“人”字形棚頂南向坡度較小。適當(dāng)延長南向坡，縮短北向坡，形成不對稱“人”字形棚頂，有利于增加光伏組件布置面積和裝機(jī)容量，為實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?yīng)創(chuàng)造條件。

　?。?）為方便施工、節(jié)省投資和布局整齊美觀，大棚光伏組件布置的結(jié)構(gòu)以采用BIPV（光伏——建筑一體化）為首選形式。

　?。?）目前如何在棚頂上布置光伏組件尚無成熟的經(jīng)驗(yàn)可供借鑒，建議先在大棚頂?shù)哪舷蚱?，縱向成列連續(xù)布置，留適當(dāng)?shù)牧虚g距。此方案有利于施工和組件電氣接線。在運(yùn)行期間，可根據(jù)蔬菜、果木生長情況，對光伏組件布局或蔬菜品種和蔬菜的地面布局作適當(dāng)調(diào)整。

　?。?）大棚向陽立面，由于組件安裝傾角較大，發(fā)電量相對較小，是否布置光伏組件，需從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等因素進(jìn)行比較，方可確定。

　?。?）光伏組件分晶體硅光伏組件、非晶體硅薄膜光伏組件和化合物薄膜光伏組件三大類。技術(shù)上各有優(yōu)、缺點(diǎn)，光伏組件生產(chǎn)對環(huán)境影響的程度也不盡相同，價格上也有較大差距。具體工程究竟選用哪一種光伏組件，需對多種方案的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行比較，并結(jié)合蔬菜、果木品種等進(jìn)行綜合分析后確定。

　　3.3爭取當(dāng)?shù)卣闹С?/span>

　　光伏蔬菜大棚作為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)和科學(xué)種田的示范工程，對保障民生需要具有重要作用。它還有利于環(huán)境保護(hù)，為可再生能源產(chǎn)業(yè)提供較大的發(fā)展空間，必將引起當(dāng)?shù)卣年P(guān)注。我們應(yīng)積極爭取當(dāng)?shù)卣闹С?，以利工程順利推進(jìn)。

　　3.4進(jìn)行實(shí)地調(diào)研

　　云南目前尚無建成的光伏蔬菜大棚，要在云南投資光伏蔬菜大棚的企業(yè)，有必要到國內(nèi)已建的光伏蔬菜大棚進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，取其所長，避其所短，結(jié)合工程具體條件，提出適合于云南建光伏蔬菜大棚的具體方案，為工程科學(xué)決策提供依據(jù)。

　　3.5關(guān)注屋頂光伏發(fā)電型式的另一種延伸——建筑物房頂光伏發(fā)電

　　和光伏蔬菜大棚是屋頂光伏發(fā)電型式的延伸一樣，工業(yè)廠房、展覽舘、展銷館、文化宮、學(xué)校以及經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)等建筑物房頂光伏發(fā)電，也是屋頂光伏發(fā)電型式的一種延伸。光伏蔬菜大棚建設(shè)的實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)，可為建筑物房頂光伏發(fā)電站起到觸類旁通的作用，同樣值得關(guān)注和投資。

　　對于已有建筑物的房頂建光伏發(fā)電站，應(yīng)按房頂?shù)某颉⑵露?、結(jié)構(gòu)、周圍環(huán)境等因素，有選擇地進(jìn)行。對新建的建筑物，可按房頂建光伏發(fā)電站的要求，統(tǒng)籌考慮選址、設(shè)計、建設(shè)、用電和上網(wǎng)等環(huán)節(jié)。

　　投資方式可采用建筑物業(yè)主自建、自用，余電上網(wǎng)；也可采用開發(fā)商投資建設(shè)，每年支付建筑物業(yè)主房頂租金，或其他合資經(jīng)營方式。對于大規(guī)模的開發(fā)區(qū)，房頂建光伏發(fā)電站，宜由開發(fā)區(qū)統(tǒng)一考慮籌資、設(shè)計、建設(shè)、供電、上網(wǎng)等事項(xiàng)。

　　和光伏蔬菜大棚相比，在建筑物房頂上安裝光伏組件的面積和裝機(jī)規(guī)模更大，就地消納條件、上網(wǎng)條件和經(jīng)濟(jì)效益更好，發(fā)展前景更加廣闊。