薄膜太阳能大棚应用发展

薄膜太阳能大棚应用发展薄膜光伏太阳能大棚应用现状及发展前景调查分析静宁浦盟新能源科技有限公司薄膜光伏太阳能大棚是近两年来刚刚兴起的将现代设施农业大棚、薄膜光伏太阳能发电和LED光照结合起来，既能运用农地直接低成本发电，也不影响大棚内农作物正常生长的一种新型设施农业大棚（图1、2），它开启了低碳农业发展的新模式，具有良好的经济效益和生态效益，发展前景十分广阔。随着我国太阳能薄膜电池板制造技术的快速发展，用透明的太阳能光伏薄膜替代传统的大棚薄膜，应用在设施农业大棚上已成为可能。薄膜光伏太阳能大棚是通过薄膜分光技术将太阳辐射分为植物需要的光能和用于太阳能发电的光能，或用太阳能发的电能转化为植物生长所需要的光合有效辐射能（如棚内采用LED灯作为补光），既满足了植物正常生长的光照需要，又能实现光电转换，实现了低成本光能发电。图1玻璃温室大棚采用薄膜光伏太阳能板发电图2普通单体大棚采用薄膜光伏太阳能板发电一、薄膜光伏太阳能大棚的特点和优势1、特点：薄膜光伏太阳能大棚顶上装设有非晶硅薄膜式太阳能电池，用来发电的非晶硅厚度不到0.5微米，不及传统晶硅太阳能电池厚度的百分之一，使原来无法穿透晶硅太阳能电池的太阳光可以透过非晶硅薄膜太阳能电池照射到棚内的植物，太阳光中植物生长所需要的波段在穿透大棚屋顶的太阳能电池板后被植物吸收，植物生长所不需要的波段则部分被太阳能电池吸收发电，部分转换成热能加温农业大棚。植物进行光合作用主要是利用波长为610mm－720nm（波峰为660nm）的红橙光，而绿色光是植物生长所不需要的波段，绿色光被大棚顶上的太阳能电池吸收发电并不会影响植物生长。紫外线也是植物生长所不需要的波段甚至会破坏植物，一般农业大棚会用遮阳网来减低紫外线。薄膜式太阳能大棚顶上的薄膜式太阳能电池能吸收波长小于600nm的光子发电，因此不必在大棚顶上加装遮阳网。此外，薄膜光伏太阳能大棚可以根据植物生长的需要控制棚内温度、湿度、光照度，科学调整植物生长的最佳环境，是集农业生产、太阳能发电为一体的智能化新型设施农业大棚。同时，晶硅组件受硅片原材料尺寸的限制，组件尺寸比较单一。相较而言，非晶硅薄膜式太阳能电池是沉积在薄膜衬底上的，可以根据不同农业大棚的要求实现任意尺寸的随意切割，能够更好的满足客多种农业大棚的定制化需求。2、优势：传统太阳能发电需占用大量的土地，这对于土地资源有限的中国来讲是一个不容忽视的问题。而薄膜光伏太阳能发电农业大棚可以充分有效的利用土地资源，使农业用土地资源利用最大化。因为薄膜式光伏太阳能大棚是在不影响设施农业生产的条件下，充分利用大棚顶部空间开展太阳能发电，可以为当地电网提供电力，很好地实现节约土地资源，节能减排，真正实现低碳农业，多重经济效益显现，而且与传统太阳能电站相比，电站可以建在人口密集区，减少了输电过程中的电量损耗。此外，长期以来，我国光伏太阳能产业过度依靠“来料加工”和“海外市场”，据了解，我国薄膜光伏太阳能电池加工企业高达70%的产值依赖出口，有些企业甚至高达90%。近年来，我国设施农业发展迅速，设施农业大棚面积巨大，如将薄膜光伏太阳能电池板应用于设施农业大棚，设施农业大棚有望成为薄膜光伏太阳能电池转向内销市场的一个突破口，市场规模巨大。薄膜太阳能电池的这一用途，有望改变光伏产业的发展态势。二、薄膜光伏太阳能大棚发展现状1、发展现状近年来，随着太阳能薄膜电池制造技术的快速更新，非晶体硅薄膜式太阳能电池已经在德国、美国、日本等发达国家广泛运用于设施农业大棚。据了解，在日本，薄膜光伏太阳能电池板应用于设施农业大棚的市场价值2009年为95亿日元，在日本政府补助政策的相关刺激下，这一市场到2020年有望增长到420亿日元。近两年来，薄膜光伏太阳能农业大棚在我国也才刚刚起步，目前仅在山东寿光、河北承德、江苏（南京、常州和泰州）、江西上饶和鹰潭、湖北武汉、青海乐都、宁夏中卫以及海南三亚等地建有小规模的示范大棚或已立项正在建设中（表1），其中部分建成的薄膜光伏太阳能大棚已实现了与当地电网的并网发电。此外,从表1可以看出，薄膜光伏太阳能大棚仅在我国少数几个省市零星地建有示范点，太阳能发电站装机容量一般几十千瓦，建成最大的也不超过100千瓦，整体规模不大。不过，较大规模的薄膜光伏太阳能大棚已经在一些省份立项处于正在建设中或正在审批中，如河北承德、广西贺州和湖北武汉太阳能装机容量可达兆瓦级，最大有120兆瓦，年发电量可达1亿度。说明薄膜光伏太阳能电池应用在设施农业大棚上已得到了一些省市政府领导和专家的共识和重视，同时一些科研院所也在此方面开展相关研究，如中国科学院“霞光工程”与广西贺州合作的“光伏新能源立体农业产业化”项目已经立项并在建设中。表1目前我国薄膜光伏太阳能大棚应用情况建设地点建设规模建设企业投资规模（人民币）投资构成运行状态山东寿光1亩17千瓦河北保定天威保变电气股份有限公司40万元政府投资建成，能发电，山东寿光100亩700千瓦山东维坊华天新能源集团公司不祥政府投资在建河北承德10万亩120兆瓦河北卡能光伏科技有限公司30亿政府和企业投资项目签约，在建江西上饶20亩100千瓦台湾光宝绿色能源股份有限公司500万元政府投资建成，能发电，江西鹰潭10亩60千瓦台湾光宝绿色能源股份有限公司350万元政府投资建成，已并网发电江苏常州和泰州30亩100千瓦宁波金太阳光伏科技有限公司不祥政府投资在建海南三亚50亩200千瓦不祥政府投资部分建成发电，部分在建江苏南京200亩60千瓦鸿达温室不祥政府和企业投资前期10亩已建成发电辽宁大连0.5亩2千瓦北京中锦阳科技有限公司不祥政府投资建成湖北武汉3000亩2.1兆瓦武汉广源光伏太阳能科技有限公司5.3亿元政府和企业投资审批完成，在建青海乐都20亩，200千瓦福建均石能源集团不祥政府投资已建成发电，应用设施农牧业宁夏中卫5亩4千瓦中国恩菲工程技术公司不祥政府投资已建成发电广西贺州1000亩4兆瓦中国科学院“霞光工程”2亿元政府和企业投资在建图3太阳能电池对不同光谱的透光性图4植物进行光合作用的有效光谱二、薄膜光伏太阳能大棚发展前景新世纪以来，我国设施农业快速发展，设施农业面积已从上世纪末的不足百万公顷发展到目前的300多万公顷，我国的各类农业大棚面积已稳居世界第一，其中高档玻璃温室、塑料大棚的建筑面积已高达200多万公顷以上。对于太阳能光伏产业来说，如果能将这些设施农业大棚的顶部空间充分利用，不仅可以节约大量的土地资源，还可以在不影响棚内农作物正常生产的情况下充分利用设施农业大棚本身作为太阳能光伏发电的建筑基础。产生的电力资源可以直接提供给大棚内的照明、卷帘机、灌溉设备、升温和降温设备等使用，还可以供给周围居民和农户生产和生活使用。在当前能源危机频现，全球气候变暖、节能减排已成为时代主旋律的大背景下，大力发展绿色替代能源，发展低碳经济，促进和实现可持续发展已成为世界各国面临的共同选择。而大力发展太阳能光伏产业，充分利用太阳能发电是解决目前能源危机的最佳选择。薄膜光伏太阳能大棚既是工业项目，又是高效农业项目，具有高效利用太阳能发电，实现低碳农业发展和设施农业智能标准化生产等特点，为各地积极落实国家节能减排政策，发展绿色能源，缓解我国能源短缺问题开辟了一个崭新途径，并且对于促进农业转型升级，提高农业企业和农民收入也具有十分重要的意义。随着我国薄膜光伏太阳能电池技术的不断改进，太阳能光伏发电系统成本的逐渐降低，以及薄膜光伏太阳能电池在设施农业应用领域的关键技术攻关，以及国家扶持力度的不断加大，其在设施农业大棚上的应用前景会非常广阔。三、西北地区发展薄膜光伏太阳能大棚条件分析西北地区“十二五”提出要加快发展现代农业，以高产、优质、高效、生态、安全为发展导向，完善现代农业产业体系。其中一个重要方面就是要加快该地区设施农业发展步伐，促进农业转型升级，优先发展低碳农业。1、该地区设施农业发展迅速，设施农业大棚面积可观，为发展薄膜光伏太阳能大棚提供了基础条件。目前该地区所有设施栽培大棚均以塑料薄膜或普通玻璃覆盖为主。西北地区光照充足，日照时数2400～2880小时，年平均太阳总辐射量在160～210千卡／平方厘米之间。据测算,一块1100mm*1400mm的薄膜光伏太阳能发电板平均每天能发电0.8度，一个占地一亩的大棚，一年理论上能发电近4.5万度。如果该地区的设施栽培大棚大面积采用薄膜光伏太阳能大棚，一年理论上能发电上兆亿度，不仅能大量节约电力资源，实现低碳农业发展，而且对于改善棚内植物生长条件，发展智能化立体农业，调整农业产业结构，提高该地区设施农业装备水平和设施农业单位产值均具有重要的实际应用价值。薄膜光伏太阳能大棚的出现，为加快发展我国现代农业，提高我国设施农业装备水平，促进我国农业转型升级，优先发展低碳农业和智能化立体农业提供了良好的契机。2、西北地区现代农业的快速发展为太阳能光伏产业提供了有力的市场保障，我公司成立高科技太阳能光伏企业，为发展薄膜光伏太阳能大棚提供了技术支撑。我国“十二五”提出要大力发展太阳能光伏产业，加快以太阳能光伏为核心的新能源产业发展，加大绿色能源的示范与应用。特别是近两三年来，我国太阳能光伏产业快速发展，形成了相当数量有一定产业基础和技术储备的高科技太阳能光伏企业。3、设施农业大棚有望成为我国太阳能光伏电池转向内销市场的一个新途径薄膜光伏太阳能发电系统的寿命为一般为20年－30年，使用过程中无需投入。随着薄膜光伏太阳能电池技术的日渐成熟，太阳能电池成本的降低，以及系统集成技术的进一步完善，首次投入成本必然会逐渐降低。同时，国家大力提倡使用太阳能等清洁能源也会是太阳能光伏发展的巨大推动力，薄膜光伏太阳能电池在设施农业上的应用会有十分广阔的发展前景。