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“温室”中的太阳能应用
发表于:2019-04-16 15:22:20
来源:网络

温室生产对能源的依赖很大,尤其是对室内小气候的调控,往往需要大量的能源消耗,而近年来石油、煤炭等传统能源日益紧缺,价格持续上升,同时,环保的压力也与日俱增,这些因素使得对新能源在温室中的开发应用迫在眉睫。

太阳能作为一种可再生能源,如今得到了前所未有的重视。无论是欧洲、北美,还是中国,都在积极开发太阳能利用设备及综合利用技术与温室相结合的模式。

太阳能利用方式主要有发电与集热两种。从能源角度区分,温室中太阳能应用模式主要有两种,一是发电及电能的综合利用,二是集热及热能的综合利用。前者是采用太阳能发电设备进行发电,并将电能储存或并网,然后加以利用。后者是以太阳能集热管或其他设备为吸热体,直接吸收太阳能作为热能,以相变蓄热或显热蓄热的方式进行储存,当温室需要加温时再加以利用。

太阳能发电技术

用电是温室能耗的重要内容,各类环境调控设备、生产设施与装备、灌溉设备等,都需要电力驱动,尤其是一些采用新型技术的温室,如地源热泵加温的温室,冬季用电量极大,成为温室生产者主要的成本负担。太阳能发电技术本身已是一种成熟的技术,在设备元件与系统工程集成方面均已应用多年,因此在温室所在园区及温室本身配置太阳能发电系统,供应温室甚至园区其他建筑使用,是一种行之有效的方式。近两三年适宜于温室的太阳能发电集成设备层出不穷,以发电板安装方式进行分类,目前已经趋于成熟并投入应用的主要有三种:一是镶嵌式太阳能发电系统,二是独立式太阳能发电系统,三是分离式太阳能发电系统。

镶嵌式太阳能发电系统是将太阳能光伏电板镶嵌于温室覆盖系统中形成发电单元,但该方式中太阳能电板无法进行角度跟踪,当太阳入射角发生变化时,往往无法达到能量采集最大化,发电效率受到一定影响。独立式太阳能发电系统是将光伏电板独立安装在温室屋面,以相对独立的构件进行支撑的一种方式。该方式可实现电板对太阳照射角度的单轴或多轴跟踪,从而提高发电效率。分离式太阳能发电系统,是在温室以外的空地上,将太阳能发电组件与温室分离布置,该方式技术简单、造价较低,但会造成土地浪费。

采用镶嵌式和独立式发电系统时,光伏发电板将遮挡部分光照进入温室内,会导致室内光照的损失。具体采用何种发电系统要根据生产者实际情况而定。首先要针对温室种植作物的光照需求进行详细的计算与分析,在满足植物生长的光照条件下,确定合理的光伏电板面积。其次是光伏电板应沿南北走向布置,以避免在室内形成固定阴影带,导致室内有效种植面积的损失。同时,尽量将发电板布置于操作或通道区域。

存在的问题

太阳能发电系统与温室相结合时,要求其在发电同时还不能影响温室生产,同时,温室本身用电量有限,存在落差很大的波峰与波谷,这使系统面临新的问题。

1.发电量与植物光照的矛盾问题。无论如何合理考虑植物生长的光照需求,发电量最大化与植物生长环境最优化之间都存在矛盾。发电量越大、遮光越多,进入室内用于植物生长的光量越少。同时,由于气候与季节变化的原因,在阴天或冬季室内光照本身已不足时,发电板对采光的影响便越发明显,因此太阳能发电系统并非适用于所有温室,关键取决于温室所在地区的光资源情况,以及种植作物的环境需求。即使在适宜的地区,也需要进行科学的光环境评价,取得发电量与温室采光量的最佳平衡。

2.电能的储存与利用问题。温室用电极不均衡,且大多数用电设备运行时间短暂,从而带来了电能储存与利用的问题。目前常见的利用方式有蓄电池储存电能与区域内并网两种。蓄电池使用寿命短,四到五年就需更换,造成使用成本过高,得不偿失。而并网方式则又因防逆流的要求,导致温室或整个园区用电量较小时无法采用太阳能供电,仅能采用市政供电。通常情况下,两种方式需要结合使用,并在建设前期针对温室及园区的用电情况,对供电系统进行因地置宜的设计。

技术发展趋势

虽然温室太阳能发电与综合利用技术创新、应用与问题并存,但在能源趋紧、温室种植竞争加剧的前提下,适宜于温室的太阳能发电系统集成研究与设备研究将持续加强,将有越来越多的集成系统与设备产品供温室生产者选择。个人认为将集中于四个方面:一是适宜于温室的太阳能发电板,甚至是可调节透光率的发电板或发电膜等主要材料与设备的研究与开发,二是基于温室太阳能系统集成结构与配件的研究与开发,三是以太阳能系统综合应用为目标的专用控制设备与控制软件的研究与开发,四是基于太阳能系统的光环境评价理论研究。

太阳能发电技术在温室中的应用正日益扩大,在保证种植生产效果的同时,充分利用到太阳能这一取之不尽的可再生能源,无论是对温室园艺产业,还是对全人类的生存环境,都具有重要的意义,值得大力研究和推广。

索比光伏网(solarbe.com)责任编辑:杨然

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