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国内温室大棚发展现状概况和光伏农业温室大棚的设计

2020-07-24 14:19:01

{一}、国内温室发展现状概况
  温室是采用透光覆盖材料作为全部或部分围护结构,具有一定环境调控设备,用于抵御不良天气条件,保证作物能正常生长发育的农业建筑设施。温室结构应密封保温,又便于通风降温,现代化温室中具有控制温湿度、光照等条件的设备。
  温室工程近些年来在现代化农业发展中得到了飞速的发展,一直以来是设施农业发展的重要部分,为农户创造了可观的经济收益,带动了农村区域的经济发展。我们国家地域辽阔,地形地貌千差万别,气候差异较大,所以根据长期的实践经验,在不同区域建造了不同类型的温室,建造了适应当地气候的以及技术经济效益较高的温室类型。
  近些年来,我们国家各级政府规划了很多的农业高新技术园,这些园区大都把温室工程作为园区的主体部分,在园区内建造了不同型号的蔬菜大棚。温室工程在一个农业园区内部通常与其他设施农业建筑设施相互配合,构成一个资源与能源循环利用的有机整体,例如:温室工程与沼气工程及光伏太阳能相互配合,光伏太阳能发电可供温室工程照明、加温、抽水等用电,沼气工程产生的有机肥料可供温室工程中作物生长所需肥料及二氧化碳肥等,而温室内的作物生产所残留的生物质资源可以提供给沼气池作为发酵的原料,这样形成一个有机的循环系统,能够做到资源和能源的合理循环利用,极大节约能源和资源。
  虽然我国设施农业发展历史悠久,早在两千年前就有用类似温室的设施进行蔬菜,花卉的栽培,但是现代化的温室发展技术却起步较晚,并且较为落后。在二十世纪五十年大末六十年代初期,我国在华北和东北尝试了建设现代化的温室,但是限于当时的技术水平,温室的现代化程度不高,且技术较为落后。我国一栋大型连栋大棚于1977年在北京市玉渊潭公社建成,占地1.9公顷,由我国自行设计建造。温室骨架为全钢结构,涂防锈漆,镶嵌钢化玻璃覆盖,电动开窗,燃油锅炉热水加温,内部配有喷灌装置。
  二十世纪八十年代之后,随着我国改革开放政策的实施,我们国家在设施农业上投入逐年增加,温室技术也得到了不断的提高,在引进国外己经较为成熟的温室技术的基础上,同时十分重视研发适合我国具体国情以及我国不同区域气候环境的温室类型,投入了巨大的科研经费,并且取得了显著的成绩,尤其是在我国北方建造面积广大的日光温室,是我国自行研制,非常适合我国具体国情的一种温室类型。这种温室不仅适合当地的种植要求,而且造价低廉,不需要对其进行加温即可越冬生产,非常适合当地农民的需求。
  二十世纪九十年代以来,随着改革开放的不断深入,我国国民经济发展进入重要的转型时期。这一时期,我国现代温室得到了快速的发展,市场的进一步放开,使得设施栽培和现代温室呈现爆发式的增长,不仅对我国传统农业的生产模式产生了重大的影响,而且在改善人民的生活质量上起到了非常重大的作用。
  近些年来,虽然我们国家对现代温室产业投入了巨大的人力物力,想把现代温室产业发展好,进而推动我国现代化农业的快速进程,但是由于传统观念的作用,我国农业机械化水平不高,科研方面的人才较为缺乏等等原因,我们国家现在在温室的研究设计以及建造等方面还不能够做到创新改进,与发达国家的技术还有一定的差距。
  {二}、光伏农业温室大棚的设计
  农业温室大棚的单独性结构功能决定了其对光伏系统的要求与普通的光伏地面电站或屋顶分布式系统有所不同。
  1.晶体硅光伏组件技术成熟,性能稳定,故障率低,运行维护简单,安装方便,使用寿命超过25年。单晶硅电池的转换效率略高于多晶硅电池,价格也略高。而非晶硅薄膜电池在透光性、弱光效应和高温性能上具有一定优点,但是衰减率较高,寿命也只不到晶体硅光伏组件的一半。使用者需要根据实际需要作出相应选择。
  温室大棚内湿度一般60%,以上,在钢构表面、温室大棚膜面易冷凝、结露。这种高湿环境对钢结构本体存在腐蚀,对布置在温室大棚内的光伏组件、接线盒、电缆、桥架、汇流箱等的稳定运行存在隐患,如降低设备绝缘强度、造成导电金属或电路板腐蚀、降低使用寿命、造成电气短路故障等,尤其是光伏组件。在高温高湿环境下,建议使用的抗PID(电压诱导衰减)组件。
  2.由于在温室大棚顶部光伏组件替换了塑料薄膜,导致结构承担荷载增加,在结构设计时,应进行建模计算,分析构件受力,在满足结构25年使用寿命的条件下,尽量采用轻型钢材,如冷弯薄壁卷边槽钢、Z型钢、几字钢等,降低结构用钢量、控制成本。原有大棚温室的采光面由拱坡改为平坡,倾角设计为18~35°左右,塑料薄膜改为铺设电池板和透光玻璃,效率损失2%~9%。
  设计温室大棚采光面时,光线人射角度不宜选取过大,过大会造成温室大棚的脊高过高,结构不合理。同时,根据光线反射原理,光线人射角从90°降到50°时,透过采光面的光量下降不明显。日光温室大棚的设计中要求大于或等于50°,便满足采光需求。
  3.光伏温室大棚可根据现场情况采用集中式或组串式逆变器。
  集中型逆变方案接入的太阳电池支路数较多,适用于:太阳电池方阵由同一规格、型号的太阳电池组成;各太阳电池的安装倾角、方位角,及受光情况均一致;控制室内有足够空间安装集中型逆变器等应用场合。
  单台组串型逆变方案接人的太阳电池支路较少,通常为1一4条,适用于太阳电池方阵由两种以上型号、规格的太阳电池组成;太阳电池的受光清况略有差异(如部分太阳电池可能受到阴影遮蔽);控制室面积有限、无法安装集中型逆变器等应用场合。
  集中型逆变方案的优点还体现在逆变效率略高于组串型逆变器、单位额定功率的成本略低,非常适合于地面空旷的兆瓦级电站上。而组串型逆变方案的优点体现在系统组成方式灵活、冗余胜好,单台组串型逆变器发生故障停机后,对整个并网光伏发电系统的能量输出影响很小。
  但是一般的农业温室大棚较分散且道路相对较小,从运行及维护考虑,若选用单台容量大的逆变设备,虽设备数量较少,但逆变器的布置和电缆敷设将会大大增加难度和成本;因此一般考虑选用小型的组串式逆变器,相对灵活。而且温室大棚内湿度较高,一般在60%以上,建议选用防护等级为IP65以上的电气设备,并且安装在温室大棚外部,以提高系统的可靠性。

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