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光伏+食用菌,土地生产效益向空间延伸

发布时间:2021-09-02 08:31:59
曾几何时,光伏农业的概念叫响了祖国的大江南北。笔者曾调研过多个光伏农业生产园区 ,但基本都是以种植蔬菜为农业生产目标。由于蔬菜生产对光照强度要求高,而光伏发电为获得更多的发电量需要截获一定量的光照,因此农业生产和光伏发电因为光照资源产生竞争关系,在实际生产中通常是牺牲农业生产而保全光伏发电,一是因为光伏发电一劳永逸,基础设施建设完成后基本可以坐收盈利;二是光伏板实际上阻截了阳光,直接影响了农业生产的产量和质量,农业生产效益不高或者说基本没有效益。尽管园区生产者们在想办法保全农业生产,如选用耐弱光的作物 、光伏板设置在日光温室的后屋面 、采用具有一定透光率的非晶硅光伏板、减小光伏板在温室采光面上的布置密度、改变光伏板在温室屋面上的布置方式等,但光伏发电和作物生产争光、争地的矛盾一直没有妥善解决。

食用菌生产仅需要极弱的光照或不需要光照,工厂化食用菌种植是在完全人工补光的厂房中生产,而一些喜光的食用菌一般也是在强烈遮光的温室或大棚内种植,用光伏板遮光不仅满足了食用菌生产遮光的要求,而且光伏发电额外创造了工业的经济效益,使土地生产的效益向空间延伸,大大提升了土地开发利用效益,是真正意义上的光伏农业。

早期光伏食用菌种植设施是将光伏板满铺在设施屋面上,将其作为设施的屋面板,四周设置保温围护墙,形成封闭的食用菌种植设施(图 1)。这种设计使设施处于全封闭状态,设施的保温性能好,但通风和降温性能较差,尤其到了夏季,由于光伏板背板的热辐射将光伏板吸收的大量热量直接释放到设施中,使设施内长期处于高温环境,增设通风降温设施又增加了建设投资和运行费用,因此设施的建设成本和运行费用较高,大大降低了农业生产的实际收益。

2020 年 8 月,笔者在贵州省黔西南苗族布依族自治州安龙县调研时发现在群山林立的平坝区内建设了大片的光伏设施(图 2)。在贵州这种山多地少的地区,难得有如此宽阔的平坝面积,怎么能够建设如此规模的光伏发电厂呢?带着这个疑问笔者走进了光伏设施的现场,原来这是在光伏板下安装塑料大棚,并在塑料大棚中种植香菇的大面积光伏种植设施。
贵州在“十三五”期间提出发展“十二大产业”,食用菌产业位列其中。利用光伏板下塑料大棚种植食用菌,可在光伏板下形成敞开空间,有效降低了光伏板背板辐射传热在塑料大棚内的集聚,塑料大棚依靠自然通风解决了夏季的通风降温问题,塑料大棚又保证了冬季的保温问题,而且大棚建造的成本还不高,由此实现了在较低投资的条件下获得光伏发电和食用菌生产的双重经济效益,在不破坏耕地和符合国家耕地政策的前提下,实现了经济效益和生态效益的最大化,因此是一种真正意义上的光伏农业模式。在此,笔者将这种设施形式做一介绍,供业界同仁们研究和借鉴。
连栋双坡面光伏支架下的设施模式
为保证光伏板之间互不挡光,传统的光伏板都是坡面向南、南北间隔布置。光伏板向南的倾斜坡度主要取决于建设地区的地理纬度,以单位面积光伏板周年截获最大太阳辐射为目标,根据太阳光的周年辐射强度和辐射角度,按照太阳能理论进行计算确定。南北相邻光伏板之间的间距以当地时间冬至日 9:00 以后南侧光伏板不遮挡后侧光伏板采光为原则,按照该时刻的太阳高度角计算确定。


传统的地面光伏发电站都是采用单柱支撑光伏板,为了最大限度降低工程造价,光伏板的架设高度一般距地面 1 m 左右。由于光伏板架设比较矮,在光伏板下安装塑料大棚的高度将受到限制,大棚内的种植空间小,不仅不便于种植操作,而且环境调控的难度也较大。为此,园区的建设者在建设光伏支架时,将光伏板的下沿提高到了距离地面 3.5 m 的高度,保证了光伏板下塑料大棚的建设空间。为了使光伏板的布置完全不影响板下塑料大棚的建设和生产,设计者将支撑光伏板的支架设计成了连栋双坡面门式刚架结构(图 3~4),将光伏板布置在门式刚架结构的南侧屋面,北侧屋面镂空(图 5),一是不影响北侧屋面的散射辐射进入大棚;二是在热压和风压的自然作用下南侧屋面上光伏板背板的辐射热将会很快散失不会在光伏板下集聚大量的热量而造成下部塑料大棚内的热量集聚,从而有效降低了塑料大棚运行的降温负荷。

光伏+食用菌,土地生产效益向空间延伸
2021-09-01 11:30·温室园艺
曾几何时,光伏农业的概念叫响了祖国的大江南北。笔者曾调研过多个光伏农业生产园区 ,但基本都是以种植蔬菜为农业生产目标。由于蔬菜生产对光照强度要求高,而光伏发电为获得更多的发电量需要截获一定量的光照,因此农业生产和光伏发电因为光照资源产生竞争关系,在实际生产中通常是牺牲农业生产而保全光伏发电,一是因为光伏发电一劳永逸,基础设施建设完成后基本可以坐收盈利;二是光伏板实际上阻截了阳光,直接影响了农业生产的产量和质量,农业生产效益不高或者说基本没有效益。尽管园区生产者们在想办法保全农业生产,如选用耐弱光的作物 、光伏板设置在日光温室的后屋面 、采用具有一定透光率的非晶硅光伏板、减小光伏板在温室采光面上的布置密度、改变光伏板在温室屋面上的布置方式等,但光伏发电和作物生产争光、争地的矛盾一直没有妥善解决。
食用菌生产仅需要极弱的光照或不需要光照,工厂化食用菌种植是在完全人工补光的厂房中生产,而一些喜光的食用菌一般也是在强烈遮光的温室或大棚内种植,用光伏板遮光不仅满足了食用菌生产遮光的要求,而且光伏发电额外创造了工业的经济效益,使土地生产的效益向空间延伸,大大提升了土地开发利用效益,是真正意义上的光伏农业。
光伏+食用菌,土地生产效益向空间延伸
早期光伏食用菌种植设施是将光伏板满铺在设施屋面上,将其作为设施的屋面板,四周设置保温围护墙,形成封闭的食用菌种植设施(图 1)。这种设计使设施处于全封闭状态,设施的保温性能好,但通风和降温性能较差,尤其到了夏季,由于光伏板背板的热辐射将光伏板吸收的大量热量直接释放到设施中,使设施内长期处于高温环境,增设通风降温设施又增加了建设投资和运行费用,因此设施的建设成本和运行费用较高,大大降低了农业生产的实际收益。
光伏+食用菌,土地生产效益向空间延伸
2020 年 8 月,笔者在贵州省黔西南苗族布依族自治州安龙县调研时发现在群山林立的平坝区内建设了大片的光伏设施(图 2)。在贵州这种山多地少的地区,难得有如此宽阔的平坝面积,怎么能够建设如此规模的光伏发电厂呢?带着这个疑问笔者走进了光伏设施的现场,原来这是在光伏板下安装塑料大棚,并在塑料大棚中种植香菇的大面积光伏种植设施。
贵州在“十三五”期间提出发展“十二大产业”,食用菌产业位列其中。利用光伏板下塑料大棚种植食用菌,可在光伏板下形成敞开空间,有效降低了光伏板背板辐射传热在塑料大棚内的集聚,塑料大棚依靠自然通风解决了夏季的通风降温问题,塑料大棚又保证了冬季的保温问题,而且大棚建造的成本还不高,由此实现了在较低投资的条件下获得光伏发电和食用菌生产的双重经济效益,在不破坏耕地和符合国家耕地政策的前提下,实现了经济效益和生态效益的最大化,因此是一种真正意义上的光伏农业模式。在此,笔者将这种设施形式做一介绍,供业界同仁们研究和借鉴。
连栋双坡面光伏支架下的设施模式
为保证光伏板之间互不挡光,传统的光伏板都是坡面向南、南北间隔布置。光伏板向南的倾斜坡度主要取决于建设地区的地理纬度,以单位面积光伏板周年截获最大太阳辐射为目标,根据太阳光的周年辐射强度和辐射角度,按照太阳能理论进行计算确定。南北相邻光伏板之间的间距以当地时间冬至日 9:00 以后南侧光伏板不遮挡后侧光伏板采光为原则,按照该时刻的太阳高度角计算确定。
传统的地面光伏发电站都是采用单柱支撑光伏板,为了最大限度降低工程造价,光伏板的架设高度一般距地面 1 m 左右。由于光伏板架设比较矮,在光伏板下安装塑料大棚的高度将受到限制,大棚内的种植空间小,不仅不便于种植操作,而且环境调控的难度也较大。为此,园区的建设者在建设光伏支架时,将光伏板的下沿提高到了距离地面 3.5 m 的高度,保证了光伏板下塑料大棚的建设空间。为了使光伏板的布置完全不影响板下塑料大棚的建设和生产,设计者将支撑光伏板的支架设计成了连栋双坡面门式刚架结构(图 3~4),将光伏板布置在门式刚架结构的南侧屋面,北侧屋面镂空(图 5),一是不影响北侧屋面的散射辐射进入大棚;二是在热压和风压的自然作用下南侧屋面上光伏板背板的辐射热将会很快散失不会在光伏板下集聚大量的热量而造成下部塑料大棚内的热量集聚,从而有效降低了塑料大棚运行的降温负荷。
在连栋双坡面门式刚架光伏支架下一般建设单栋的塑料大棚(图 5),每个门式刚架下建设一座塑料大棚。这种建设模式保证了种植塑料大棚之间的通风间距和安装或更换塑料薄膜以及遮阳网的操作空间。为了保证食用菌种植对遮光的要求,在塑料大棚外表面还进一步覆盖了黑色遮阳网。由此可以看出,光伏板对塑料大棚内食用菌的种植完全没有影响,在“光”这一共需资源上最大限度将其用于光伏发电,不会给农业生产造成任何影响,农光互补是完全可行的。

和没有光伏支架的传统塑料大棚设施生产区一样,单栋的塑料大棚由于大棚栋与栋之间需要留有一定的通风和作业空间,从土地高效集约利用的角度来讲,还存在一定的土地浪费现象。为提高土地利用率,设计者采用了连栋温室的设计思想,直接借用连栋双坡面光伏支架的立柱,在立柱上设天沟,用天沟支撑大棚屋面,即形成土地面积高效利用的连栋塑料温室(图 6)。从外形看(图 6a),这种结构是一种双层屋面的连栋温室,其中上层屋面南侧铺设光伏板,北侧镂空,下层屋面为温室屋面,用塑料薄膜覆盖保温遮雨,用遮阳网遮阳进一步降低温室内的光照强度。和传统的连栋塑料薄膜温室一样,温室通风采用屋面卷膜通风,在温室天沟两侧屋面设置手动或电动卷膜开窗,可有效降低温室内的空气温度,保证室内种植作物的正常生长。

大棚内的香菇种植采用菌棒直立地面栽培模式(图 9)。菌棒为 15 cm×55 cm 的聚乙烯筒袋。大棚的跨度为 6 m,标准种植床分为宽面和窄面两种宽度(图 9b、图 9c),宽面宽度为 1.4 m,窄面宽度为 0.7 m,香菇棒之间净距为 5 cm,即每个菌棒的占地面积为 20 cm×20 cm。种植床上每 20 cm 间距拉一根钢丝,菌棒靠立在钢丝上即形成种植床。宽面床共靠立 9 列菌棒,窄面床共靠立 5 列菌棒,6 m 跨大棚共 2 个宽面床和 1 个窄面床,每跨共靠立 23 列菌棒,60 m 长大棚共靠立 6900 个菌棒。

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