新型薄膜式光伏農(nóng)業(yè)大棚在廣西壯族自治區(qū)應用的可行性研究

佟建波

(廣西玉林農(nóng)業(yè)學校，玉林 537000)

0 引言

新時代下，農(nóng)業(yè)技術(shù)也迎來了新的發(fā)展機遇，農(nóng)業(yè)向機械化、規(guī)?；椭悄芑l(fā)展已成為必然趨勢[1]。將光伏發(fā)電技術(shù)與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)進行有機融合，不但能促進農(nóng)業(yè)清潔化生產(chǎn)，還可以極大促進我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的進一步升級，輻射上游產(chǎn)業(yè)發(fā)展，促進農(nóng)民增收，助力貧困地區(qū)農(nóng)民脫貧致富。

目前，光伏發(fā)電技術(shù)的應用范圍廣泛，主要包括光伏農(nóng)業(yè)大棚、光伏養(yǎng)殖、牧光互補、漁光互補、光伏廢水凈化等領(lǐng)域[2]。其中，光伏農(nóng)業(yè)大棚與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的有機結(jié)合符合國家發(fā)展新時代農(nóng)業(yè)的要求，基于此，本文介紹了一種適于在廣西壯族自治區(qū)應用的“新型薄膜式光伏農(nóng)業(yè)大棚”，即將農(nóng)業(yè)大棚、薄膜光伏組件及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行有機結(jié)合，并對該形式的應用可行性進行了分析。

1 光伏農(nóng)業(yè)大棚類型的選取

結(jié)合廣西壯族自治區(qū)的實際情況，光伏農(nóng)業(yè)大棚類型主要包括薄膜式、房間式及疊加式[3]3種。

薄膜式光伏農(nóng)業(yè)大棚是在農(nóng)業(yè)大棚頂上鋪滿半透光的薄膜光伏組件，可有選擇性地使大部分紅外光和近紅外光透射進大棚內(nèi)，有利于菌類植物的培養(yǎng)；也可以合理搭配植物補光燈，種植一些喜陰農(nóng)作物或花卉。房間式光伏農(nóng)業(yè)大棚的構(gòu)造類似于透明的玻璃房，一般是在農(nóng)業(yè)大棚頂部安裝晶體硅光伏組件，但由于安裝此類光伏組件后會使棚內(nèi)出現(xiàn)部分陰影，且陰影位置會隨著陽光位置的變化而變化，導致棚內(nèi)農(nóng)作物吸收的光照不同。但此種模式有利于實現(xiàn)生態(tài)農(nóng)業(yè)一體化，且安裝光伏組件后大棚外觀具有一定的觀賞性，可促進當?shù)氐穆糜螛I(yè)發(fā)展。疊加式光伏農(nóng)業(yè)大棚一般是在棚頂架設晶體硅光伏組件，但由于整個農(nóng)業(yè)大棚是由塑料薄膜材料包覆而成，結(jié)構(gòu)簡單，因此無法與物聯(lián)網(wǎng)連接，不符合智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向。

綜合分析后，本文以薄膜式光伏農(nóng)業(yè)大棚為例進行分析，并將其與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合。薄膜光伏組件敷設于農(nóng)業(yè)大棚的頂部，利用光伏發(fā)電的電力為負載供電；而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠時刻監(jiān)測大棚內(nèi)的作物生長環(huán)境。此種搭配不僅充分利用了農(nóng)作物種植的土地資源，而且還可以利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及時改善和調(diào)節(jié)大棚內(nèi)的溫濕度、光照等生物生長條件，實現(xiàn)農(nóng)作物的反季節(jié)生長，進一步滿足農(nóng)作物的全年供應需求[4]。

2 可行性分析

本文從技術(shù)、政策、地理位置、光伏農(nóng)業(yè)發(fā)展平臺、當前光伏農(nóng)業(yè)大棚發(fā)展典型案例幾方面對新型薄膜式光伏農(nóng)業(yè)大棚在廣西壯族自治區(qū)應用的可行性進行分析。

2.1 技術(shù)的大力支持

薄膜光伏組件具有光譜響應范圍寬、厚度薄、光電轉(zhuǎn)換效率較高的特點，可極大提高農(nóng)業(yè)大棚的太陽光透過率[5]。新型薄膜式光伏農(nóng)業(yè)大棚在保證薄膜式光伏農(nóng)業(yè)大棚原有的透光、保溫、供電等特點的基礎上，實現(xiàn)了與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合[6]，可對光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電數(shù)據(jù)進行采集和監(jiān)控，及時準確地把握光伏發(fā)電情況；利用水肥一體化智能管控系統(tǒng)及時將農(nóng)業(yè)大棚中土壤、空氣的溫濕度及光照條件等數(shù)據(jù)上傳至智能管控系統(tǒng)的服務器，通過計算機分析系統(tǒng)來分析實時數(shù)據(jù)，并制訂符合農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)農(nóng)作物所需要的微量元素比例及施肥時間點等方案，根據(jù)所種植物的生長需要自動調(diào)節(jié)棚內(nèi)設備、設施的工作狀態(tài)，最大限度地為農(nóng)作物生長提供適宜的生長環(huán)境；通過對農(nóng)作物培養(yǎng)結(jié)果進行分析，可及時優(yōu)化農(nóng)作物生長過程中的溫濕度，提高或降低LED補光設備的工作時間，加大或減少噴水供給設備的工作時長，促進農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)農(nóng)作物合理化生長，從而可以更加科學化地實現(xiàn)農(nóng)作物增收。

2.2 政策的大力支持

2.2.1 綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展政策的支持

2019年11月18日，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部辦公廳印發(fā)了《農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展先行先試支撐體系建設管理辦法(試行)》[7]，指出“安排相對集中的種植區(qū)域或規(guī)模養(yǎng)殖場，開展綠色生產(chǎn)技術(shù)聯(lián)合攻關(guān)，形成與當?shù)刭Y源環(huán)境承載力相適應的種養(yǎng)技術(shù)模式”，同時“將遙感、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展結(jié)合，對農(nóng)作物生長發(fā)育、畜禽養(yǎng)殖和漁業(yè)生產(chǎn)，以及對土壤、水等環(huán)境質(zhì)量狀況的影響進行長期跟蹤監(jiān)測和分析。加快數(shù)字農(nóng)業(yè)建設，推進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程全程精細化管理，提升農(nóng)業(yè)發(fā)展信息化水平、智能化水平，為農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的理論研究和實踐創(chuàng)新積累數(shù)據(jù)支撐”。

2020年1月2日發(fā)布的《中共中央 國務院關(guān)于抓好“三農(nóng)”領(lǐng)域重點工作確保如期實現(xiàn)全面小康的意見》中指出[8]，“依托現(xiàn)有資源建設農(nóng)業(yè)農(nóng)村大數(shù)據(jù)中心，加快物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、人工智能、第5代移動通信網(wǎng)絡、智慧氣象等現(xiàn)代信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應用”。

同時，廣西壯族自治區(qū)人民政府在2020年的工作報告中指出[9]，“2020年推進現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范區(qū)增點、擴面、提質(zhì)，建成自治區(qū)級核心示范區(qū)300個、縣級示范區(qū)600個。積極培育新經(jīng)濟、新業(yè)態(tài)，促進數(shù)字經(jīng)濟、平臺經(jīng)濟、創(chuàng)意經(jīng)濟、流量經(jīng)濟發(fā)展，推動人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)應用”。

國家層面和自治區(qū)層面政策的大力支持必將進一步拉動廣西壯族自治區(qū)的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程，并且綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)可為自治區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供可視化管理、精準化種植和智能化決策，促進該地區(qū)農(nóng)業(yè)的進一步增產(chǎn)、增收。

2.2.2 光伏政策的支持

2016年，國家發(fā)展和改革委員會、國務院扶貧辦、國家能源局、國家開發(fā)銀行、中國農(nóng)業(yè)發(fā)展銀行聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于實施光伏發(fā)電扶貧工作的意見》(發(fā)改能源[2016]621號)中指出，“在光照資源條件較好的地區(qū)因地制宜開展光伏扶貧，既符合精準扶貧、精準脫貧戰(zhàn)略，又符合國家清潔低碳能源發(fā)展戰(zhàn)略；既有利于擴大光伏發(fā)電市場，又有利于促進貧困人口穩(wěn)收增收”。廣西壯族自治區(qū)人民政府于2018年8月9日第2次修正了于2011年5月1日起施行的《廣西壯族自治區(qū)氣候資源開發(fā)利用和保護管理辦法》[10]，其中第15條指出，“鼓勵開發(fā)利用太陽能發(fā)電，太陽能供熱、采暖和制冷，太陽能熱水工程等太陽能利用系統(tǒng)”。

積極將光伏發(fā)電技術(shù)應用于廣西壯族自治區(qū)的農(nóng)業(yè)大棚種植領(lǐng)域，發(fā)展現(xiàn)代化的觀光農(nóng)業(yè)模式，并結(jié)合自治區(qū)具有少數(shù)民族特色的文化旅游和具有地域特色的農(nóng)產(chǎn)品，有助于形成優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)集中區(qū)，助力西部地區(qū)脫貧攻堅工作，可有力推動廣西壯族自治區(qū)各地的經(jīng)濟發(fā)展轉(zhuǎn)型；利用光伏農(nóng)業(yè)大棚種植果蔬花卉，有助于引導自治區(qū)內(nèi)、外游客健康綠色生活，促進自治區(qū)的農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

2.3 地理位置優(yōu)勢明顯

廣西壯族自治區(qū)位于我國西部，屬于亞熱帶季風氣候，冬季時間較短，年均日照時數(shù)達1540.4 h，年總太陽輻射量為3682.2～5642.8 MJ/m2，太陽能總儲量為1.03×1015MJ，具有較大的太陽能開發(fā)利用空間。

2.4 光伏農(nóng)業(yè)發(fā)展平臺多

據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2019年年初，廣西壯族自治區(qū)已有農(nóng)業(yè)合作社58690家，工商登記的合作社成員數(shù)達到了634530人。在農(nóng)業(yè)發(fā)展智能化模式的趨勢下，自治區(qū)的農(nóng)業(yè)合作社將成為新型薄膜式光伏農(nóng)業(yè)大棚發(fā)展的奠基石，推動當?shù)剞r(nóng)業(yè)逐步形成高產(chǎn)、科學、低碳、綠色生態(tài)的發(fā)展模式。

2019年中國-東盟博覽會上，全球參展企業(yè)達2780家，廣西壯族自治區(qū)參展的特色農(nóng)產(chǎn)品獨具特色。在中國-東盟博覽會等這種國際性平臺上對當?shù)氐霓r(nóng)產(chǎn)品進行宣傳與推廣，有助于打響當?shù)剞r(nóng)產(chǎn)品的知名度，拉動當?shù)剞r(nóng)業(yè)的發(fā)展，而在智慧農(nóng)業(yè)、綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢下，將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與光伏發(fā)電有機結(jié)合，逐步將自治區(qū)打造成現(xiàn)代化的智慧農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)聚集地，有助于推動自治區(qū)區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展，助力脫貧攻堅工作，形成具有一定特色和示范性的自治區(qū)。

2.5 當前光伏農(nóng)業(yè)大棚發(fā)展的典型案例

近些年，廣西壯族自治區(qū)的光伏農(nóng)業(yè)項目發(fā)展迅速，比如，賀州與中國科學院“霞光工程”合作的“光伏新能源立體農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化”項目、廣西農(nóng)墾國有明陽農(nóng)場140 MWp農(nóng)業(yè)光伏大棚項目、位于博白林場的投資5億元的60 MWp光伏農(nóng)業(yè)科技大棚、國家開發(fā)銀行廣西分行與廣西玉柴新能源有限公司共同推進的“桂平農(nóng)光互補”項目等相繼建成。在廣西壯族自治區(qū)2019年第一批自治區(qū)層面統(tǒng)籌推進的重大項目建設實施方案的續(xù)建任務中，光伏項目包括博白林場60 MWp農(nóng)業(yè)光伏大棚項目及柳江縣巖沖現(xiàn)代循環(huán)農(nóng)業(yè)示范區(qū)一期(核心示范區(qū))項目均已列入竣工投產(chǎn)項目。上述光伏項目充分證明了光伏農(nóng)業(yè)大棚在廣西壯族自治區(qū)的應用得到了政府層面的高度重視，尤其是“光伏新能源立體農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化”項目，其在保持蔬菜大棚原有特色的基礎上，充分發(fā)揮了薄膜光伏組件的發(fā)電優(yōu)勢與物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)優(yōu)勢，有效控制了大棚內(nèi)作物的生產(chǎn)周期，提升了作物產(chǎn)量。

今后，隨著薄膜光伏發(fā)電技術(shù)的逐步成熟[11]，結(jié)合農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)農(nóng)產(chǎn)品的生長特性，將適合農(nóng)產(chǎn)品成長的太陽光波段透過光伏組件供給棚內(nèi)農(nóng)產(chǎn)品進行光合作用，其他的太陽光波段則用于發(fā)電，實現(xiàn)薄膜式光伏農(nóng)業(yè)大棚“農(nóng)業(yè)”和“發(fā)電”雙豐收。這一形式具有廣闊的發(fā)展前景，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化逐步從“傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)”邁向“新時代農(nóng)業(yè)”。

3 結(jié)論

在新時代的農(nóng)業(yè)發(fā)展模式下，將農(nóng)業(yè)大棚與光伏發(fā)電技術(shù)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合有助于農(nóng)業(yè)向機械化、規(guī)模化和智能化發(fā)展。本文從技術(shù)、政策、地理位置、光伏農(nóng)業(yè)發(fā)展平臺、光伏農(nóng)業(yè)大棚發(fā)展典型案例幾方面對新型薄膜式光伏農(nóng)業(yè)大棚在廣西壯族自治區(qū)應用的可行性進行了分析。該形式集成了薄膜光伏發(fā)電及水肥一體化智能管控等生產(chǎn)環(huán)節(jié)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)的環(huán)保、高效、智能化生產(chǎn)，實現(xiàn)了經(jīng)濟效益和生態(tài)效益雙豐收，符合我國對智慧農(nóng)業(yè)、綠色農(nóng)業(yè)的發(fā)展政策。