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三种典型光伏大棚投资效益比较

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2018/2/23     浏览次数:    
信息来源:北极星太阳能光伏网

 

       针对我国大面积推行的光伏扶贫中遇到的土地问题,国家鼓励光伏扶贫与设施农业发展相结合,但传统设施农业出于经济性考虑不能直接满足光伏安装要求,为此本文对比了敞开式、连栋温室与日光温?#19994;?#20809;伏布置方式,并进行了单位耕地面积的光伏发电量比较,最后完成了典型光伏大棚的投资效益分析,为进一步开展与设施农业相结?#31995;?#20809;伏大棚设计提供了参?#23478;?#25454;。

        随着我国光伏扶贫工程的大面积推广,农村地区配电网逐步出现了无法就地消纳光伏电量的问题,大量光伏电量通过农村地区较为薄弱的配电网?#27492;?#33267;电网主网,对电网的网损和投资改造成本造成较大影响,为此国务院在“十三五扶贫规划”中提出农村分布式电源应与设施农业协调发展的?#36739;潁?#36890;过设施农业用能与分布式电源供电相结合,负荷与电源同步发展,实现分布式电源与设施农业协调发展,并增强光伏发电效益,为现代农业发展提供能源支撑。

典型光伏大棚光伏布置方式
        光伏大棚是在温?#19968;?#28201;室周围布置光伏发电设备,从而达到农业生产与光伏发电同步进行,设施农业用能与光伏供电互补运行,但在具体布置形式上具有多种方案。较为常见的为玻璃温室、日光温室与敞开式3种方式。
1.玻璃温室型光伏大棚
        玻璃温室在观光农业应用较多,结构较为坚固,通过与无边框晶硅组件或薄膜组件的结合可有效开展光伏发电,但需要根据光伏发电调整朝向。同时要考虑光伏发电效益,不应再采用外遮阳机构。主要布置形式如图1所示。

2.日光温室型光伏大棚
        日光温室是我国最为常见的设施农业载体,在结构上有着较大差别,包括竹竿骨架、焊管骨架及冷弯骨架。前两者一般不适合用作光伏发电,在安装光伏组件后所增加的风荷影响温?#19994;?#32467;构强度,一般采用冷弯结构。
        为了避免对光伏组件的遮?#29627;?#19968;般安置于后墙,如图2(a)所示。对于该种方式布置的光伏大棚棚内作物采光不存在影响,从安装来看,可充分利用后墙通道或后墙脚手架,安装简便易于保证工程质量。该种方式由于具有后墙维护通道,清扫和外观检查较为便捷,维护成本低。
        在光伏大棚?#23548;?#20013;,该种方式还可用于种植菌类、有机蔬菜或育苗等方面,由于该类种植不需要较强的阳光,一次前坡可将薄膜或阳光板替换为无边框组件,提高发电收益,在内部配置补光设备保证作物正常生长。该种布置方式如图2(b)所示。

3.敞开式光伏设施农业
        敞开式光伏设施农业从农?#21040;?#24230;?#35789;?#19968;般光伏阵列与大田种植相结?#31995;?#20135;物,该种方式可用于种植低矮的作物,如绿叶蔬菜、苗木或茶树等,该种方式最有利于光伏组件布置,无需温?#19994;?#25511;,但该种方式不具备或较少具备光伏发电的消纳能力,重点是保证发电效益,在未来面对高渗透率的农村配网不具备竞争力,其布置示意图如图3所示。

单位面积光伏发电量比较
        针对3种光伏设施农业形式,玻璃温?#19994;?#23627;顶面积利用最为充分,发电效益最为显著,而敞开式次之,日光温室最低。
1.玻璃温室型光伏大棚
        该类温?#19994;?#20809;伏组件被布置于屋顶,鉴于原有的采光考虑,可不调整顶部倾角,直接布置组件,不会产生倾角对发电量的影响,但需要注意朝向,设计中要求组件正南朝向。该类方式由于日光温室高度,无需考虑前方遮?#29627;?#38754;积利用?#39318;?#20026;充分,?#31185;?#31859;在65~95Wp之间,随着纬度而有所变化。
2.日光温室型光伏大棚
        日光温室具有两种形式,在利用后墙方式情况下,?#31185;?#31859;温?#19994;?#20809;伏装机为40Wp,考虑到日光温室前后的间距,?#23548;?#20809;伏装机约为?#31185;?#31859;为20Wp,而如种植菌类采?#20204;?#22369;布置光伏组件,?#31185;?br />         米温?#19994;?#20809;伏装机为200Wp,考虑到日光温室前后的间距,?#23548;?#20809;伏装机约为?#31185;?#31859;为100Wp。
3.敞开式光伏设施农业
        该种方式类似于玻璃温室型光伏大棚,前后两排考虑遮挡因素,并考虑不同纬度下对前后间距的影响,?#31185;矯咨?#26045;的光伏装机在75~125Wp/m2。
        通过发电量比较可知,以上3种光伏与农?#21040;岷系?#26041;式,敞开式的发电效益最好,对比情况见表1。


投资效益分析
        光伏与农?#21040;岷系?#25237;资效益包括发电设备投入、光伏发电效益、设施农业投资成本与农业种植收益4部分,其中光伏收益比较固定,其效益主要取决于单位面积的光伏装机,装机容量越大,发电效益越大,而农业投资效益主要取决于温室类型和种植作物类型。
        本文以华北地区为例,考虑土地面积10亩,综合对比不同形式光伏与设施农业相结?#31995;?#25237;资效益。光伏收益在屋顶电价在1.05元/kW˙h水平上?#35789;?#30410;0.2元/kW˙h计算。三类光伏与设施农?#21040;?#21512;方式共有4种实施方式,4种方式的比较见表2,农业产出来自4种环境下都能生长的叶菜,如生菜、油菜、鸡毛菜等,表2中?#23548;?#36873;用生菜。


       光伏装机容量按表1中的?#31185;?#31859;装机容量与土地面积相乘得到,土地面积折合6667m2。
        年发电收益B由式(1)计算得到



       式中,S为装机容量;T为年发电小时数,本例中取1200h;p为度电收益;此处按0.2元/kW˙h计算。
        玻璃温室?#31185;?#31859;投资为750元,日光(后坡)温室?#31185;?#31859;投资为350元,日光(前坡)温室?#31185;?#31859;投资为550元,敞开式?#31185;?#31859;投资为100元。
        农业收入以生菜为例,市场?#23637;?#20215;格为4元/kg,温室可保证四季生长,敞开式为1年2季,但由于光伏组件遮?#29627;?#20165;有50%面积可用。
        综合比较开看,玻璃温室高投入高产出,但考虑到冬季供暖增加成本显著,不宜推广,而日光温室投入产出效益?#25163;校?#36866;合大范围推广,可根据市场情况选择后墙或前坡布置方式。敞开式虽然发电效益显著,但农业收入较低,考虑?#36739;募境?#33609;成本,不建议大面积推广。
 结论


       本文针对玻璃温室、日光温室及敞开式3种形式的光伏与农业相结合方式进行了比较分析,3种方式中玻璃温?#19994;?#21457;电效益最高,但玻璃温?#19994;?#24314;设投资较大,冬季供暖需求大,投入产出比不高,而敞开式光伏农业形式农业产出较低,对更低利用不充分。综合来看,日光温室在光伏发电与农业收益方面能够较好结合,是目前最有前景的发展形式。





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