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摘要：設施農(nóng)業(yè)智慧技術是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要發(fā)展方向，在2021年碳達峰、碳中和戰(zhàn)略下，太陽能光伏智慧技術將會在蔬菜大棚中有著更為廣泛的應用。為推動智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展，降低能源消耗，提高蔬菜品質，對太陽能光伏智慧技術在蔬菜大棚中的應用進行探討十分必要。

關鍵詞：太陽能；光伏；智慧技術；蔬菜大棚

太陽每秒投射到地球的能量相當于59億千克煤燃燒的總能量，我國陸地表面接受的太陽能總量每年可達到50×1018kJ，相當于上萬個三峽大壩的發(fā)電總量，應用潛力非常巨大。將太陽能光伏智慧技術應用于大棚蔬菜種植，利用光伏設備引入水肥一體化等智能控制設備，在節(jié)約能耗的同時，提供照明、灌溉、取暖等能源，控制蔬菜的生長條件，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化[1]。

1光伏大棚種類的選擇

1.1薄膜式大棚

在蔬菜大棚上鋪滿半透光的薄膜光伏組件，僅能投射蔬菜生長所需要的光照，剩余光照用于發(fā)電。能夠對進入大棚的太陽光進行選擇，使光譜與蔬菜的生長光譜相適應，既可實現(xiàn)光伏發(fā)電，又可兼顧蔬菜生長，一般作為首選方案，這是因為自然光中對植物生長有影響作用的光只有約10%，即660nm的紅光和450nm的藍光，與葉綠體的吸收波長相吻合[2]。藍光透過膜后波長范圍與葉綠素吸收光譜一致，遠紅光截止膜透過波長小于720mm，以上作為大棚薄膜的選擇依據(jù)。

1.2光伏房大棚

一般采用光伏頂?shù)乃闹芡该鞑Ａш柟夥?，蔬菜大棚內會出現(xiàn)隨著陽光照射屋頂角度不同不斷變化的陰影，蔬菜吸收的光照也就不同。光伏房大棚也可以通過調整遮光面積來適應不同的作物栽培，如全遮光型溫室適用于食用菌栽培。蔬菜大棚內的太陽光具有南北梯度變化的特點，為解決這一問題，可以對屋頂?shù)恼诠獍暹M行調節(jié)。

1.3疊加式大棚

因受到成本的制約，一般種植戶都不愿意引入光伏設備，這時疊加式簡易大棚的經(jīng)濟優(yōu)勢就彰顯出來了。疊加式大棚是在棚頂架設光伏組件，其結構較為簡單，成本低。缺點是與物聯(lián)網(wǎng)設備連接的能力較差。

2跨季節(jié)蓄熱儲能技術的應用

2.1應用儲熱技術

在水資源豐富的地區(qū)可采用水蓄熱方式，條件允許的話可采用埋管蓄熱方式。此外還可以采用水-礫石蓄熱和含水層蓄熱方式。由于成本低，蓄熱性好，一般采用水蓄熱方式，利用太陽能和地熱能互補，提高太陽能系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在大棚地下埋入隔熱保溫板，連接地下儲水箱、散熱器和地埋管散熱器，埋深0.5m左右，與集熱器系統(tǒng)相連接。集熱器面積與水箱有效容積比例為1∶4，與散熱器、散熱管的面積比例為20∶15∶18。系統(tǒng)的貯熱運行為自動控制，當測溫點溫度達到預定值，則系統(tǒng)切換到儲能裝置。

2.2應用儲能技術

2021年國家儲能戰(zhàn)略的提出，為大棚儲能系統(tǒng)的建設提供了良好的契機。大棚光伏儲能系統(tǒng)可以村為單位，安裝儲能逆變器和各類儲能設備，多余電能并入本地電網(wǎng)，以滿足跨季節(jié)電能使用需求。

2.3聯(lián)合熱泵的方式

聯(lián)合熱泵的方式，即構建太陽能聯(lián)合熱泵供暖系統(tǒng)。利用55℃的水循環(huán)管道供暖，采用自動控制方式，當水溫低于50℃時，啟動熱泵加熱到55℃，在冬季輻射不足時，熱泵自動加溫。熱泵系統(tǒng)距離地面1.3m時效果最佳。

3光伏灌溉技術的應用

3.1光伏滴灌技術

采用控制逆變器連接光伏直流水泵，全自動控制，系統(tǒng)可以根據(jù)不同作物的需水量調整滴灌流量，如300m2甘蔗園的滴灌系統(tǒng)可以設計為5條毛管共1000個滴頭，平均流量為0.88L/h，總流量為880L，相當于降雨強度3mm。在瓜類和茄果類蔬菜種植中，滴灌量要相對減少。實踐證明，光伏滴灌技術能夠大幅節(jié)約能源和水資源，提高農(nóng)作物灌溉效率，有效解決蔬菜大棚缺水的問題。

3.2光伏節(jié)能泵技術將光伏節(jié)能泵技術與水肥一體化技術結合起來，通過管道供水供肥。為解決間歇性大的問題，可將節(jié)能泵連入儲能系統(tǒng)，采用PLC系統(tǒng)進行控制。光伏節(jié)能泵還可以和雨水收集系統(tǒng)結合，在雨水流動過程中實現(xiàn)自發(fā)電，提升能源利用效率。

3.3雨水收集技術

將光伏蔬菜大棚和雨水利用技術結合起來，溫室大棚的頂面由斜坡式頂部和弧形頂部組成，兩個溫室大棚的弧形頂部相鄰，在大棚之間放置集雨槽，實現(xiàn)雨水的回收利用[3]。

4光伏智慧控制技術的應用

4.1智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)測技術的應用

使用物聯(lián)網(wǎng)設備對蔬菜生長環(huán)境進行監(jiān)測，記錄蔬菜生長的歷史數(shù)據(jù)，調節(jié)光照、溫濕度等生長條件。在原有透光、保溫、供電的基礎上和物聯(lián)網(wǎng)技術結合，控制蔬菜生長周期，以紅光為主，適當補充藍光，能夠提升植株的生物量和產(chǎn)量。

4.2廣泛應用新技術

使用光學分光膜技術反射特定光譜，分離紅藍光；使用槽型跟蹤系統(tǒng)的槽形拋物面反射器收集太陽能實現(xiàn)光電轉換；應用新型拋物線玻璃改進聚光集熱技術；采用先進的光學傳感器提升自動化控制水平；使用光合作用有效輻射照傳感器對蔬菜進行在線監(jiān)測，調控生長配方。

4.3溫度調節(jié)

大多數(shù)蔬菜日間和夜間適宜的生長溫度分別為20～30℃和14～18℃。通過光伏智慧系統(tǒng)對蔬菜的溫、光、水、氣和肥等環(huán)境參數(shù)進行調節(jié)，能夠有效提高蔬菜品質，產(chǎn)量可比半促成栽培提高1倍以上。

4.4光伏板覆蓋方式調節(jié)

對大棚番茄栽培的研究顯示，對南向屋頂進行全覆蓋，整個大棚覆蓋50%光伏板的情況下，溫室內太陽輻射會降低64%。采用GGR算法顯示，塑料覆蓋層高度每增加2m，溫室內累積總輻射會增加14%，而光伏覆蓋率達到50%時，其積累輻射量會減少17%。智能控制系統(tǒng)還可以對蔬菜大棚的光伏板角度和覆蓋率方面進行調節(jié)，連接溫度、濕度、二氧化碳含量等控制系統(tǒng)，提升光伏利用率的同時，可更好地促進大棚蔬菜的生長。

4.5做好實驗數(shù)據(jù)監(jiān)測

要利用光伏智慧控制技術，對蔬菜種植的數(shù)據(jù)進行檢測。根據(jù)生菜種植的實驗顯示，采用紅藍光透過膜葉綠素指數(shù)較高，類黃酮指數(shù)和花青素指數(shù)也有所提升。其蛋白質含量相對較高，可溶糖含量相對較低，維生素C的含量也有所提高，因此，要提高紅藍光透膜的使用率。

5總結

實踐證明，采用太陽能光伏智慧技術，可提高蔬菜的品質，提升農(nóng)業(yè)種植技術水平，節(jié)約大量能源，降低成本，提高水資源利用率，具有一定推廣價值。

作者:王立平 單位:山東省萊西市水集街道辦事處