太阳能光伏智慧技术在蔬菜大棚中应用

前言：本站为你精心整理了太阳能光伏智慧技术在蔬菜大棚中应用范文，希望能为你的创作提供参考价值，我们的客服老师可以帮助你提供个性化的参考范文，欢迎咨询。

摘要：设施农业智慧技术是农业现代化的重要发展方向，在2021年碳达峰、碳中和战略下，太阳能光伏智慧技术将会在蔬菜大棚中有着更为广泛的应用。为推动智慧农业发展，降低能源消耗，提高蔬菜品质，对太阳能光伏智慧技术在蔬菜大棚中的应用进行探讨十分必要。

关键词：太阳能；光伏；智慧技术；蔬菜大棚

太阳每秒投射到地球的能量相当于59亿千克煤燃烧的总能量，我国陆地表面接受的太阳能总量每年可达到50×1018kJ，相当于上万个三峡大坝的发电总量，应用潜力非常巨大。将太阳能光伏智慧技术应用于大棚蔬菜种植，利用光伏设备引入水肥一体化等智能控制设备，在节约能耗的同时，提供照明、灌溉、取暖等能源，控制蔬菜的生长条件，实现农业现代化[1]。

1光伏大棚种类的选择

1.1薄膜式大棚

在蔬菜大棚上铺满半透光的薄膜光伏组件，仅能投射蔬菜生长所需要的光照，剩余光照用于发电。能够对进入大棚的太阳光进行选择，使光谱与蔬菜的生长光谱相适应，既可实现光伏发电，又可兼顾蔬菜生长，一般作为首选方案，这是因为自然光中对植物生长有影响作用的光只有约10%，即660nm的红光和450nm的蓝光，与叶绿体的吸收波长相吻合[2]。蓝光透过膜后波长范围与叶绿素吸收光谱一致，远红光截止膜透过波长小于720mm，以上作为大棚薄膜的选择依据。

1.2光伏房大棚

一般采用光伏顶的四周透明玻璃阳光房，蔬菜大棚内会出现随着阳光照射屋顶角度不同不断变化的阴影，蔬菜吸收的光照也就不同。光伏房大棚也可以通过调整遮光面积来适应不同的作物栽培，如全遮光型温室适用于食用菌栽培。蔬菜大棚内的太阳光具有南北梯度变化的特点，为解决这一问题，可以对屋顶的遮光板进行调节。

1.3叠加式大棚

因受到成本的制约，一般种植户都不愿意引入光伏设备，这时叠加式简易大棚的经济优势就彰显出来了。叠加式大棚是在棚顶架设光伏组件，其结构较为简单，成本低。缺点是与物联网设备连接的能力较差。

2跨季节蓄热储能技术的应用

2.1应用储热技术

在水资源丰富的地区可采用水蓄热方式，条件允许的话可采用埋管蓄热方式。此外还可以采用水-砾石蓄热和含水层蓄热方式。由于成本低，蓄热性好，一般采用水蓄热方式，利用太阳能和地热能互补，提高太阳能系统的稳定性。在大棚地下埋入隔热保温板，连接地下储水箱、散热器和地埋管散热器，埋深0.5m左右，与集热器系统相连接。集热器面积与水箱有效容积比例为1∶4，与散热器、散热管的面积比例为20∶15∶18。系统的贮热运行为自动控制，当测温点温度达到预定值，则系统切换到储能装置。

2.2应用储能技术

2021年国家储能战略的提出，为大棚储能系统的建设提供了良好的契机。大棚光伏储能系统可以村为单位，安装储能逆变器和各类储能设备，多余电能并入本地电网，以满足跨季节电能使用需求。

2.3联合热泵的方式

联合热泵的方式，即构建太阳能联合热泵供暖系统。利用55℃的水循环管道供暖，采用自动控制方式，当水温低于50℃时，启动热泵加热到55℃，在冬季辐射不足时，热泵自动加温。热泵系统距离地面1.3m时效果最佳。

3光伏灌溉技术的应用

3.1光伏滴灌技术

采用控制逆变器连接光伏直流水泵，全自动控制，系统可以根据不同作物的需水量调整滴灌流量，如300m2甘蔗园的滴灌系统可以设计为5条毛管共1000个滴头，平均流量为0.88L/h，总流量为880L，相当于降雨强度3mm。在瓜类和茄果类蔬菜种植中，滴灌量要相对减少。实践证明，光伏滴灌技术能够大幅节约能源和水资源，提高农作物灌溉效率，有效解决蔬菜大棚缺水的问题。

3.2光伏节能泵技术将光伏节能泵技术与水肥一体化技术结合起来，通过管道供水供肥。为解决间歇性大的问题，可将节能泵连入储能系统，采用PLC系统进行控制。光伏节能泵还可以和雨水收集系统结合，在雨水流动过程中实现自发电，提升能源利用效率。

3.3雨水收集技术

将光伏蔬菜大棚和雨水利用技术结合起来，温室大棚的顶面由斜坡式顶部和弧形顶部组成，两个温室大棚的弧形顶部相邻，在大棚之间放置集雨槽，实现雨水的回收利用[3]。

4光伏智慧控制技术的应用

4.1智慧农业监测技术的应用

使用物联网设备对蔬菜生长环境进行监测，记录蔬菜生长的历史数据，调节光照、温湿度等生长条件。在原有透光、保温、供电的基础上和物联网技术结合，控制蔬菜生长周期，以红光为主，适当补充蓝光，能够提升植株的生物量和产量。

4.2广泛应用新技术

使用光学分光膜技术反射特定光谱，分离红蓝光；使用槽型跟踪系统的槽形抛物面反射器收集太阳能实现光电转换；应用新型抛物线玻璃改进聚光集热技术；采用先进的光学传感器提升自动化控制水平；使用光合作用有效辐射照传感器对蔬菜进行在线监测，调控生长配方。

4.3温度调节

大多数蔬菜日间和夜间适宜的生长温度分别为20～30℃和14～18℃。通过光伏智慧系统对蔬菜的温、光、水、气和肥等环境参数进行调节，能够有效提高蔬菜品质，产量可比半促成栽培提高1倍以上。

4.4光伏板覆盖方式调节

对大棚番茄栽培的研究显示，对南向屋顶进行全覆盖，整个大棚覆盖50%光伏板的情况下，温室内太阳辐射会降低64%。采用GGR算法显示，塑料覆盖层高度每增加2m，温室内累积总辐射会增加14%，而光伏覆盖率达到50%时，其积累辐射量会减少17%。智能控制系统还可以对蔬菜大棚的光伏板角度和覆盖率方面进行调节，连接温度、湿度、二氧化碳含量等控制系统，提升光伏利用率的同时，可更好地促进大棚蔬菜的生长。

4.5做好实验数据监测

要利用光伏智慧控制技术，对蔬菜种植的数据进行检测。根据生菜种植的实验显示，采用红蓝光透过膜叶绿素指数较高，类黄酮指数和花青素指数也有所提升。其蛋白质含量相对较高，可溶糖含量相对较低，维生素C的含量也有所提高，因此，要提高红蓝光透膜的使用率。

5总结

实践证明，采用太阳能光伏智慧技术，可提高蔬菜的品质，提升农业种植技术水平，节约大量能源，降低成本，提高水资源利用率，具有一定推广价值。

作者:王立平 单位:山东省莱西市水集街道办事处