太陽能光伏大棚溫室是一種新型的溫室，是在溫室的部分或全部向陽面上鋪設光伏太陽能發電裝置的溫室，它既具有發電能力，又能為一些作物或食用菌提供適宜的生長環境。經過大約5 年時間的研究和推廣，此類溫室在山東、浙江等地已有少量在生產上應用，更多的地區則正計劃應用此類大棚溫室。鑒于人們對其認識存在一些偏差，甚至錯誤的規劃、建造和使用，在此，筆者談談個人的看法，希望能給大家提供一些參考。

　　1　太陽能光伏大棚溫室的種類

1.1　按照結構分類

　　光伏太陽能溫室有兩種類型，一種類似于傳統的日光溫室，帶有保溫性能良好的墻體，在采光面上安裝有光伏太陽能電池板，稱為光伏太陽能日光溫室（圖1）；另一種類似于傳統的連棟溫室，屋頂向陽面安裝有光伏太陽能電池板，墻體透明，以薄膜、玻璃或陽光板為墻體材料，保溫性較差，稱為光伏太陽能連棟溫室（圖2）。對于大多數地區而言，鑒于發電與植物生長的矛盾，光伏太陽能溫室適合在夏季強光月份應用，而不適合在冬季弱光月份用，也就是說在低溫季節不能既發電又進行農業生產。故而在大多數情況下，只適宜建造光伏太陽能連棟溫室。但在西藏、青海等地白天光照強、夜間溫度低的特殊條件下，更適于設計建造光伏太陽能日光溫室。

圖1　光伏太陽能日光溫室

圖2　光伏太陽能連棟溫室

　　1.2　按照遮光程度分類

　　光伏太陽能溫室有全遮光型和部分遮光型兩種類型。全遮光型多為日光溫室結構類型，溫室內幾乎沒有光照，溫度變化較為平衡，適合種植食用菌類產品。部分遮光型包括全部的太陽能連棟溫室和一些光伏太陽能日光溫室。其光伏太陽能電池板的排列差異較大，從遮光面積比例來看，20% ～ 80% 不等。在光伏太陽能日光溫室上，電池板在采光面后部排列較多，而前部相對較少或沒有，遮光帶更多的分布在后墻上，這樣更有利于植物生長；在光伏太陽能連棟溫室上，電池板一般在每個屋頂的向陽面上，而背陽面沒有，電池板塊之間呈馬賽克狀排列。較先進的電池板本身就呈馬賽克狀（圖3），較先進的玻璃或薄膜具有散射光特點，這兩點都能使溫室內的光照變得相對均勻一些，甚至接近或達到無影效果，以利于溫室內植物生長。具有一定透光率的薄膜電池也具有同樣的效果。

圖3　電池板光伏電池組件（本身呈馬賽克排列）

　　2　光伏太陽能溫室的優點

　　① 溫室表面加裝太陽能電池板，使溫室具有了發電功能，能夠更充分地利用太陽能。

　　② 同一片土地上實現了發電與種植同時進行，節約了土地資源，在很大程度上解決了光伏發電與種植業爭地的矛盾。

　　③ 能夠防風和減少蒸發，可以將蒸發量太大或風沙過大造就的不毛之地變為保護條件下的可耕地。如沙漠地區、西北干旱地區等。

　　④ 實現一室多用，在條件艱苦的地方除了能供電和進行農業生產外，還具有防風、防雨、防雪、防雹、生產淡水、收集降水等更多功能，可以拓展應用到生活、養殖等更多方面。

　　3　光伏太陽能溫室的缺點

　　① 太陽能電池板不可以隨季節變化而拆裝，在光照較少的季節，發電與植物生長爭光，矛盾較大。

　　② 建造成本非常高，回收期較長，不適合小規模的家庭經營。

　　③ 對種植的植物要求較高。一般不適宜種植喜光的植物，尤其是光伏太陽能日光溫室，可以種植一些不太需要高溫強光的葉菜等作物，甚至是一些不需要見光的作物，如食用菌。

　　4　光伏太陽能溫室的應用局限

　　4.1　光照和地域的限制

　　既然光伏太陽能溫室的效益來源是以發電為主，那么就要選在太陽光照充足的地方建設，日照時數越多越好。如果光照不足，則發電與種植爭光的矛盾就會突出。我國海南等北緯30°以南地區，有的區域年日照時數可達2 400 小時以上；西藏等高海拔地區，有的區域年日照時數可以超過3 000 小時；甘肅等西北干旱少雨地區，以河西走廊為代表，日照時數多超過2 700 小時，這些地區適合建設光伏太陽能溫室。越往北的地區寒冷時間越長，對這種溫室的利用效果越差，北緯40°以北地區基本不適合建造使用，而華南和西南多陰雨的地區因日照時數少，光照強度低，也不適合應用。

　　4.2　對溫度和季節的要求

　　光伏太陽能溫室進行農業生產時，對室內溫度有一定要求，一般夜間最低溫度不低于8 ℃。南方地區，可以種植的時間段比較長，甚至可以四季種植，而在北方和高海拔地區，可以種植的時間段比較短，主要適于夏秋季，而冬季和早春利用效果較差。

　　4.3　種植項目的限制

　　因為發電與種植之間存在爭奪光照資源的矛盾，而且種植業在這個系統中居于次要位置，所以，溫室中的種植項目首選那些基本不需要陽光的，如平菇、金針菇、白靈菇、香菇等食用菌品種；其次選擇適合弱光的，如竹蓀等食用菌品種及三七、人參等藥材，而黃瓜、茄子、絲瓜等喜歡強光的植物與發電的矛盾最大，不宜種植。中等喜光的植物如辣椒、西葫蘆、葡萄等，可以在條件較好的溫室里適時種植。

　　5　光伏太陽能溫室的設計要點

　　光伏太陽能溫室在設計上與普通溫室在總體上是相似的，只是有些結構方面需要作出針對性的改變。作為一種發電設施，它與純粹的光伏發電也有所不同，其電池板安放坡度較普通電池板坡度稍小，且多數情況下要求電池組件具有一定的透光率或呈馬賽克排列。

　　5.1　加強承重

　　光伏太陽能溫室的電池板一般較厚重，需要更好的立柱和梁架支撐。

　　5.2　更陡的屋面角

　　日光溫室的屋面角要達到35° 左右，隨地理緯度的升高而增大。連棟溫室要設計有向陽屋面，向陽屋面的屋面角要在35° 左右，前后屋面可以不對稱，原則上前一個背頂一年四季不能遮擋后一個向陽屋面的陽光照射。

　　5.3　選擇合適的電池組件

　　太陽能光伏電池組件有單晶硅、多晶硅、非晶硅等多種不同的材料，同時，又有電池板和薄膜電池之分，還有不透明與半透明的區別。光伏電池的使用壽命多在20 年以上。單晶硅電池在發電效率和使用壽命方面都比較好，但成本較高，因此目前面向溫室開發的電池組件主要是多晶硅和非晶硅的。現在光伏太陽能溫室所用的電池板，多有單層或雙層玻璃保護，總厚度3.0 ～ 6.5 mm。電池板在接受陽光照射時會產生巨大的熱量，在無雹災風險的地區或主要圍繞夏季種植的溫室來說，其前板的厚度可以減小，以利于將這些熱量向外散發；而在主要圍繞冬季種植的溫室上，則應加大前板的厚度、減小背板的厚度，甚至以薄膜取代背板，以便更多地將這些熱量保留在溫室內，充分利用。

5.4　分清主次，確定遮光率

　　光伏太陽能溫室一般首先考慮發電，遮光率越高越合理。在全遮光的光伏太陽能溫室里種植食用菌是光伏發電和農業生產相結合效益最大化的一種模式，這種模式對光能利用率最高，對土地和空間的利用率也最高。青島華盛綠能農業科技有限公司成功實施了全遮光的光伏太陽能溫室架式栽培食用菌模式（圖4），其架式栽培的香菇每667 m2 產量1 萬～ 2 萬kg，在不同保溫性能的溫室里可以種植6 ～ 12 個月。

圖4　全遮光的光伏太陽能溫室與食用菌栽培架

　　當遇到需以種植為主而發電為輔的應用時，要根據作物需要來設計遮光率，這與計劃種植季節及當地日照強度有關。例如：某地計劃夏季種植辣椒，需要最高5 萬lx 的光照，當地夏季日照強度約12 萬lx，那么光伏太陽能溫室的設計遮光率應為60% 左右。同樣是設計為遮光率60%，使用不透明的電池板遮擋60% 的面積遠沒有使用透光率40% 的薄膜電池或馬賽克電池板進行全覆蓋效果好，因為后者可以使溫室內光照均勻，前者則會在溫室內形成一塊塊很大的陰影。

　　6　光伏太陽能溫室的典型應用

　　6.1　偏遠地區一室多用

　　在荒漠、孤島、高山哨所等偏遠艱苦的地方，自然條件不便，甚至幾乎不可能進行農業生產，而光伏太陽能溫室能夠抵御很多自然災害，可以解決淡水、電力、熱力、蔬菜、水果、建筑等很多問題。

　　6.2　高海拔地區使用光伏太陽能日光溫室

　　高海拔地區，白天光照強，夜間溫度低，光伏太陽能溫室恰恰可以白天為植物遮擋過強的光照，夜間為植物提供安全的溫度。建造光伏太陽能日光溫室比光伏太陽能連棟溫室更適合，因為前者的保溫性較好，夜間溫度較高，從而創造更好的植物生長環境，在良好的墻體保溫條件下，生產更多種類的蔬菜。

　　6.3　低緯度地區使用光伏太陽能連棟溫室

　　以海南為典型代表的低緯度地區，日照充足，晝夜溫度都比較高，一年四季的溫度和光照強度變化都較小，建造太陽能連棟溫室比日光溫室更適合，而且比當地現用的塑料大棚更加抗風，可以更好地保護蔬菜生產。

　　7　光伏太陽能溫室的應用誤區

　　7.1　在光伏太陽能溫室中種植喜光植物

　　光伏太陽能溫室發展之初，人們就期望或幻想既不影響種植喜光喜溫的植物，又能多發電，甚至在冬天也能種植喜溫植物，但事實上這是很難的。對于光伏太陽能溫室來說，當遮光率低于50% 時，發電能力較低，投資回收期變得很長。因此，一般的光伏太陽能溫室都設計了較高的遮光率，在這樣的溫室中種植喜光植物，可能達不到預期效果。

　　7.2　將光伏太陽能溫室主要用于冬季種植

　　除非是在低緯度地區，一年四季日照長度變化不大，溫度變化也不太大，可以計劃在冬季使用光太陽能溫室。緯度稍高些，具有明顯四季變化的地方，夏季光照明顯多于冬季，就應當以夏季為主來安排光伏太陽能溫室內的農業生產。這樣，才能減小發電和種植爭光的矛盾，最好地發揮這種溫室的綜合性能，提高整體效益。

　　7.3　在緯度偏高的地區建造光伏太陽能溫室

　　一般來說，緯度在40°以上的地區，其年日照時數偏少，在同樣的規劃建設下，年發電量會較少，同時緯度越高則冬季溫度越低，對溫室中的種植業限制越大。因此，總體上難以設計合理的遮光率和安排合理的種植項目。原來的溫室蔬菜種植區，多集中在北緯30°～ 40°之間，如山東、河北、甘肅、新疆、北京、河南等地，主要是在冬季種植喜溫蔬菜，而光伏太陽能溫室中的光照變少，所以要改變種植季節或種植種類，并安排與光照強度相適應的種植密度。以種植的種類為例，黃瓜、苦瓜等需要較強的光照，而種植辣椒對光強的要求就稍低些，菠菜、芹菜等對光強的要求更低，食用菌類則基本不需要光照，或需要的光照越少越好。

　　7.4　在光照條件較差的地方建造光伏太陽能溫室

　　我國有些地方，雖然緯度不高，但陰天較多，年日照量少，不適合建造光伏太陽能溫室。比較典型的如貴州省，“天無三日晴”的說法與實際情況基本一致，年日照時數僅1300 小時左右。

　　7.5　兩種似是而非的光伏太陽能溫室

　　在現實的設計應用中，有兩種溫室與本文所說的光伏太陽能溫室相似，一種是將太陽能電池板放置在溫室前面的平地上，另一種是將太陽能電池板放置在日光溫室寬大的后墻頂上。這兩種溫室只是把電池板與溫室簡單的放置在一起，并沒有緊密的結合，因此，它不具備本文所說的光伏太陽能溫室的優點，也不存在所述的缺點。至于如何設計和使用這兩種溫室，并不能參考本文的說法。