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編者按：溫室生產(chǎn)對能源的依賴很大，尤其是對室內(nèi)小氣候的調(diào)控，往往需要大量的能源消耗，而近年來石油、煤炭等傳統(tǒng)能源日益緊缺，價格持續(xù)上升，同時，環(huán)保的壓力也與日俱增，太陽能作為一種可再生能源，如今得到了前所未有的重視。

太陽能利用方式主要有發(fā)電與集熱兩種。從能源角度區(qū)分，溫室中太陽能應(yīng)用模式主要有兩種，一是發(fā)電及電能的綜合利用，二是集熱及熱能的綜合利用。前者是采用太陽能發(fā)電設(shè)備進(jìn)行發(fā)電，并將電能儲存或并網(wǎng)，然后加以利用。后者是以太陽能集熱管或其他設(shè)備為吸熱體，直接吸收太陽能作為熱能，以相變蓄熱或顯熱蓄熱的方式進(jìn)行儲存，當(dāng)溫室需要加溫時再加以利用。

太陽能發(fā)電技術(shù)
用電是溫室能耗的重要內(nèi)容，各類環(huán)境調(diào)控設(shè)備、生產(chǎn)設(shè)施與裝備、灌溉設(shè)備等，都需要電力驅(qū)動，尤其是一些采用新型技術(shù)的溫室，如地源熱泵加溫的溫室，冬季用電量極大，成為溫室生產(chǎn)者主要的成本負(fù)擔(dān)。太陽能發(fā)電技術(shù)本身已是一種成熟的技術(shù)，在設(shè)備元件與系統(tǒng)工程集成方面均已應(yīng)用多年，因此在溫室所在園區(qū)及溫室本身配置太陽能發(fā)電系統(tǒng)，供應(yīng)溫室甚至園區(qū)其他建筑使用，是一種行之有效的方式。近兩三年適宜于溫室的太陽能發(fā)電集成設(shè)備層出不窮，以發(fā)電板安裝方式進(jìn)行分類，目前已經(jīng)趨于成熟并投入應(yīng)用的主要有三種：一是鑲嵌式太陽能發(fā)電系統(tǒng)，二是獨(dú)立式太陽能發(fā)電系統(tǒng)，三是分離式太陽能發(fā)電系統(tǒng)。

鑲嵌式太陽能發(fā)電系統(tǒng)是將太陽能光伏電板鑲嵌于溫室覆蓋系統(tǒng)中形成發(fā)電單元，但該方式中太陽能電板無法進(jìn)行角度跟蹤，當(dāng)太陽入射角發(fā)生變化時，往往無法達(dá)到能量采集最大化，發(fā)電效率受到一定影響。獨(dú)立式太陽能發(fā)電系統(tǒng)是將光伏電板獨(dú)立安裝在溫室屋面，以相對獨(dú)立的構(gòu)件進(jìn)行支撐的一種方式。該方式可實(shí)現(xiàn)電板對太陽照射角度的單軸或多軸跟蹤，從而提高發(fā)電效率。分離式太陽能發(fā)電系統(tǒng)，是在溫室以外的空地上，將太陽能發(fā)電組件與溫室分離布置，該方式技術(shù)簡單、造價較低，但會造成土地浪費(fèi)。

采用鑲嵌式和獨(dú)立式發(fā)電系統(tǒng)時，光伏發(fā)電板將遮擋部分光照進(jìn)入溫室內(nèi)，會導(dǎo)致室內(nèi)光照的損失。具體采用何種發(fā)電系統(tǒng)要根據(jù)生產(chǎn)者實(shí)際情況而定。首先要針對溫室種植作物的光照需求進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算與分析，在滿足植物生長的光照條件下，確定合理的光伏電板面積。其次是光伏電板應(yīng)沿南北走向布置，以避免在室內(nèi)形成固定陰影帶，導(dǎo)致室內(nèi)有效種植面積的損失。同時，盡量將發(fā)電板布置于操作或通道區(qū)域。

存在的問題
太陽能發(fā)電系統(tǒng)與溫室相結(jié)合時，要求其在發(fā)電同時還不能影響溫室生產(chǎn)，同時，溫室本身用電量有限，存在落差很大的波峰與波谷，這使系統(tǒng)面臨新的問題。

1.發(fā)電量與植物光照的矛盾問題。無論如何合理考慮植物生長的光照需求，發(fā)電量最大化與植物生長環(huán)境最優(yōu)化之間都存在矛盾。發(fā)電量越大、遮光越多，進(jìn)入室內(nèi)用于植物生長的光量越少。同時，由于氣候與季節(jié)變化的原因，在陰天或冬季室內(nèi)光照本身已不足時，發(fā)電板對采光的影響便越發(fā)明顯，因此太陽能發(fā)電系統(tǒng)并非適用于所有溫室，關(guān)鍵取決于溫室所在地區(qū)的光資源情況，以及種植作物的環(huán)境需求。即使在適宜的地區(qū)，也需要進(jìn)行科學(xué)的光環(huán)境評價，取得發(fā)電量與溫室采光量的最佳平衡。

2.電能的儲存與利用問題。溫室用電極不均衡，且大多數(shù)用電設(shè)備運(yùn)行時間短暫，從而帶來了電能儲存與利用的問題。目前常見的利用方式有蓄電池儲存電能與區(qū)域內(nèi)并網(wǎng)兩種。蓄電池使用壽命短，四到五年就需更換，造成使用成本過高，得不償失。而并網(wǎng)方式則又因防逆流的要求，導(dǎo)致溫室或整個園區(qū)用電量較小時無法采用太陽能供電，僅能采用市政供電。通常情況下，兩種方式需要結(jié)合使用，并在建設(shè)前期針對溫室及園區(qū)的用電情況，對供電系統(tǒng)進(jìn)行因地置宜的設(shè)計(jì)。

技術(shù)發(fā)展趨勢
雖然溫室太陽能發(fā)電與綜合利用技術(shù)創(chuàng)新、應(yīng)用與問題并存，但在能源趨緊、溫室種植競爭加劇的前提下，適宜于溫室的太陽能發(fā)電系統(tǒng)集成研究與設(shè)備研究將持續(xù)加強(qiáng)，將有越來越多的集成系統(tǒng)與設(shè)備產(chǎn)品供溫室生產(chǎn)者選擇。個人認(rèn)為將集中于四個方面：一是適宜于溫室的太陽能發(fā)電板，甚至是可調(diào)節(jié)透光率的發(fā)電板或發(fā)電膜等主要材料與設(shè)備的研究與開發(fā)，二是基于溫室太陽能系統(tǒng)集成結(jié)構(gòu)與配件的研究與開發(fā)，三是以太陽能系統(tǒng)綜合應(yīng)用為目標(biāo)的專用控制設(shè)備與控制軟件的研究與開發(fā)，四是基于太陽能系統(tǒng)的光環(huán)境評價理論研究。

太陽能發(fā)電技術(shù)在溫室中的應(yīng)用正日益擴(kuò)大，在保證種植生產(chǎn)效果的同時，充分利用到太陽能這一取之不盡的可再生能源，無論是對溫室園藝產(chǎn)業(yè)，還是對全人類的生存環(huán)境，都具有重要的意義，值得大力研究和推廣。


原標(biāo)題：“溫室”中的太陽能應(yīng)用