評估：幾種光伏發電在現代農業中的應用類型與經濟成本

文/郎朗

可再生能源與現代農業可以成功的結合，這在我國很多地區已有不少成功的應用案例。眾所周知的是，可再生能源具備可持續性，在任何地方使用太陽能都是免費的且無限量的。從過去10 年來看，作為可再生能源中的重要組成—太陽能，帶來了許多新型的應用，特別是在農業分布量大、日照資源較為豐富的地區。本文側重于研究當前太陽能在農業領域的應用及發展，如光伏農田，太陽能水泵系統，太陽能溫室，太陽能灌溉系統，太陽能水加熱和太陽能干燥機的基本工作情況和經濟成本參數。

背景介紹

能源生產定義了國家的經濟，人類從200 年開始主要依靠化石能源，如煤，石油和天然氣。但是帶來能源供給的同時，它的缺點更多，首先它在自然界和環境中是不可再生的，其次是化石燃料和生產燃料所產生二氧化碳和一氧化碳氣體，進一步促進上升地球的溫度，并導致全球變暖。許多國家，已采取措施應對氣候變化，我國也加入了蒙特利爾協議?？沙掷m發展是符合我國基本國情的，主要體現在三個主要方面，環境，社會和經濟。中國已投資2000億美元可再生能源行業，領先于全球絕大多數國家。

光伏電池于1954 年在美國貝爾實驗室發明。光伏系統的最小單元是太陽能電池，它們彼此相連并且有一層用于產生直流電的半導體材料暴露在陽光下。首先，可以以各種方式制造光伏電池，有聚光式和平板式。平板式光伏電池也稱為PV 板，典型的太陽能PV 板具有平均壽命25 至30 年。

太陽能溫室

溫室是現代農業中使用較多的一種農業形式，既可以種植質量更好的植物，又能種植反季節的蔬菜和水果。世界上第一個日光溫室是在1970 年代石油危機期間開發的。其結構通常是定向向南，以最大限度地吸收太陽能熱量。太陽能能量可以在溫室中以3 種方式使用；首先是較傳統的類型，它使用來自太陽輻射的熱能，第二種是使用傳遞熱流體的活動型，第三種是利用PV電池，將太陽的輻射轉換為電。第三種類型又可稱為光伏農業大棚，要建成一個200平米的溫室大約需要3-5萬元，可持續使用25 年。該結構旨在最大限度地利用太陽能，在完全封閉的溫室，沒有通風窗戶，需將多余的熱量排出時，又可利用太陽能產生的電能驅動排風系統和冷卻系統。

太陽能干燥機

在農業加工環節，許多農產品都需要烘干。太陽能干燥機提供了一種處理蔬菜和水果烘干的有效辦法，并且符合國家和國際衛生條件及零能源成本。不同規格的太陽能干燥機，它們的配置，容量，干燥的產品都有區別，共同的優點是可以降低對燃料的依賴性，提高效益，降低成本，減少對環境的影響，并且易于管理。太陽能干燥機由太陽能電池，風扇，蓄電池，加熱器和控制器構成一個整體系統。它有兩種類型，第一種是直接太陽能干燥機，它直接暴露在需要的陽光下，收集光線并轉化為熱能，將農產品烘干脫水。第二種是間接的太陽能干燥器，將進入存放農產品倉庫的空氣加熱而不是直接加熱待干燥的物質。這個加熱的空氣通過農產品并依靠倉庫排風系統排出來自農產品的水分。

太陽能水泵

太陽能水泵系統由3 個部件組成：光伏電池板，控制器和泵。這個系統的優點主要有：能以柴油為備用可靠運行，有很長的使用壽命，無噪音，一次投資，無燃料成本，低維護成本和人工成本。在中國有2100 萬的灌溉泵，其中900 萬是純動力柴油和1200 萬電工水泵。太陽能水泵通常配置直流水泵和交流水泵。一種具有200W PV 陣列和電力水泵的系統，每天可以抽取2000 到4000 升的水。該系統如果有電池存儲，將會高效，白天產生的能量，在需要時在夜間供應。水泵效率可以通過以下計算得出，抽水系統有兩種類型，一種是直接系統，只有在需要時才能在白天產生能量，第二種是電池儲能系統，添加電池會增加系統的整體成本，但能使水泵的工作時間與效率提升。在我國來看，太陽能抽水的成本從每升水0.03 到0.15 元不等。

結論

目前的傳統能源的使用情況并不樂觀，但會導致污染和能源危機。所以轉向可再生能源和關注太陽能給了我們希望。應用在農業領域的光伏發電技術正在被人們逐步接受，并能為農民和政府帶來好處。太陽能光伏電池組件安裝只需要一次性投資，就可獲得清潔能源，使用壽命長達25-30 年。