太陽能光伏溫室大棚系統

對儲能型太陽能溫室大棚系統進行了總結,提出了太陽能溫室大棚裝備化的構想，給出了一個初步設想的結構，對減少能耗,節約能源改善生態環保有著重要意義。我國國土面積巨大,在西北地區有綿長的國境線，在這些國境線上分布有眾多的邊防哨所,冬季為這些邊防哨所運輸蔬菜往往是個大難題。所以迫切需要能夠抗嚴寒的農業設施或裝備。我國西北地區遠離東部沿海地區，冬季蔬菜西運需要高昂的成本,因此在西北地區當地解決冬季蔬菜問題的要求非常突出。另外，隨著人們生活水平的提高,對食品的安全也越來越重視，目前社會上亂施農藥、化肥和其他有害物質的現象很普遍。食品安全問題屢屢被曝光，人們普遍期望吃上放心的有機菜，許多先富起來的有錢有閑的家庭對利    用家庭附近有限空間自種蔬菜具有濃厚的興趣，迫切希望有那些可以集約化生產和操作的農業裝備?；谶@樣的市場需求，儲能型太陽能溫室大棚裝備推廣化的需要就產生了。      

儲能型太陽能溫室大棚裝備推廣首先克服了傳統塑料大棚溫室大而全的思想，不求種植面積的巨大，而求種植技術的提升與集約化,在有限的空間中，提高單位面積產量,這樣它的受能空間減少了,冬季需要熱能的數量降低了，實現了高效供熱。在這種情況下，利用高效聚光型太陽能在非供暖季節就開始集熱,并借助功能材料實現跨季度儲熱，就完全能夠滿足嚴寒冬季的供能要求。

儲能型太陽能溫室大棚裝備的功能一般要滿足下面幾個條件:

1、 裝置內設備一定要先進,能夠實現集約化種植,部分植物能夠實現無土栽培，垂直布局，植物營養液實現自動輸送，要在最小的空間中獲得最大的種植面積;

2、除了部分土壤儲熱外，裝置內部設有專門的儲熱部件，利用商業相變材料實現太陽能的跨季節儲能,即在還未寒冷的季節就開始利用太陽能集熱系統進行儲熱,同時將裝置內部的儲水箱、營養液配備與儲存箱加熱到合適溫度，也進行用水儲熱。實現儲熱的最大化,時間跨度的最大化。

3、系統內部的運行、濕度與溫度的調節必須智能化，同時必須具有良好的保溫、曾光與調光措施，有條件的還需要有夜間的照明措施，促進植物的生長。

只有滿足了上面要求，太陽能溫室大棚才能真正實現裝備化。首先，裝置中的聚光式太陽能集熱器要在非寒冷季節實現集熱儲熱，同時,在寒冷季節有太陽光時，集熱器的集熱溫度還能超過30度,實現為系統供熱的目的。其次要有非常嚴格的保溫措施，要讓有限的熱能發揮最大作用。上圖給出了我們構想的一個帶儲能功能的太陽能溫室大棚系統的結構圖，圖中包括了由中空玻璃組成的透明維護結構、保溫墻體、太陽能集熱器、儲能罐體和管路、配料池、通風與控制系統和種植土壤層等部件。該系統實現了太陽能的高效收集與儲存，在寒冷季節基本無需外界供熱即可保證作物的生存與生長。下面以一個地處沈陽的、溫室大棚內部表面積60平方米的裝備系統在12月份工作的情況為例計算它的熱平衡。已知沈陽12月份的日平均水平面上太陽輻照量為H=6.19MJ/㎡d(斜面上的數值更大)、環境平均氣溫-8.5℃。假定，溫室大棚大棚的工作溫度16.5℃(內外溫差25℃),保溫隔熱層用聚氨酯發泡0.06米厚,聚氨酯的導熱系數0.025W/m℃。雙層中空玻璃的傳熱系數2.8W/m℃,夜間加蓋隔熱層，總傳熱系數降為1.4W/m℃，系統的結構參數如上圖所示。據圖可以算出玻璃散熱面積為114㎡，保溫墻的散熱面積48㎡，裝置底部散熱忽略。根據上述數據可以計算出12月份的總散熱量約為12327MJ。而在12月份可能的太陽得熱量(考慮了傾斜面上的太陽能輻照更大的情況)約為12247MJ。兩者僅相差80MJ。這樣的情況下,儲能系統完全可以供應,假設采用儲能密度為180KJ/Kg的無機相變材料儲能,那么僅需要450kg左右,考慮到還有土壤儲熱和配料池水儲熱等功能,這個儲能需求是很容易滿足的?？紤]到還有嚴酷的1月和2月份，在適當降低工作溫度的條件下，再將儲能總量增加到4-5噸，則可以完全滿足要求。如果,技術更進一步,雙層中空玻璃換成雙層真空玻璃,并在玻璃的表面鍍保溫膜，即使是單膜的真空玻璃,目前的散熱系數也在1.0W/m℃左右，只有中空玻璃的三分之一，因此無需再用夜間加蓋隔熱層,也完全能夠滿足裝置的采暖要求，但成本會有所上升。      

關于系統的經濟價值,可做如下分析。系統造價估計在21萬元左右，假定使用壽命15年，那么每年的分攤成本為1.4萬元/年。這樣的系統利用高技術手段，每年可以生產蔬菜1200kg，平均每公斤蔬菜只有11.7元。而在邊遠的邊防哨所,每年都需要汽車甚至直升機運送食品，而且還不能保證蔬菜的新鮮與及時供應，相比而言，這個成本是可以接受的。

奧農苑溫室大棚建設公司總結：

本文對儲能型太陽能溫室大棚系統進行了總結,提出了太陽能溫室大棚裝備化的構想，給出了一個初步設想的結構。我們構想的裝置在夏季利用聚光式太陽能集熱器收集太陽光,產生高溫熱能，并利用相變儲能材料儲存起來,實現跨季度儲熱。到冬季將儲存的熱量緩慢釋放,保證系統所需要的溫度。計算分析表明,經過高科技武裝的太陽能溫室大棚系統,能夠在寒冷的季節實現自主供熱，保證植物的生存與生長需要。太陽能溫室大棚系統裝備化是一個很好的趨勢，可以滿足寒冷地區冬季的蔬菜的供應要求。當前全社會都提倡節能減排。