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太陽能光伏溫室大棚系統(tǒng)

對儲能型太陽能溫室大棚系統(tǒng)進行了總結(jié),提出了太陽能溫室大棚裝備化的構(gòu)想，給出了一個初步設(shè)想的結(jié)構(gòu)，對減少能耗,節(jié)約能源改善生態(tài)環(huán)保有著重要意義。我國國土面積巨大,在西北地區(qū)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(nóng)業(yè)設(shè)施或裝備。我國西北地區(qū)遠離東部沿海地區(qū)，冬季蔬菜西運需要高昂的成本,因此在西北地區(qū)當?shù)亟鉀Q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(nóng)藥、化肥和其他有害物質(zhì)的現(xiàn)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(chǎn)和操作的農(nóng)業(yè)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(chǎn)生了。      

儲能型太陽能溫室大棚裝備推廣首先克服了傳統(tǒng)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(shù)的提升與集約化,在有限的空間中，提高單位面積產(chǎn)量,這樣它的受能空間減少了,冬季需要熱能的數(shù)量降低了，實現(xiàn)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(jié)就開始集熱,并借助功能材料實現(xiàn)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(nèi)設(shè)備一定要先進,能夠?qū)崿F(xiàn)集約化種植,部分植物能夠?qū)崿F(xiàn)無土栽培，垂直布局，植物營養(yǎng)液實現(xiàn)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(nèi)部設(shè)有專門的儲熱部件，利用商業(yè)相變材料實現(xiàn)太陽能的跨季節(jié)儲能,即在還未寒冷的季節(jié)就開始利用太陽能集熱系統(tǒng)進行儲熱,同時將裝置內(nèi)部的儲水箱、營養(yǎng)液配備與儲存箱加熱到合適溫度，也進行用水儲熱。實現(xiàn)儲熱的最大化,時間跨度的最大化。

3、系統(tǒng)內(nèi)部的運行、濕度與溫度的調(diào)節(jié)必須智能化，同時必須具有良好的保溫、曾光與調(diào)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(xiàn)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(jié)實現(xiàn)集熱儲熱，同時,在寒冷季節(jié)有太陽光時，集熱器的集熱溫度還能超過30度,實現(xiàn)為系統(tǒng)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(fā)揮最大作用。上圖給出了我們構(gòu)想的一個帶儲能功能的太陽能溫室大棚系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，圖中包括了由中空玻璃組成的透明維護結(jié)構(gòu)、保溫墻體、太陽能集熱器、儲能罐體和管路、配料池、通風(fēng)與控制系統(tǒng)和種植土壤層等部件。該系統(tǒng)實現(xiàn)了太陽能的高效收集與儲存，在寒冷季節(jié)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(nèi)部表面積60平方米的裝備系統(tǒng)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(shù)值更大)、環(huán)境平均氣溫-8.5℃。假定，溫室大棚大棚的工作溫度16.5℃(內(nèi)外溫差25℃),保溫隔熱層用聚氨酯發(fā)泡0.06米厚,聚氨酯的導(dǎo)熱系數(shù)0.025W/m℃。雙層中空玻璃的傳熱系數(shù)2.8W/m℃,夜間加蓋隔熱層，總傳熱系數(shù)降為1.4W/m℃，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)如上圖所示。據(jù)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(jù)上述數(shù)據(jù)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(tǒng)完全可以供應(yīng),假設(shè)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(shù)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(shù)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(guān)于系統(tǒng)的經(jīng)濟價值,可做如下分析。系統(tǒng)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(tǒng)利用高技術(shù)手段，每年可以生產(chǎn)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(yīng)，相比而言，這個成本是可以接受的。

奧農(nóng)苑溫室大棚建設(shè)公司總結(jié)：

本文對儲能型太陽能溫室大棚系統(tǒng)進行了總結(jié),提出了太陽能溫室大棚裝備化的構(gòu)想，給出了一個初步設(shè)想的結(jié)構(gòu)。我們構(gòu)想的裝置在夏季利用聚光式太陽能集熱器收集太陽光,產(chǎn)生高溫熱能，并利用相變儲能材料儲存起來,實現(xiàn)跨季度儲熱。到冬季將儲存的熱量緩慢釋放,保證系統(tǒng)所需要的溫度。計算分析表明,經(jīng)過高科技武裝的太陽能溫室大棚系統(tǒng),能夠在寒冷的季節(jié)實現(xiàn)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(tǒng)裝備化是一個很好的趨勢，可以滿足寒冷地區(qū)冬季的蔬菜的供應(yīng)要求。當前全社會都提倡節(jié)能減排。