摘要：针对农业温室大棚能源供给问题，结合太阳能光伏发电技术，在阐述光伏发电系统组成的基础上，分析了光伏发电系统应用于温室大棚的优势，进而实例讨论了光伏发电系统在温室大棚中的具体应用途径。为设施农业系统的清洁能源应用提供相关的参考。

　　关键词：太阳能；光伏发电；农业温室；应用

　　我国是农业大国，农耕历史悠久，温室大棚作为现代农业的重要设施得到了广泛的应用。传统农业温室大棚的能源需求大多依靠电网或燃料，不仅运行成本高，也无法在偏远无电地区推广。随着光伏产业的创新发展，太阳能光伏发电系统逐渐开始引入到温室大棚控制系统中。太阳能光伏技术利用半导体材料的光伏效应，将太阳能转化为电能，为温室大棚的温度、湿度、光照等环境因子的调节提供动力[1]。研究太阳能光伏发电系统在农业温室大棚控制系统中的应用，可以助力农业科技创新，推动现代设施农业生产的绿色高效发展。

　　1.太阳能光伏发电系统的构件组成

　　1.1太阳能光伏电池组

　　太阳能电池单体是光电转换的最小单元，一般情况下不能单独作为电源使用。将太阳能电池单体进行串并联并封装后成为太阳能电池组件，其功率一般在几瓦到几百瓦不等。多个组件再经过串并联并装在支架上，构成太阳能电池方阵，以保证负载所要求的输出功率[2]。目前，光伏电池板第一代产品是由硅片为基础的光电转换系统，而为了提高太阳能电池光电转换效率，降低光伏电池生产成本，基于薄膜技术的第二代光伏电池产品也相继出现。在农业温室大棚应用中，为了满足棚内植物的光照需求，通常采用透光型太阳能薄膜电池板或光伏玻璃，通过光谱分离技术，将植物光合作用所需光能和发电所用光能进行区分。

　　1.2功率控制器

　　功率控制器是光伏发电系统的主要控制设备之一，主要对太阳能基板输出的电能进行调节和控制。它将调整后的电能分为两个途径输送，一方面直接送往直流负载或交流负载，另一方面将剩余能量送往蓄电池组储存。当太阳能基板发出的电能无法供给负载需要时，功率控制器便将蓄电池中储存的电能量送往负载[3]。在温室大棚控制系统中，功率控制器还能防止光伏电池组件对蓄电池过充电及对负载过放电，保障供电系统安全、稳定运行。

　　1.3逆变器

　　根据系统需求，逆变器可分为DC-AC和DC-DC两种，逆变器是光伏发电系统与常规电网并网的主部件，也是将直流电转换为交流电的变流设备[4]。在太阳能光伏发电系统中，可以将太阳能通过太阳电池转化的直流电变换成交流电，以供温室大棚内的交流用电器使用。三相桥式逆变器通常用于中、大型功率电器，当负载对波形有较高要求时，将逆变器进行多重叠或采用PWM控制方法，用来控制高次谐波。

　　1.4蓄电池

　　蓄电池是光伏发电系统的储能部件，主要用于储存太阳能电池板在有光照时转换的电能，以备在夜晚或阴雨天光照不足时使用。太阳能蓄电池一般采用铅酸电池，常用的有DC12V、DC24V、DC48V三种，在微型系统中也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。在温室大棚应用中，蓄电池的容量需要根据大棚内设备的功率和用电时间进行合理配置，维持系统连续供电。

　　2.太阳能光伏发电系统在温室大棚中的应用优势

　　2.1能源自给与成本降低

　　将太阳能光伏发电系统应用于农业温室大棚控制系统，具有多方面的优势，不仅能有效解决能源问题，还能改善农作物生长环境，提高农业生产效益、增产创收。太阳能光伏发电系统为温室大棚提供了独立的电力来源，实现了能源的自给自足。在日照充足的地区，光伏发电系统可以满足大棚内灌溉泵、滴灌系统、风机、排湿装置、棚内照明等设备的用电需求，大大降低了农业生产对外部电网的依赖，减少了运行成本。此外，多余的电能还可以并入电网，为农户带来额外的经济收益。

　　2.2环境改善与作物增产

　　光伏组件安装在温室大棚顶部，可以遮挡部分日照起到降温遮阴的作用，并可在夏季炎热高温时段降低温控成本，缓解高温对农作物的不良影响，同时也可借助光谱分离技术区分植物光合作用与发电所需的光能，满足农作物生长的光照需求。光伏发电系统还能阻挡部分紫外线对农作物的损害，减少病虫害发生，提高农产品的品质与产量。

　　2.3绿色环保与可持续发展

　　光伏发电系统依托清洁无污染的太阳能运行，全程不产生空气或土地污染物，符合现代农业的绿色环保标准，比传统燃煤加温方式减少二氧化碳等温室气体排放，有利于农业长期发展。光伏温室大棚不占用额外土地资源，还能实现土地立体化利用，提高农业土地利用率。

　　3.太阳能光伏发电系统在温室大棚中的应用途径

　　3.1基于PLC的温室环境自动控制系统

　　PLC可编程逻辑控制器是温室大棚环境自动控制的主控设备，太阳能光伏发电系统与PLC控制系统相结合后，可以自动调节温室大棚内的温度、湿度、光照、二氧化碳浓度等环境因子。太阳能电池板将太阳能转化为电能，经过功率控制器和逆变器处理后，为PLC控制系统和各类执行机构提供电力，传感器采集温室大棚内的温度、湿度、光照等环境参数，并将参数转换为电信号传输给PLC，PLC根据预设程序与参数处理这些信号，会发出控制指令驱动执行机构动作，在温度过高时控制风机和湿帘启动降温，也会在光照不足时控制补光灯开启补光。技术人员还要利用组态软件实现对温室大棚环境参数的实时监视与报警功能。组态软件能将温室大棚的工艺流程和设备状态以图形化方式显示在计算机屏幕上，操作人员可以直观掌握温室大棚的运行状态。当环境参数超出预设范围时，组态软件会发出报警信号，提醒操作人员及时处置。

　　3.2物联网技术的温室大棚远程监控系统

　　物联网技术为温室大棚的智能化管理开拓了新方向，技术人员将太阳能光伏发电系统与物联网技术结合，搭建出由感知层、网络层和应用层三个部分构成的物联网光伏温室大棚远程监控系统。感知层由各类传感器和摄像头构成，负责采集温室大棚内的环境参数和作物生长状态，网络层借助ZigBee、Wi-Fi、3G/4G等无线通信技术，将感知层采集的数据传输至应用层，应用层由服务器和客户端构成，负责处理、分析和存储数据，还提供远程监控与管理功能。太阳能光伏发电系统为物联网光伏温室大棚远程监控系统的所有设备提供电力支持。操作人员可以通过手机、电脑等终端设备随时随地访问应用层，查看温室大棚的环境参数与作物生长状态，也可以对大棚内的设备实施远程操控，当土壤湿度低于设定值时，操作人员还可以通过手机远程开启灌溉系统为作物浇水。

　　3.3直流电直接应用的植物补光系统

　　在温室大棚中，植物补光是提高作物产量和品质的重要手段。传统的植物补光系统通常采用交流电驱动的荧光灯或高压钠灯，能耗较高。将太阳能光伏发电系统与LED植物补光系统相结合，可直接应用直流电，减少能量转换带来的消耗，提高能源利用率。非晶硅薄膜太阳能电池具有良好的透光性，可以安装在温室大棚的顶部，既能发电，又能满足植物的光照需求。对于光照需求较高的作物，可以利用太阳能电池板产生的直流电，直接驱动LED植物补光灯进行补光。LED植物补光灯可以根据植物的生长需求，提供特定波长的光谱，如红光和蓝光，促进植物的光合作用和生长发育。在直流电直接应用的植物补光系统中，可以根据不同作物的光照需求，设计不同的补光方案。对于弱光植物品种，如芽菜类，可以直接利用太阳能电池板产生的电能进行补光；对于短日照植物品种，如大豆，可以将多片太阳能电池板并联满足光照需求；对于长日照植物品种，如油菜、萝卜等，可以配备蓄电池和定时器来长时间补光。

　　3.4多能源互补的温室大棚供电系统

　　为了保障温室大棚供电系统稳定、可靠，可以采用多能源互补的供电模式。将太阳能光伏发电系统与风能、市电、柴油发电机等能源相结合，组建一个多能源互补的温室大棚供电系统。在多能源互补的温室大棚供电系统中，太阳能光伏发电系统作为主要的能源来源，在日照充足时，优先使用太阳能发电，为温室大棚内的设备供电。当日照不足或太阳能发电量无法满足作物需求时，系统可自动切换到其他供应能源，如风能、市电或柴油发电机。此外，还可以配备储能系统，如蓄电池或超级电容器，将多余的电能储存起来，在能源短缺时应急使用。多能源互补的温室大棚供电系统可以充分发挥各种能源的优势，保障温室大棚在各种天气条件下都能正常运行。

　　3.5智能农机装备的光伏供电系统

　　随着农业机械化的发展，智能化农业机械在温室大棚中的应用越来越广泛，常见的有自动播种机、自动施肥机、自动收获机等。智能化农业机械通常需要消耗大量的电能，而过去的电池供电方式存在续航能力不足、充电频繁等问题。将太阳能光伏发电系统与智能化农业机械相结合，可以为农业机械提供持续的电力支持。在农业机械的顶部安装太阳能电池板，利用太阳能发电为机械的电池充电，延长机械的续航能力。此外，还可以在温室大棚内设置太阳能充电站，为农业机械提供快速充电服务。智能化农业机械的光伏供电系统可以提高农业机械的工作效率和作业质量，减少人工干预，打造自动化、智能化农业生产新系统。

　　4.结语

　　太阳能光伏发电系统在农业温室大棚中的应用为现代农业发展提供了新的能源动力。将太阳能光伏发电系统与温室大棚的环境控制、物联网技术、植物补光、多能源互补以及智能化农业机械等相互结合，可以实现农业温室大棚的能源自给、环境改善、作物增产，实现智能化管理。随着光伏发电技术的不断进步，可进一步降低成本，使太阳能光伏发电系统广泛应用于农业温室大棚。

参考文献：

　　[1]张世亮,戚桓瑜,颜鲁薪.基于云服务的太阳能供电温室大棚智能控制系统设计[J].电子技术,2022(06):174-175.

　　[2]李增辉.基于太阳能的温室大棚供暖系统研究设计[J].河北农机,2025(18):30-32.

　　[3]李薇,何茜,高亚玲.基于物联网的光伏温室大棚温度检测系统设计[J].鞋类工艺与设计,2022(23):166-168.

　　[4]万娅,张立辉.电能与太阳能互补的温室大棚智能供暖系统设计[J].技术与市场,2022(03):42-45.