河南地区光伏温室冬季内环境的动态变化

摘    要：为探究光伏温室冬季内环境的变化趋势和应用效果，以光伏温室、普通温室和露地栽培为研究对象，进行光照度、温度的动态变化研究和辣椒栽培试验。结果表明，3种方式的光、温整体变化趋势一致，随天气和时间的变化而变动。典型晴天时光伏温室内的光照度比普通温室低33.7%，光伏温室的温度比普通温室低35.8%。差距最大时典型阴雪天气时光伏温室光照度比普通温室低45.0%，光伏温室的温度比普通温室低27.5%。栽培试验表明，辣椒株高光伏温室辣椒高于普通温室17.83%，远高于露地。辣椒果实维生素C和可溶性固形物含量光伏温室分别比普通温室高4.10%和1.44%，但低于露地。3种栽培方式的单株产量比较接近，综合分析，667 m2光伏温室早春辣椒种植收益约为21 768元，比普通温室高8.77%（1756元）。另外光伏温室在降低环境污染和缓解碳中和压力方面也具有重要意义。

关键词：辣椒；光伏温室；冬季；内环境

中图分类号：S641.3 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2024）03-137-07

Dynamic changes of photovoltaic greenhouse environment in winter in Henan province

XU Minglei， SUN Yanan

（Henan Quality Polytechnic， Pingdingshan 467000， Henan， China）

Abstract： To explore the changes and application effects of the indoor environment in photovoltaic greenhouses during winter， dynamic changes in winter light intensity and temperature were studied and pepper cultivation experiments were conducted using photovoltaic greenhouses， ordinary greenhouses， and open field culture as research objects. The results indicate that the overall trend of light and temperature changes in the three modes is consistent and varies with weather and time. On a typical sunny day， the light intensity of a photovoltaic greenhouse is 33.7% lower than that of a normal greenhouse， and the maximum temperature difference is 35.8% lower than that of a normal greenhouse. On typical rainy days， the maximum light intensity of photovoltaic greenhouse is 45.0% lower than that of ordinary greenhouse， and the maximum temperature of photovoltaic greenhouse is 27.5% lower than that of ordinary greenhouse. The plant height of capsicum in photovoltaic greenhouse was 17.83% higher than that in common greenhouse， and much higher than that in open field. The vitamin C content and soluble solid content of pepper in photovoltaic greenhouse were 4.10% and 1.44% higher than those in common greenhouse， and much lower than those in open field. There was no significant difference in yield per plant among the three cultivation methods. Based on comprehensive analysis， it can be concluded that the income from planting early spring chili peppers in a 667 m2 photovoltaic greenhouse is approximately 21 768 yuan， which is 8.77% （1756 yuan） higher than that in a regular greenhouse. In addition， it also has significant significance in reducing atmospheric pollution and alleviating carbon neutrality pressure.

Key words： Pepper; Photovoltaic greenhouse; Winter; Internal environmen

光伏温室是在农业温室基本功能上增加了太阳能发电、储电功能的新型农业温室，它既可以完成农业生产活动，又可以发电并网或把电能储存起来用于温室的增温、通风等辅助设施[1]。光伏温室的推广可以减少传统能源的消耗、缓解国家的能源短缺和当前环境污染的压力[2]。随着近年国家对光伏产业的重视和光伏技术的进一步发展，光伏农业必定是未来现代农业的发展方向之一。

作物生长环境的光照、温度在植株健壮度、产量、品质等性状的表现中起着关键作用[3]。刘康妮等[4]对普通温室光环境对作物生长的影响进行了研究，认为光照条件对作物产量有明显影响。朱桐[5]研究发现，蓄热处理对秋冬季节日光温室温度环境产生了显著影响，进而对番茄生长产生了显著影响。彭也[6]对光伏温室光温因素对草莓的生长进行了相关研究。目前国内光伏温室有了一定规模的应用，但对光伏温室冬季内环境系统开展的研究相对较少。在河南省许昌市郊区农业合作社开展光伏温室、普通温室和露地的光照、温度等环境因素动态变化的研究，以期获得光伏温室结构对温室内环境的影响效果。同时，通过光伏温室辣椒栽培试验，初步分析光伏温室在春早熟辣椒栽培中的经济表现，为光伏温室的推广应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验温室情况

试验地为许昌市郊区农业合作社，试验光伏温室为钢架日光玻璃温室，玻璃材料的直射透光率为85%，配套外覆盖的保温棉及卷铺设备。其上交叉间隔铺设总覆盖为30%的光伏板，配套有蓄电池、逆变器等发电储电系统，温室内有通风、增温、补光设备[7]。光伏温室于2020年11月完成建设，2021年1月开展无光、热辅助的光伏温室内环境动态变化的研究。2021年11月至2022年8月开展辣椒早熟栽培试验，进行辣椒性状表现的研究和经济效益初步分析。普通温室为砖墙PEP材质温室，透光率为75%～80%，后墙为双层砖墙之间夹设保温材料，墙体厚度在0.47～0.58 m，跨度12 m，脊高4 m，配备保温棉及卷放设备。2种温室面积均为460 m2，相距20 m左右。露地选择温室临近地块。2种温室辣椒栽培管理一致。

1.2 试验设计和方法

在没有补光、补热辅助系统参与下对光伏温室、普通温室和露地3种研究对象开展光照和温度数据监测和采集。在光伏温室和普通温室的4个角落和中间共安放5个点的无线智能采集器（北京紫藤连线科技有限公司），露地安放2个无线智能采集器，按设定时间自动监测和采集光照、温度等数据。采集器设置高度为1.2 m，四周的监测点距离温室边墙2 m。数据采集仪器设置自动采集时间间隔为10 min，不同采集点数据的平均数即作为该温室、该时间段的分析数据[8]。

1.2.1 冬季整月温室内环境变化研究 观察和统计时间点为11：00、12：00、13：00、14：00的光照度，计算平均值即为该天的数值。对2021年1月份31 d的光照度和监测的温度数据进行统计，分析3种栽培条件光照度的动态变化和极端温度。

1.2.2 典型晴天温室内环境研究 在2021年1月份中选取典型晴朗天气的一天，在09：00－16：00的时间范围内、间隔20 min统计分析光照度数据；在07：00至次日07：00之间，间隔60 min统计分析温度数据。以获得3种栽培条件下典型晴天光照度和温度的动态变化。

1.2.3 阴雪天气温室内环境研究 从同期1月份中选取典型阴雪天气的一天，在09：00－16：00的时间范围内、间隔20 min统计分析光照度数据；在07：00至次日07：00之间，每隔60 min统计分析温度数据。以获得典型阴雪天气3种栽培条件的光照度和温度的动态分析结果。

1.3 辣椒生物学性状的分析

选择耐弱光、耐寒、抗病、株型紧凑的豫杂968（河南农业科学院提供）作为栽培品种进行春早熟辣椒栽培。在12月下旬开始育苗，3月中、下旬定植于光伏温室和普通温室，在5月中旬即开始采收上市。露地栽培从2月初开始育苗，4月下旬开始定植。普通温室和露地采用常规栽培技术[9]。

在辣椒生育期120 d时，选5个典型位置的植株测定株高、茎粗等数据，计算平均值[10]，自始收期至采收末期统计单果质量、单株产量。在辣椒盛果期选取5个辣椒果实，采用2，6-二氯靛酚滴定法测定维生素C含量；采用手持折光计测定可溶性固形物含量[11]，计算平均数。设3次重复。品质指标测定工作在河南质量工程职业学院农产品检验实验室完成。

1.4 数据统计与分析

采用Excel 2019软件进行温室内环境指标动态变化数据的整理和折线图绘制，应用SAS13.1软件进行辣椒生长性状和品质性状的方差分析 。

2 结果与分析

2.1 1月份光伏温室内环境分析

2.1.1 光照度分析 由图1所示，受天气影响该月份光照情况起伏很大，总体来说光伏温室、普通温室和露地的光照度变化趋势基本同步，随着晴天、阴雪、云层变化等天气情况而波动。晴天处于光照度的波峰（1、12、16、25、27 d等），此时两种温室的光照度有相对较大的差异，且都远低于露地的光照度。连续雨雪天气光照度处于波谷（3、7、9、15、20～23 d等），雨雪天气时两种温室的光照度相对接近，与露地光照度的差距也相对较小。1月份光伏温室光照度最低为2727 lx（7 d），最高为19 937 lx（25 d）；普通温室光照度最低为3091 lx（20 d），最高为23 755 lx（25 d）。光伏温室整体低于普通温室的光照度，相差最大为6545 lx（12 d），达到31.2%，相差最小为1393 lx（7 d）。说明受光伏温室光伏板和建设结构的影响，其光照度明显低于普通温室和露地。

2.1.2 冬季极端温度分析 对光伏温室、普通温室和露地的温度情况进行统计分析，结果如表1所示。监测到的最低气温，露地为-7.6 ℃，而覆盖有保温棉的光伏温室为4.2 ℃，普通温室为6.8 ℃，说明有温室材质和保温被覆盖的温室内温度远高于露地，且有保温墙体的普通温室效果更佳；光伏温室极端最高气温可达到37.4 ℃，普通温室为41.5 ℃。作物生长对温度有严格的要求，如番茄在5 ℃以下就停止生长。在实际生产中，温室室内最低温度的数值越高，其性能越好。说明普通温室的保温性能优于光伏温室，这可能是光伏日光温室的电伏板的遮挡造成的[12]。因而在河南地区的地理条件下配有保温棉的光伏温室，冬季内部温度能满足一般作物的生长需要。