[01054666]茶光互补高效栽培设施研究与应用

茶光互补高效栽培设施是一种在同一土地上同时进行光伏发电和茶叶生产，可大幅提高阳光资源和土地资源利用率的茶叶能源复合生产系统。茶树在长期发育进化过程中，形成了喜荫、喜温、喜湿和喜漫射光的特性。一方面，在茶树上方安装光伏板发电，光伏板会拦截部分太阳光而对茶树起到遮阴作用，明显改善茶园的小气候，并且可以促进清洁能源生产。另一方面，中国中东部地区土地资源稀缺，寻找合适土地资源是大规模建设光伏电站的一个难题，利用茶园建设光伏电站可有效缓解光伏发展安装场地紧缺的问题。鉴于此，2017年建立了基于固定支架和平单轴跟踪支架的茶光互补高效栽培设施中试试验研究系统，开展光伏茶园的茶树光合作用活力、小气候环境和茶叶产量及品质、光伏板排布方式与茶树冠层光环境的相关性等内容的研究。 1.主要成果：(1)光伏茶园茶树光合作用活力。发现光伏茶园茶树在光伏板适当遮光后茶叶生理特性产生了很大变化，光补偿点和光饱和点出现明显分化，光伏茶园茶树对太阳光能的利用效率比露天茶园茶树更高；(2)光伏茶园茶叶产量和品质。光伏茶园春季一芽一叶和一芽二叶新梢数量与露天茶园没有明显差异，但一芽三叶数量则明显高于露天茶园，萌展值也略高于露天茶园。光伏茶园茶树春季萌发时间提前，开采期提早2天，光伏茶园年茶叶产量增产10％以上。光伏茶园茶叶的所有色素测定指标都高于露天茶园，叶绿素增加更加明显。经专家感官审评，光伏茶园的茶叶品质总分高于对照露天茶园；(3)光伏茶园小气候环境。光伏茶园茶树冠层上方的光伏板遮蔽，减少了夜间茶树与天空的辐射换热，使得在冬季和早春茶树冠层的夜间温度比露天茶园高3℃以上；而在晴天白天中午阳光直晒时，由于光伏板的遮光作用，使茶树冠层的温度比露天茶园低10℃以上。这种夜间提升温度的作用，在早春期间防止倒春寒危害有积极效果；(4)光伏茶园光环境模拟分析。光伏茶园光伏板的不同排布方式会严重影响光伏茶园的光环境，固定式支架光伏板间隔布置和平单轴跟踪支架光伏板南北条带布置，是解决板下茶树因长期得不到足够光照而茶叶产量和品质下降的有效措施，而提升光伏板高度是改善光伏茶园光照不均匀的有效措施；(5)专利。已授权/申请的相关专利有：①茶园的基于光伏板发电的大面积遮光装置。②茶园光伏系统之基于空格布局的光伏板阵列结构。③茶园光伏发电装置的控制方法。④一种预应力双层悬索光伏支架。⑤基于柔性光伏支架的茶园遮阳系统。 2.产业化前景：浙江有茶园295万亩左右，如现有茶园面积的15％用于建设光伏电站，则光伏茶园面积可达44.25万亩。按50亩/MW的装机容量计，则装机容量达8.85GW。中国有茶园4500万亩左右，因此研发的光伏茶园技术的推广应用前景十分广阔。 3.经济效益和社会效益：按杭州平面年太阳辐射1.183kWh/m²计，光伏电站系统综合效率系数0.80，不计年衰减率，则浙江省8.85GW装机容量年可发电83.76亿度，按上网电价0.55元/kWh计，产值约46亿元。另外，可节约260万吨标准煤(以标准煤煤耗为310g/kWh计)，相应每年可减少多种大气污染物的排放，具有良好的社会效益。太阳能光伏电站投资收益期可达20年以上，光伏茶园光伏发电系统投资回收期低于8年，具有良好的经济效益。