为了提高温室的整体保温性能，应该在良好的墙体和后屋面保温的基础上，增加措施提高温室前屋面和山墙的保温性能，此外，对温室的密封性能也应给予高度的重视。
山墙保温的改进
温室的山墙最初采用了透光的PC中空板（图7a），一是希望通过透光覆盖材料更多地获得从温室山墙的进光，弥补采光面由于铺设光伏板造成的进光量不足；二是中空PC板也具有一定的保温性能。但从生产实践来看，这种设计一是PC板的保温热阻不够，无法与后墙和后屋面结构的热阻相匹配，成为了温室散热的“冷桥”；二是PC中空板的透光率本身不高，从山墙进入温室的光照在温室中影响的区域较小，难以改善温室室内的整体光照水平。这种采光兼顾保温的设计方案对越冬日光温室而言可以说是失败的。
为了改造温室山墙，加强其保温性能，在后来的改进中分别采用了空心砖（图7b）和保温彩钢板（图7c）来替代PC中空板。这种改造，从山墙的热阻来看，基本达到了与后屋面同等的级别。事实上，这种改造措施也都是传统日光温室常用的山墙墙体做法，应该说对山墙的这种保温性能改造是适用的，也是可行的。
后屋面保温及密封性能的改进
对温室后屋面保温的改造主要是针对温室屋脊部位密封不严（图6a）的问题而采取的措施。为了从根本上解决屋脊密封的问题，改造措施直接将温室的屋脊后移，将原来倾斜后屋面改造成了直立后屋面（图8a），将屋脊移位到原结构悬挑梁的端部（图8b），这样就完全解决了结构悬挑梁穿越后屋面板的问题，温室屋脊处密封的问题得到迎刃而解。
因为屋面顶部光伏板的挡光，这种改造事实上也没有影响温室前后栋之间的采光间距，改造用彩钢板保持了与原后屋面相同的规格，因此也就保持了与原后屋面相同的保温性能。从结构受力的角度讲，由于封闭了原结构支撑光伏板的悬挑梁，相应也减小了北风荷载作用下对悬挑梁的弯矩，对提高结构的承载能力也有一定的帮助。
增设内保温，加强对温室前屋面的保温
光伏日光温室由于没有设置前屋面外保温被，冬季夜间前屋面的散热巨大，后墙、山墙以及后屋面再好的保温性能也无法阻止前屋面的散热，传统日光温室保温性能好的特点基本损失殆尽。因此加强日光温室的前屋面保温是保证温室越冬生产必须要解决的问题。
在光伏板上增设外保温，一是保温被必然要遮挡一部分光伏板，影响屋面光伏板的发电；二是卷帘机在温室屋面上往复运动可能会损伤玻璃或光伏板，因此，采用传统日光温室保温被外覆盖的保温形式似乎在这种光伏日光温室上不一定可行。
在外保温无法实现的条件下，内保温就成为了增强前屋面保温的唯一手段。在光伏温室改造设计的初期，曾考虑在温室内增加内层副拱架，专门支撑和运行内保温，这是一种最佳的保温方式，但经过经济分析认为设副拱架成本较高，此外，内层副拱架实际上也压低了温室的种植空间，故而在建设中放弃了这种方式。设计中也曾考虑过利用骨架下弦杆，在其上安装吊挂滑轮，悬挂和牵引保温幕，实现内保温的要求，但经过试验，运行效果并不理想，温室建设中也没有推广应用。在最近的内保温改造中采用了两项措施：一是设置后屋面固定式内保温；二是设置前屋面活动式内保温。
后屋面固定式内保温是从温室室内后墙高度位置起一直延伸到屋面最上一块透光玻璃板的上边缘，将厚形保温被固定安装在温室骨架的下弦杆上，形成与温室后屋面板之间的三角形封闭空腔（图9a），一方面厚形保温被和后屋面保温板自身具有较高的保温热阻，能够在很大程度上减缓室内热量从后屋面的散失；另一方面，厚形保温被与后屋面板之间的封闭空间也形成一个绝热空间，又有效增大了后屋面的传热热阻。事实上，这个绝热空间内由于白天光伏板背板发热还能有效提高空腔内的空气温度，减小室内空气温度和空腔内空气温度之间的温差，从而进一步减小室内热量向外传递的速度。直观感觉，这种改造基本达到甚至超越了后墙的保温。但从实际设置的固定式内保温看，由于厚形保温被和后屋面保温板在屋脊处没有形成封闭，出现了室内的竖向开口（图9b），使实际的保温效果大打折扣。建议尽快封闭该竖向开口，阻止室内空气在该空腔内的流动，以最大限度发挥后屋面封闭空腔的保温作用。
采用后屋面固定式内保温并与后屋面板形成封闭保温空腔后，虽然温室后屋面的保温性能得到大大加强，但温室后屋面的通风口随之也消失了。仅靠温室前屋面底部的通风口进行温室通风，不论冬季还是夏季都是不可行的。为此，建议在封闭温室后屋面空腔后，在温室屋面上最上层的透光玻璃板上安装开窗机构，形成温室屋脊通风口，与前部卷膜通风口结合将能形成完整的温室通风系统。
由于光伏板背板发热较多，温室后屋面空腔封闭后将在空腔内集聚大量的热量。在冬季，这种热量聚集有利于提高温室的保温性能，但到了夏季，这种热量积累不仅不利于温室降温，而且光伏板背板热量不能及时消除，将极大地影响光伏板的发电效率。因此，在外层的保温板上保留原倾斜屋面的通风口，对于排除空腔内热量、保证温室的降温性能和光伏板的高效发电性能将具有非常积极的作用。当然，如果能将保温被与后屋面保温板在骨架连接处的密封口做成可活动式，能够随着室内外温度的变化可自动调节密封口的启闭，将是更为理想的改造方案。
解决了后屋面的保温后，再来看前屋面保温的解决方案。如同连栋温室中的活动保温幕一样，该温室在解决前屋面保温时，采用了拉幕式活动保温被，白天打开保温被温室采光，夜间展开保温被温室保温。选择厚形保温幕，甚至采用双层保温幕，对提高温室的保温性能将具有非常积极的作用。
拉幕式活动保温被根据保温被运动方向不同，有两种方式：一种是沿温室长度方向运动，另一种是沿温室跨度方向运动。
沿温室长度方向运动的拉幕系统是将保温被沿温室长度方向分成若干分区，采用钢缆驱动或齿轮齿条驱动的方式将保温被在温室长度方向启闭（图9c）。这种拉幕系统不受温室前屋面形状的影响，一套拉幕系统可控制全部室内保温被，但这种沿温室长度方向启闭的保温被驱动方式即使白天保温被完全打开，也会由于收拢保温被的位置会在温室中形成局部的固定阴影带，影响温室的采光以及光照的均匀性。为了消除这种由于保温被收拢后造成的室内阴影带，后来的改造采用了活动保温被沿温室跨度方向启闭的拉幕系统。保温被的固定边固定在温室的后墙上，活动边沿温室跨度方向运动（图10）。这种拉幕系统由于无法用一台拉幕电机操控多折变形屋面的内保温拉幕系统（主要是温室前部低矮的部位），一般需要多台拉幕机将保温被沿温室跨度方向分成若干分区进行操控。但这样会增加成本，也会在温室中形成沿温室长度方向的固定阴影带。为了解决温室前部折弯处低矮部位的保温，该保温系统采用了前部保温幕直接下垂的方式，不是将温室前屋面全部进行保温，但能够与地面形成封闭的保温，虽然减少了前部的一些种植空间，但造价低廉，白天保温幕收拢后垂吊部分也不会影响温室内作物的采光，尤其适合于种植比较低矮的叶菜类作物。
当然，如果要最大限度开发利用温室地面，也可将保温被分为两幅，保温被收拢时一幅收拢到温室的后墙，另一幅收拢到温室的前沿基础位置。保温被可以采取卷被的方式收拢，也可以采取拉幕的方式收拢。这样收拢后的保温被将会彻底消除保温被收拢后在温室作物区可能形成的阴影，也可克服保温被沿温室长度方向展开后由于相邻连接部位的密封不严而造成的热量损失，进一步提高温室的保温性能。
应该说通过加装前屋面活动内保温被（不论沿温室长度方向驱动还是沿温室跨度方向驱动），温室冬季的保温性能将会得到显著提升。事实上，采用沿温室跨度方向驱动的活动内保温系统，还可省去对温室后屋面的固定保温被，从另外的角度节约建设和改造成本。当然两者都保留，温室的保温性能将会更有保障。
种植效益
光伏温室在改造前由于保温性能差，喜温果菜，甚至耐低温的草莓都难以越冬生产。因此，目前的种植基本以越夏生产为主，这在一定程度上影响了温室农业种植的效益，也使光伏温室的农业生产功能大打折扣。
在温室保温性能得到改善后，光就成为了制约农业生产的主要因素。为了探讨在这种光伏条件下可能适宜而又有较高经济效益的种植品种，基地试种了韭菜、辣椒、西葫芦等多种蔬菜品种（图11）。从种植的情况看，虽然由于屋面光伏板的遮光在温室中有明显可见的阴影带，但由于该阴影带随太阳的运动在室内也处于运动状态，从作物的长势看，光伏板形成的室内阴影带并没有对韭菜和西葫芦的生长造成太大的影响，但可以明显地看出辣椒的长势不良。
韭菜属于性喜冷凉、耐寒也耐热的作物，从光照要求来讲是中光照植物，耐阴性强，而辣椒则是喜温强光性作物。对照温室中作物的生长情况，也正好印证了这种温室内种植强光性作物光照不足的问题，实际生产中应该选择种植耐阴作物。
从青海省当时蔬菜销售的价格看，韭菜的产地平均批发价为5.6元/kg，按照韭菜的产量12kg/m2，商品率90%计算，温室种植韭菜的产值在60.48元/m2，扣除成本20%，实际收益将在50元/m2左右。韭菜或许是除了食用菌之外适合在光伏温室中能种植的另一种技术上可行、市场前景广阔、经济效益良好的种植品种。茶树、苗木等也有过在光伏温室中成功种植的案例，类似的品种还有什么，期待基地进一步的试验和探索。
发电效益
从单栋温室布设光伏板的数量看，一栋温室装机容量约140kW，按照青海当地全年平均有效光照时间1500h计算，每栋温室一年的理论发电量应该是21万kW·h，按国家电网0.95元/kW·h计算，一栋温室光伏发电的收益近20万元，折合的收益为182元/m2。
从实际运行看，光伏板的实际发电量只有理论发电量的70%左右。这主要是由于光伏板板面的污染、阴雨天气以及光伏板背板发热等因素的影响。即使按照实际发电量计算，温室的发电收益每年也能达到127元/m2。这部分收益基本为净收益，因为在光伏发电过程中没有更多的生产资料和人工投入。光伏的收益是农业种植收益的翻倍还多，由此可以看出光伏发电相较温室种植的巨大收益。这也是为什么企业建设光伏温室只要光伏收益，舍弃农业种植的根本原因之一。
在过去几年光伏温室发展的高潮期内，中国从南到北都建设了大量的光伏温室，其中以内蒙古、青海、甘肃、宁夏等光照资源良好的北方地区建设光伏日光温室的存量尤为庞大。这些温室大都能正常发电，实现了光伏的设计功能，但有很多却撂荒了农业，使在光伏温室中进行农业生产的初衷化为泡影，光伏温室成为企业占用农用地发展光伏电站的“幌子”，不仅浪费了农业用地，也严重损害了政府形象。有鉴于此，对于是否要发展光伏温室这个问题，尤其是发展将光伏板覆盖在温室采光面上的这种结合型光伏温室，不论在学术界、政府管理层面还是在农业生产领域都存在很大争议。
如何让这些存量温室投入正常农业生产，在获得发电收益的同时，能最大限度开发土地资源的价值，不要减损对农业生产的收益，使光伏温室真正兼顾既能发电获益，又能进行农业生产获益的双获益技术和项目。
近年来，光伏板生产企业针对农业生产的这种特殊要求在光伏板产品中开发了具有一定透光率的光伏板，甚至还有可以转换阳光波长的光伏板，这是一种好的尝试。但光伏板的存在对于冬季弱光季节运行的日光温室来讲，采用结合型光伏板布置形式，总会在不同程度上造成对作物采光的阻挡。
除了光伏发电和农业生产争光的矛盾外，光伏板与日光温室结合的光伏温室由于不能在温室屋面安装室外保温被，使温室夜间的保温性能也受到严重影响。大量光伏日光温室冬季撂荒，不能发挥日光温室冬季高效节能的功能，难以获得冬季反季节蔬菜生产的高效益，也与这种技术上的局限有密切的关系。
青海凯峰农业科技股份有限公司在青海大学汤青川教授的指导下，面对困难和问题，对光伏板结合型日光温室的温室保温技术和温室种植品种筛选开展研究和实践，为这一具有巨大社会争议的技术寻找光伏发电和农业生产有机结合的方法，光伏温室真正意义上的农光互补技术方案从此得到了实践，给困境中的光伏温室，甚至传统的日光温室生产者，开创了一条能够看到前途和光明的方向。他们的探索非常值得我们敬佩，他们的探索还在不断进行之中，更多更好的建立在农光互补基础上的光伏温室设计建设技术措施和温室种植产品方案更值得我们期待。
作者：周长吉（农业农村部规划设计研究院）
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