“農業+光伏”電站的優化設計

黃立耀 廖東進 方曉敏

摘 要：針對現有“農業+光伏”電站僅僅實現了空間上的互補，光伏電站和農業并沒有真正的融合在一起的現狀，設計了光伏電站對農業環境影響系統，為農光互補光伏電站的設計以及種植作物的選擇提供依據；同時將光伏電站和農業現代化深度融合，充分利用光伏電站的電能以及監測、通訊設備來實現農業現代化，利用農業灌溉設施實現光伏電站組件的清洗和降溫，提高光伏電站的發電量。

關鍵詞：農業；光伏發電；設計

中圖分類號：TM615 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）34-0041-02

Abstract： In view of the existing "agriculture + photovoltaic" power plants only achieve spatial complementarity， photovoltaic power stations and agriculture do not really integrate the status quo. The influence system of photovoltaic power station on agricultural environment is designed， which provides the basis for the design of agricultural light complementary photovoltaic power station and the choice of planting crops. At the same time，we should combine the photovoltaic power station and agricultural modernization， make full use of photovoltaic power station and monitoring and communication equipment to achieve agricultural modernization， make full use of agricultural irrigation facilities to achieve photovoltaic power plant module cleaning and cooling， so as to improve the power generation of photovoltaic power station.

Keywords： agriculture； photovoltaic power generation； design

引言

光伏發電作為一種清潔可再生能源，在國家政策的支持下，近年來得到了迅速的發展?！稗r業+光伏”是將光伏發電和農業相結合，將光伏陣列安裝于農業場地，合理利用土地資源的一種方式。但現有“農業+光伏”電站僅僅實現了空間上的互補，光伏電站和農業并沒有真正的融合在一起。本文對現有光伏電站進行了優化設計，設計了光伏電站對農業環境影響系統，可以為農光互補光伏電站的設計以及種植作物的選擇提供依據；進行了農光互補光伏電站電氣系統優化設計，充分利用光伏電站的電能以及監測、通訊設備來實現農業現代化，進行了農光互補光伏電站灌溉系統優化設計，利用農業灌溉設施實現光伏電站組件的清洗和降溫，提高光伏電站的發電量。

1 光伏電站對農業環境影響測試系統設計

農業用地建設光伏電站后由于光伏陣列的遮擋作用勢必會改變環境，包括地面接收到的光照、空氣濕度和溫度以及土壤的濕度等都將發生改變。目前國內還沒有開展相關研究，為了更好的掌握光伏電站對農業用地的環境影響，有必要開展相關研究。研究結果可以為光伏電站設計時光伏陣列的高度、傾斜角、間距的設計提供依據，也可以為光伏電站中種植作物的選擇提供依據。

光伏陣列對種植環境影響的測試系統如圖1所示，通過設置土壤濕度傳感器組、光照傳感器組溫度、濕度傳感器來監測和對比安裝光伏組件和未安裝光伏組件的數據，從而得到光伏陣列對種植環境的影響情況；同時圖中的光伏陣列包含了不同高度、傾斜角以及間距，可以得到光伏陣列不同高度、傾斜角和間距對種植環境影響的情況。通過數據分析得到不同光伏陣列參數時對種植環境的影響，為農作物的選擇以及“農業+光伏”電站光伏陣列參數的設計提供依據。

圖2是光伏陣列對種植環境影響測試控制系統示意圖，各傳感器的輸出信號經數據采集處理模塊處理后送微處理器，然后再通過通訊模塊發送到上位機，同時送顯示模塊進行實時顯示。

在上述測試系統實驗數據的基礎上，查閱和分析農作物對生長環境的需求，可以尋找適合“農業+光伏”電站種植的農作物。并根據不同農作物的生長需求，通過試驗進行光伏組件高度、傾斜角和間距的優化設計。

2 農光互補光伏電站電氣系統優化設計

農光互補光伏電站中的匯流箱具有數據采集和通訊功能，并且匯流箱安裝在戶外光伏陣列中，本課題擬對光伏匯流箱進行改造，利用它實現種植環境監測、自動灌溉。圖3和圖4為農光互補光伏匯流箱的結構示意圖，在現有光伏匯流箱的基礎上增加了I/O口，以及傳感器模塊和外部設備驅動接口。

3 農光互補光伏電站灌溉系統優化設計

農業種植需要自動灌溉系統，而光伏組件需要進行清洗。本項目設計“農業+光伏”灌溉系統，在灌溉的同時實現光伏組件的清洗和降溫，提高光伏電站的發電量。圖5是農光互補光伏電站灌溉系統的結構示意圖。利用光伏水泵將水井中的水抽到蓄水池中儲存，蓄水池通過一路電磁閥向滴灌系統供水；通過另一路電磁閥向光伏組件清洗系統供水，光伏組件下端設計了水收集系統，可以收集清洗后的水，也可以在下雨天收集雨水。收集到的水將用于噴灌系統。上述方案中的電磁閥、光伏組件清洗系統、噴灌系統的開啟和關閉都可以通過農光互補匯流箱來控制。

4 結束語

目前大型農光互補光伏電站僅僅實現了空間上的互補，也就是在光伏電站用地上再開展農業種植，并沒有實現功能上的融合。本項目將開展光伏電站和農業深度融合的研究，包括利用光伏電站的監測系統、通訊系統來實現種植環境的監測，設計農光互補光伏電站灌溉系統，利用光伏電站的電能和控制系統實現自動灌溉，同時將灌溉系統與光伏組件清洗結合，在完成灌溉的同時實現光伏組件的清洗，提高光伏電站的發電量。

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