“農(nóng)業(yè)+光伏”電站的優(yōu)化設(shè)計(jì)

黃立耀 廖東進(jìn) 方曉敏

摘 要：針對(duì)現(xiàn)有“農(nóng)業(yè)+光伏”電站僅僅實(shí)現(xiàn)了空間上的互補(bǔ)，光伏電站和農(nóng)業(yè)并沒有真正的融合在一起的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了光伏電站對(duì)農(nóng)業(yè)環(huán)境影響系統(tǒng)，為農(nóng)光互補(bǔ)光伏電站的設(shè)計(jì)以及種植作物的選擇提供依據(jù)；同時(shí)將光伏電站和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化深度融合，充分利用光伏電站的電能以及監(jiān)測(cè)、通訊設(shè)備來實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，利用農(nóng)業(yè)灌溉設(shè)施實(shí)現(xiàn)光伏電站組件的清洗和降溫，提高光伏電站的發(fā)電量。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)；光伏發(fā)電；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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(fā)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(fā)展。“農(nóng)業(yè)+光伏”是將光伏發(fā)電和農(nóng)業(yè)相結(jié)合，將光伏陣列安裝于農(nóng)業(yè)場(chǎng)地，合理利用土地資源的一種方式。但現(xiàn)有“農(nóng)業(yè)+光伏”電站僅僅實(shí)現(xiàn)了空間上的互補(bǔ)，光伏電站和農(nóng)業(yè)并沒有真正的融合在一起。本文對(duì)現(xiàn)有光伏電站進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了光伏電站對(duì)農(nóng)業(yè)環(huán)境影響系統(tǒng)，可以為農(nóng)光互補(bǔ)光伏電站的設(shè)計(jì)以及種植作物的選擇提供依據(jù)；進(jìn)行了農(nóng)光互補(bǔ)光伏電站電氣系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，充分利用光伏電站的電能以及監(jiān)測(cè)、通訊設(shè)備來實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，進(jìn)行了農(nóng)光互補(bǔ)光伏電站灌溉系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，利用農(nóng)業(yè)灌溉設(shè)施實(shí)現(xiàn)光伏電站組件的清洗和降溫，提高光伏電站的發(fā)電量。

1 光伏電站對(duì)農(nóng)業(yè)環(huán)境影響測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

農(nóng)業(yè)用地建設(shè)光伏電站后由于光伏陣列的遮擋作用勢(shì)必會(huì)改變環(huán)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(fā)生改變。目前國內(nèi)還沒有開展相關(guān)研究，為了更好的掌握光伏電站對(duì)農(nóng)業(yè)用地的環(huán)境影響，有必要開展相關(guān)研究。研究結(jié)果可以為光伏電站設(shè)計(jì)時(shí)光伏陣列的高度、傾斜角、間距的設(shè)計(jì)提供依據(jù)，也可以為光伏電站中種植作物的選擇提供依據(jù)。

光伏陣列對(duì)種植環(huán)境影響的測(cè)試系統(tǒng)如圖1所示，通過設(shè)置土壤濕度傳感器組、光照傳感器組溫度、濕度傳感器來監(jiān)測(cè)和對(duì)比安裝光伏組件和未安裝光伏組件的數(shù)據(jù)，從而得到光伏陣列對(duì)種植環(huán)境的影響情況；同時(shí)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(duì)種植環(huán)境影響的情況。通過數(shù)據(jù)分析得到不同光伏陣列參數(shù)時(shí)對(duì)種植環(huán)境的影響，為農(nóng)作物的選擇以及“農(nóng)業(yè)+光伏”電站光伏陣列參數(shù)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

圖2是光伏陣列對(duì)種植環(huán)境影響測(cè)試控制系統(tǒng)示意圖，各傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)采集處理模塊處理后送微處理器，然后再通過通訊模塊發(fā)送到上位機(jī)，同時(shí)送顯示模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。

在上述測(cè)試系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，查閱和分析農(nóng)作物對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境的需求，可以尋找適合“農(nóng)業(yè)+光伏”電站種植的農(nóng)作物。并根據(jù)不同農(nóng)作物的生長(zhǎng)需求，通過試驗(yàn)進(jìn)行光伏組件高度、傾斜角和間距的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2 農(nóng)光互補(bǔ)光伏電站電氣系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

農(nóng)光互補(bǔ)光伏電站中的匯流箱具有數(shù)據(jù)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(duì)光伏匯流箱進(jìn)行改造，利用它實(shí)現(xiàn)種植環(huán)境監(jiān)測(cè)、自動(dòng)灌溉。圖3和圖4為農(nóng)光互補(bǔ)光伏匯流箱的結(jié)構(gòu)示意圖，在現(xiàn)有光伏匯流箱的基礎(chǔ)上增加了I/O口，以及傳感器模塊和外部設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口。

3 農(nóng)光互補(bǔ)光伏電站灌溉系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

農(nóng)業(yè)種植需要自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，而光伏組件需要進(jìn)行清洗。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)“農(nóng)業(yè)+光伏”灌溉系統(tǒng)，在灌溉的同時(shí)實(shí)現(xiàn)光伏組件的清洗和降溫，提高光伏電站的發(fā)電量。圖5是農(nóng)光互補(bǔ)光伏電站灌溉系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。利用光伏水泵將水井中的水抽到蓄水池中儲(chǔ)存，蓄水池通過一路電磁閥向滴灌系統(tǒng)供水；通過另一路電磁閥向光伏組件清洗系統(tǒng)供水，光伏組件下端設(shè)計(jì)了水收集系統(tǒng)，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(tǒng)。上述方案中的電磁閥、光伏組件清洗系統(tǒng)、噴灌系統(tǒng)的開啟和關(guān)閉都可以通過農(nóng)光互補(bǔ)匯流箱來控制。

4 結(jié)束語

目前大型農(nóng)光互補(bǔ)光伏電站僅僅實(shí)現(xiàn)了空間上的互補(bǔ)，也就是在光伏電站用地上再開展農(nóng)業(yè)種植，并沒有實(shí)現(xiàn)功能上的融合。本項(xiàng)目將開展光伏電站和農(nóng)業(yè)深度融合的研究，包括利用光伏電站的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)種植環(huán)境的監(jiān)測(cè)，設(shè)計(jì)農(nóng)光互補(bǔ)光伏電站灌溉系統(tǒng)，利用光伏電站的電能和控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌溉，同時(shí)將灌溉系統(tǒng)與光伏組件清洗結(jié)合，在完成灌溉的同時(shí)實(shí)現(xiàn)光伏組件的清洗，提高光伏電站的發(fā)電量。

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