“农业+光伏”电站的优化设计

黄立耀 廖东进 方晓敏

摘 要：针对现有“农业+光伏”电站仅仅实现了空间上的互补，光伏电站和农业并没有真正的融合在一起的现状，设计了光伏电站对农业环境影响系统，为农光互补光伏电站的设计以及种植作物的选择提供依据；同时将光伏电站和农业现代化深度融合，充分利用光伏电站的电能以及监测、通讯设备来实现农业现代化，利用农业灌溉设施实现光伏电站组件的清洗和降温，提高光伏电站的发电量。

关键词：农业；光伏发电；设计

中图分类号：TM615 文献标志码：A 文章编号：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

光伏发电作为一种清洁可再生能源，在国家政策的支持下，近年来得到了迅速的发展。“农业+光伏”是将光伏发电和农业相结合，将光伏阵列安装于农业场地，合理利用土地资源的一种方式。但现有“农业+光伏”电站仅仅实现了空间上的互补，光伏电站和农业并没有真正的融合在一起。本文对现有光伏电站进行了优化设计，设计了光伏电站对农业环境影响系统，可以为农光互补光伏电站的设计以及种植作物的选择提供依据；进行了农光互补光伏电站电气系统优化设计，充分利用光伏电站的电能以及监测、通讯设备来实现农业现代化，进行了农光互补光伏电站灌溉系统优化设计，利用农业灌溉设施实现光伏电站组件的清洗和降温，提高光伏电站的发电量。

1 光伏电站对农业环境影响测试系统设计

农业用地建设光伏电站后由于光伏阵列的遮挡作用势必会改变环境，包括地面接收到的光照、空气湿度和温度以及土壤的湿度等都将发生改变。目前国内还没有开展相关研究，为了更好的掌握光伏电站对农业用地的环境影响，有必要开展相关研究。研究结果可以为光伏电站设计时光伏阵列的高度、倾斜角、间距的设计提供依据，也可以为光伏电站中种植作物的选择提供依据。

光伏阵列对种植环境影响的测试系统如图1所示，通过设置土壤湿度传感器组、光照传感器组温度、湿度传感器来监测和对比安装光伏组件和未安装光伏组件的数据，从而得到光伏阵列对种植环境的影响情况；同时图中的光伏阵列包含了不同高度、倾斜角以及间距，可以得到光伏阵列不同高度、倾斜角和间距对种植环境影响的情况。通过数据分析得到不同光伏阵列参数时对种植环境的影响，为农作物的选择以及“农业+光伏”电站光伏阵列参数的设计提供依据。

图2是光伏阵列对种植环境影响测试控制系统示意图，各传感器的输出信号经数据采集处理模块处理后送微处理器，然后再通过通讯模块发送到上位机，同时送显示模块进行实时显示。

在上述测试系统实验数据的基础上，查阅和分析农作物对生长环境的需求，可以寻找适合“农业+光伏”电站种植的农作物。并根据不同农作物的生长需求，通过试验进行光伏组件高度、倾斜角和间距的优化设计。

2 农光互补光伏电站电气系统优化设计

农光互补光伏电站中的汇流箱具有数据采集和通讯功能，并且汇流箱安装在户外光伏阵列中，本课题拟对光伏汇流箱进行改造，利用它实现种植环境监测、自动灌溉。图3和图4为农光互补光伏汇流箱的结构示意图，在现有光伏汇流箱的基础上增加了I/O口，以及传感器模块和外部设备驱动接口。

3 农光互补光伏电站灌溉系统优化设计

农业种植需要自动灌溉系统，而光伏组件需要进行清洗。本项目设计“农业+光伏”灌溉系统，在灌溉的同时实现光伏组件的清洗和降温，提高光伏电站的发电量。图5是农光互补光伏电站灌溉系统的结构示意图。利用光伏水泵将水井中的水抽到蓄水池中储存，蓄水池通过一路电磁阀向滴灌系统供水；通过另一路电磁阀向光伏組件清洗系统供水，光伏组件下端设计了水收集系统，可以收集清洗后的水，也可以在下雨天收集雨水。收集到的水将用于喷灌系统。上述方案中的电磁阀、光伏组件清洗系统、喷灌系统的开启和关闭都可以通过农光互补汇流箱来控制。

4 结束语

目前大型农光互补光伏电站仅仅实现了空间上的互补，也就是在光伏电站用地上再开展农业种植，并没有实现功能上的融合。本项目将开展光伏电站和农业深度融合的研究，包括利用光伏电站的监测系统、通讯系统来实现种植环境的监测，设计农光互补光伏电站灌溉系统，利用光伏电站的电能和控制系统实现自动灌溉，同时将灌溉系统与光伏组件清洗结合，在完成灌溉的同时实现光伏组件的清洗，提高光伏电站的发电量。

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