农光互补光伏电站设计实施与优化研究

农光互补光伏电站设计实施与优化研究
石勇军
（江苏云杉清洁能源投资控股有限公司　江苏　南京　210000）
[摘要]随着经济社会的发展与人民生活水平的显著提高，我国对能源的需求也不断增加。

但煤炭、石油等常规旧式能源属于不可再生能源，长期使用必然会出现资源枯竭的情况，不利于环境保护与可持续发展。

近年来，我国积极加强对新能源领域的研究，更倾向于利用光、风等可再生能源辅助产生动力供生产生活使用，已经取得了较好的实践效果。

本文将要论述的农光互补光伏电站就是新型能源获取的方式之一。

农光互补光伏电站虽已在部分地区投入使用，但在实践过程中仍旧有一些缺陷亟待解决。

接下来，笔者将结合具体例子，对农光互补光伏电站的设计实施与优化进行具体分析。

[关键词]可再生能源；产业互补；光伏发电
[中图分类号]TU271 [文献标识码]A
引言
光伏发电在我国有一定的生存土壤，经济的发展必然提高对能源的需求量。

但是石化气资源的枯竭、环境污染、全球变暖趋势日益严重的今天，对新型能源的开发和利用就变得十分必要了。

近年来，国家也出台政策大力扶持新能源产业发展，如2017年四月国家工信部出台《太阳能光伏产业综合标准化技术体系》，同年九月，国家能源办又出台了《关于“十三五”光伏扶贫计划编制有关的通知》，这已经足以说明国家对新能源，尤其是对光伏产业的重视程度。

接下来，以徐州市丰县为例，笔者将从以下几个方面对农光互补光伏电站作出具体分析。

1 工程设置
1.1 勘测设计
从气候与当地环境的层面看，徐州市丰县属暖温带湿润性季风气候区，四季分明，雨热同季，年平均日照时数为2 200～2 455小时，光照充足，较为丰富的太阳能资源为该地区的光伏发电产业发展提供了良好的条件。

本工程位于徐州市丰县师寨镇，工程设计规模为：本期安装1台30 MVA 主变压器。

升压站主要建（构）筑物包括生产楼、电控楼、主变等；一般建（构）筑物包括SVG、构架等；次要建（构）筑物包括道路、围墙等。

站址区场地设计标高为38.40 m。

从土壤层面看，查明各建（构）筑物的地基土类别、层次、厚度及沿垂直和水平方向分布的规律，分析和评价地基的稳定性、均匀性；查明地基土的物理力学性质，提供岩土地基承载力、抗剪强度、压缩模量等指标及其它设计所需计算参数；查明各建筑地段地下水类型、埋藏条件及变化规律，评价地下水和场地土对混凝土和金属材料的腐蚀性；提供对不良地质现象采取防治措施所需的岩土工程资料；分析和预测由于施工可能引起的环境地质问题，并提出防治措施及建议；确定建筑场地类别，并进行地震效应评价，是本次勘测的主要任务。

经过勘测与研究，工程队得出以下结论。

水试样原状土试样扰动土试样常规试验侵蚀性CO2物理指标直接快剪常速固结物理指标颗粒分析339173912121
从此表我们可以得出，徐州丰县地区土壤较为湿润，呈弱酸性，有一定腐蚀性。

但常速固结速度尚可。

施工时需注意土壤湿润松软与外界侵蚀问题，对相关工程进行适当加固。

1.2 具体设置
本工程以农光一体为主旨，进行光伏发电。

本工程选择在为农作物所设置的大棚的阳面全部或者部分设置光伏电板用以发电，而其所营造的阴面环境恰恰适合喜阴凉的菌类植物的培育种植，在一定程度上实现了资源的最大化利用。

施工前，工程设计团队拟定了了三种方案以供选择。

其分别是以上部钢支架为主的多结构组装版本，但其组装较为麻烦，且后续运维成本高，须定期维修，防止因生锈而产生的组装件脱落问题。

第二种方案是人字型支架装配，其优点为组装方便，技术成熟，应用较广泛，且支持随着太阳高度角变化而人工变换角度，因其为一体化组装， 需要定期维护的费用较低，安全性和持久性较好。

但其体积较大，运送不便，且材质好费成本较高，经计算，全部装配需要1 346.94万元费用，对前期资金投入是一个挑战。

第三种方案为单柱钢架组装方案。

单柱钢架需要组装数量少，损坏机率要比需要全组装的第一方案小，但单柱支架稳定性差，也无法达到完全遮挡阳光的效果，对农作物的生长造成一定威胁。

且总其重量甚至达到了方案二的两倍，对于运输造成的难度较大。

经研究比较，本工程主要采用以人字门形支架为主的设备实施建设，以求最大程度上的保证工程效果。

2 农光互补光伏发电方式的优越性
2.1 农业生产与光伏发电双丰收
光伏发电是借助太阳能光照而发电的一种形式。

其在实施过程中需要依赖太阳能电池板进行光吸收。

而太阳能电池板的不同设置对农作物的影响也不同。

太阳光照中有着许多种不同的光波，而植物对光波的需求也不同。

如菌类植物不喜光照，利用农光互补工程，可以将不透光的太阳能电池板放置于其阳面，为菌类植物生长提供一个阴冷潮湿的环境。

又如彩椒等对光照要求较高，且要求光照均匀度的植物，就可以选择透光性较好的太阳能电池板放置于其上，这样，太阳能电池板在这里就起到了一个类似于凹透镜的作用，太阳能电池板既能增强日光的强度，也能一定程度上发散太阳光照，增强彩椒的色彩均匀性。

太阳能电池组件还能阻挡部分紫外线，并反射昆虫繁殖所需的蓝紫光。

它们能有效地减少植物病虫害，提高植物的品质和产量。

夏季，由于气温较高，大部分植物受干旱和光照影响，在7月至9月间不能正常生长。

在这个阶段过后，有许多植物并没有存活下来，只只能根据实际情况进行补种。

光伏电池板的优势在这里也就显现出来了。

太阳能电池板可以有效阻挡光线，减少紫外线对农作物的灼伤，研究表明，在同等条件下，利用农光互补工程所种植出的农作物较普通种植产量更高，质量也更好。

在冬季，农光互补的蔬菜大棚可以避免覆盖层内热量向外辐射，减缓夜间气温的下降，移去草帘覆盖塑料加固等这些过程，达到隔离效果，节省人力物力。

同样，良好的阴影为水产养殖的生长提供了有利的环境。

另一方面，渔光互补的光伏项目适合水生花卉的种植和鱼类的养殖，以达到实现养殖和光伏能源获取的双重目的。

2.2 降低成本，提升土地利用率
正常情况下，建设一个光电厂须耗费的人力物力及土地成本都
作者简介：石勇军（1979.10-），男，江苏省南京市，本科，高级工程师，研究方向：结构设计及工程管理。

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行政资源基本数据库等；专业类主要包括防汛防旱数据库、水资源数据库、水土保持数据库、水利工程管理数据库、农村水利管理数据库、水利移民数据库、行政办公数据库等。

在数据中心总体要求以及各类标准规范的基础上，结合第一次全国水利普查的成果，各部门建设本专业的基础和专业库，并根据各专业系统的自身需求建立专题数据库。

水利地理空间数据库主要依据全省1∶1万基础地理信息数据和高分辨率遥感影像、航片以及第一次全国水利普查的成果，开展省、市、县、乡级水利管理部门管理的水利地理空间信息的采集，进行与水利有关的基础地理信息数据的更新，完善水利地理空间数据库。

4.3 应用支撑平台集成
应用支撑平台面向水利各类应用系统提供基础服务和通用的应用服务功能，实现软件构件高度复用的目标，为整个应用系统的高可用性、灵活性、可扩展性、安全性、稳定性以及其他性能指标等提供基础保障[2]。

应用支撑平台分为资源管理、基础服务、应用支撑等三个层次。

其中，资源管理层主要提供的服务包括统一的数据访问接口、数据抽取、数据字典服务等；基础服务层主要提供数据查询、数据交换服务、消息服务、目录服务、服务管理、用户管理和安全服务等；应用支撑层主要包含了与业务应用紧密相关的各类服务，它所提供的服务包括：空间信息服务（含电子地图服务和遥感信息服务）、数据分析服务、数据展现服务和告警服务等。

4.4 信息资源整合扩展集成
按照“权威部门权威数据”的原则，在充分利用和整合现有数据库信息资源的基础上，补充收集整编全省面上水利工作所必需的基本数据，整合水利普查的基础数据和专业、专题数据，形成数据中心统一的数据资源。

通过信息资源整合扩展，在省水利数据中心形成丰富的水利基础地理信息、社会经济信息和全面的水行政管理、防汛防旱、水利工程、水资源、水文、水质、农田水利和水土保持等信息，以及进行数据深入分析、应用、服务的数据仓库和数据挖掘框架与环境。

4.5 水利基础地理信息平台集成
基于全省1∶1万基础地理信息，集合第一次全国水利普查，在江苏省水利地理信息系统一期工程的基础上，开展全省乡级以上水利管理部门管理的水利地理信息的采集和整理工作。

整合现有的资源，建立全省共享的水利地理信息数据库，构建全省统一的面向现代水利业务应用和社会公众服务的GIS服务平台[3]。

参考文献
[1]…朱程,戚晓明.物联网技术在水利信息化中的应用研究[J].赤
峰学院学报(自然科学版).2013(15).
[2]…高驰彪.基于物联网技术的水利信息化系统.移动信息.2015.
[3]…车金林.云计算在水利信息化建设中的研究与应用浅述.科
研.2016.
是极高的。

且因光伏发电不允许存在光遮挡问题，其对间距要求也较高，这就进一步造成了土地浪费。

而这种农光一体光伏发电的工程，最大程度地对所占土地资源进行了利用，同时提高农作物产出率，又实现了发电种植双丰收[1]。

实为投入产出比较高，降低成本的绝妙工程。

2.3 与脱贫攻坚相连接，符合政策要求
上文笔者已经提到过，早在2017年，国家工信部就提出了将农光互补光伏电站工程与脱贫攻坚相结合[2]。

农民可以通过建设农光互补光伏电站工程，在相关部门领取补贴，在不亏损的情况下，实现生产效益的最大化。

这也一定程度上解决了农民的就业问题，农光互补光伏电站技术的推广，可使农民在农闲时期顺利加入“第二职业”，从而提高其收益，增加收入保障。

此技术更有利于良好生态环境的打造，符合总书记提出的“绿水青山就是金山银山”，在精准扶贫的同时保护生态环境，解决资源短缺问题[3]。

如笔者所提出的徐州市丰县设置的农光互补光伏电站工程，建成后将对当地环境有很大的改善，使茭白，玉菇等当地农作物的产量提升也有所助益。

这更有利于平衡江苏省各地区之间所产生的经济差异，是促进区域协调发展的关键一环。

3 农光互补光伏电站工程的展望
首先，现阶段，农光互补光伏电站多应用于我国低纬度地区。

中高纬度地区由于一年内太阳高度角差异大，紫外线强度低等原因，农光互补光伏电站建设难度大，收效低。

有关部门应该加强对农光互补光伏电站的技术研究，对钢架材质，角度，利用率等都作出具体考量后对技术进行升级改造，从而更好地推广此工程应用于更多地区[4]。

第二，农光互补光伏电站受光照条件影响较大，尤其在长江流域梅雨影响地区。

在紫外线供应量不足时，农光互补光伏电站对能源的产出率便会较低。

为解决此问题，相关部门可以对农光互补光伏电站进行改造，如加入风电等工程措施，保证电力能在极端天气条件下稳定持续地输出。

在本文所研究的徐州等江南地区，还可以借助农光互补的经验实行渔光互补等工程的建设，扩大使用范围，丰富使用形式。

第三，农光互补电站虽然产出率高，优越性好，但其衍生的光污染问题也较为严重。

这对附近鸟类迁徙，飞机雷达等需要无线观察运行的设备都会造成一定影响。

相关部门应该对农光互补光伏电站的选址进行考察，尽量选择在较为空旷偏僻的地区，避开航线与雷达监测路线，并设置醒目的警示标志，防止因动物等误闯造成的设备与生态的双重伤害。

相关研究所也应该通过相关措施减少光污染影响，如使用半哑光材料替代可透视反光材料，减少光的折射对正常生产生活产生的影响。

从而再次提高农光互补光伏电站的可实施性。

4 总结
本文笔者通过对徐州地区案例的分析，具体论述了农光互补光伏电站建立所需要的条件，其优越性与发展趋势等[5]。

总之，农光互补光伏电站工程顺应政策与经济发展要求，且性价比极高，适合在合适的条件下大力推广发展。

参考文献
[1]…王纪军.大型光伏电站仿真与研究[D].北方工业大学,2020.
[2]…虞建春."农业+光伏"电站的优化设计探析[J].科技创新与应
用,2019(11):89-90.
[3]…郭亚.浅谈农光互补光伏电站设计研究[J].智能城
市,2018,4(17):1-2.
[4]…郭亚.浅谈农光互补光伏电站设计研究[J].智能城
市,2018(17):1-2.
[5]…孟宪珍,姜文华.试论农光互补光伏发电项目土建工程质量控
制[J].轻松学电脑,2019,000(006):P.1-1.
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