"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。
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。
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。
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组件清洗系统供水, 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。
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。