农光互补电站中光资源分布研究(二)

来源:索比光伏网发布时间:2018-07-24 15:50:32

光伏农业是一种新形式的土地综合利用方式,是现代化农业与清洁能源紧密结合的产物,可以推动绿色农业生产,实现科技高效的循环生态农业。近几年来,光伏农业大棚、光伏养殖、渔光互补等不同形式农光互补光伏电站成为光伏行业投资、建设的热点。在光伏农业的快速发展中,令光伏从业者、设计院等比较困惑的事情是,普通的光伏电站下、农业大棚下种植什么最合适,效益最大?因此,光伏电站如何与农业大棚结合,迫切需要解决种植问题,亟待深入研究。而解决此问题,又需要从光伏电站和农业种植或养殖等结合的特性方面——对光资源的需求,进行分析研究。

3.1 模式1光伏电站与农业的简单结合(续)

光伏电站与农业的简单结合,是在常规光伏电站中光伏阵列下种植农作物的模式,是最简单的农光互补模式。上期文章,在光伏阵列模型中,分析了各个分区不同高度的年辐射量,以及各个分区的地面月辐射量。本期将给出更多的模拟数据,以及分析光伏阵列对下方空间的遮挡情况。

表5 各个分区的0.5m高度月辐射量

 

表6 各个分区的1m高度月辐射量

表7 各个分区的1.5m/2m高度月辐射量

当分析光伏阵列中的光资源时间和空间两个维度的数据时,数据量是较多和复杂的。为了直观的展示数据的差异,选取“表6 各个分区的1m高度月辐射量”作图如下:


图6 各个分区的1m高度月辐射量

从以上各个数据可以看出,光伏阵列的正下方,以及前排光伏组件上端到后排光伏组件下端连线之间的阵列间距区域,任何一处空间的光资源辐射量均没有达到无遮挡水平面的光资源辐射量。这是因为,光伏阵列之间的任何一处空间区域,都会存在光照损失,这些光照损失,又分为不同的情况:有的区域如E区、F区、G区1米高度以上区域,在5-7月份只有早上或者晚上存在光资源损失,同时存在散射光损失以及地面反射光损失;有的区域如E区、F区、G区1米高度以上区域,在3-4月份几乎没有被光伏组件遮挡,但是存在散射光损失以及地面反射光损失;有的区域如E区地面,在冬至日始终被遮挡,但是仍然有光资源,这部分光照主要来自天空散射光和环境物体的漫反射光。在PVsyst软件中进一步模拟分析,如图所示,在E区地面和1米高度不同位置的测试组件模拟阴影遮挡情况:


(a)春秋分无阴影遮挡


(b)夏至日阴影遮挡情况


(c)冬至日阴影遮挡情况

图7 测试模块在E区地面高度时的阴影遮挡


(a)春秋分无阴影


(b)夏至日阴影遮挡情况


(c)冬至日阴影遮挡情况

图8 测试模块在E区1米高度时的阴影遮挡

经过模拟发现,前后排光伏阵列之间区域,在春秋季内几乎是没有被光伏组件遮挡的,在夏季早晚时间内会有遮挡,遮挡时间出现在早上刚日出后和傍晚太阳即将落入地平线下之前的这两段时间内,遮挡造成的光照损失很小。而从各个分区的不同高度月辐射量与水平面月辐射量对比,当4月份—8月份,几乎没有遮挡情况出现的月份,也总是存在最低5%的差距,这是因为PVsyst内部建模,模拟的过程中考虑了IAM(incidence angle modifier) factor on globar球面入射角修正系数这一项高于4%的损失。如果不考虑这一项损失,通过模拟我们可以看到,E区、F区、G区,从春分日到秋分日,半年的时间内,前后排光伏阵列之间的区域光照资源损失是非常少的,在这段时间内,光伏电站中的农作物可以按照一般场地的光资源情况种植——也就是说,在半年的时间内,农业种植可以像普通田地一样高效地利用光伏电站中的土地。


上一期文章中谈到,由于光伏电站无遮挡规定的时间为当地真太阳时冬至日9:00—15:00之间,因此冬季农作物的高度要低于前排组件上端到后排组件下端两者之间的连线。这一连线,也就是农业大棚棚顶的设计依据。本文中的分析均局限在这一连线下方的空间。但是,在常规光伏电站中,没有大棚设计的状态下,这一连线并非是限制高度。假设,光伏电站中,春夏季种植黄瓜,黄瓜的生长匍匐支架可以架设多高?位置怎么确定?如果匍匐支架在春分那一天建设,通过太阳的高度角、方位角计算公式得到本项目所在地安徽宿州3月21日真太阳时9:00的南北向阴影系数R为0.665(可以计算,春分时,物体的南北向阴影系数几乎是不变化的),在下列示意图中,距离与高度差的关系即可,满足这一关系且植物的枝叶在新的虚连线下方,在春分至秋分时间段内,匍匐支架和农作物就不会遮挡太阳光照射匍匐支架北面的后排光伏组件。同时,匍匐支架也不能高于光伏组件的上端,否则会在夏季早晚时间段遮挡南面的前排光伏组件。


图9 春分至秋分农作物与后排光伏组件相对位置示意图

有了以上分析,我们可以得到结论,合理的种植,可以更高效的利用光伏电站中的土地和阵列之间的空间,这可以提高农业生产收益。

由于常规光伏电站中光资源分布分析是其他各种农光互补光伏电站中光资源分析的基础,因此本文给出了较为详细的模拟过程和分析结果。虽然我们可以得到不同时间不同区域的时间空间光照辐射量,但是由于宏观上光线只能直线传播的物理特性,不能具备水、空气一样的流动性,因此,光伏阵列中任何一处的种植物都会影响除上方空间以外附近其他空间的光照情况。光伏阵列间的光照分布,又符合了农业生产中的套种技术,套种的农作物中,较高大的喜阳农作物影响较低矮喜阴或对光资源需求少的农作物,比如玉米和芭蕉芋、玉米和大豆、棉花和花生等之间的套种。因此,本文光资源分析的数据,对种植农作物的品种选择、其他植物(如花卉)的品种选择、光资源量对农光物产量的预测性等有非常重要的参考价值;另外,在光伏养殖大棚中,或常规电站中养殖的家禽或其他经济性动物,由于动物具有活动性,对光照的空间分布改变小,因此本文的光资源分析,可以匹配动物对生活、生长环境需求的光资源是否可以得到满足。


图9 光伏电站中植物套种设想

3.2 模式2光伏和农业大棚附加式结合模式

光伏和农业大棚的附加式结合模式,在常规光伏电站中,光伏阵列之间建设光伏大棚,两者的独立的,在空间布局上有相互结合,互不影响。模式2中的结合方式即是在模式1中建设了薄膜大棚。这种大棚模式类似于光伏建筑中的BAPV。



图10 附加式光伏农业大棚

该类型光伏大棚选用260Wp多晶硅光伏组件,组件尺寸1650x990X40mm,采用竖向3排布置,前后排间距为10m(也可以根据需要增加间距),每个支架单元安装66块光伏组件,1MW共64个支架单元,大棚建在光伏阵列之间,光伏组件的下端距离地面的高度一般为3米。1MW光伏阵列占地约33亩。

光伏农业大棚下的光资源分析如同模式1常规光伏电站一样建模,在这一基础上考虑塑料薄膜衰减15%左右。将前后排光伏阵列间距同样按照1米的档距划分为10个分区,经过模拟,地面上各个分区的月辐射量如下图所示(由于数据较多,不再提供详细数据表):


图11 附加式大棚各个分区地面月辐射量

结合模式1的光资源数据分析,我们会看到,模式2光伏组件距离地面3米高,光伏组件越高,地面的辐射量将越少;在冬季的时间内,光伏大棚内的地面辐射量基本差别不大,光照比较均匀;在夏季,组件下方的辐射量较少,阵列之间的区域辐射量相对于水平面辐射量也仅是50-70%左右。这一类型的光伏大棚,因为光伏阵列对地面光资源影响较大,所以进一步较大的影响了大棚内的农作物生长。通过这一分析可知,虽然组件抬高了,大棚内的空间也进一步加高,方便了人们在大棚内劳作,但是相对于组件离地面高0.5—1m的光伏电站,并不利于喜阳农作物的生长。因此,光伏组件设计高度3米时,组件支架基础造价大幅上升,光伏阵列间的光资源建少,对喜阳的农作物种植,从光资源对农作物影响方面分析考虑,模式2的性能比没有得到提升而是降低,也就不适合种植喜阳的农作物(可参考下文案例中西红柿的对比)。当模式2大棚内光资源减少的情况下,光伏阵列间的大棚种植对光照需求量少的农作物、农作物育苗、花卉植物等更有利。国内光伏阳光房、类似阳光房的光伏农业大棚肩高常设计为3米左右,国外一些农光互补电站中光伏组件高度也在3米高左右,两者相比,国内光伏农业大棚内常用于育苗、高大花卉苗木等种植以及对光需求少、需要匍匐支架的经济作物种植,国外农光互补电站设计除植物需求外,也考虑了满足机械化操作需要。

3.2 模式3光伏组件与农业大棚一体模式

光伏阵列作为农业大棚、阳光房的一部分,组件安装在向阳坡面,结构上结合为一体,可做联栋或单栋。这种结合模式,有类同于光伏建筑中的BIPV。

模式2中,光资源分析得出,对喜阳农作物的生长会有不利影响。普通多晶硅光伏组件和塑料薄膜一起封闭的典型光伏农业大棚,在大棚内光资源分布上与模式2一样。为了增加光伏阵列透光率,可将普通多晶硅光伏组件改为双玻光伏组件或薄膜组件,或者光伏组件间隔性排列,双玻光伏组件或薄膜组件的透光率可以做到20%。由于光资源分析模型与以上分析雷同,下文不再提供详细分析,将举一个案例对比光资源对农作物的实际影响。

 

图12 大棚上光伏组件间隔排列

无锡明申农业科技有限公司建设了普通组件和双玻组件不同类型光伏农业大棚,大棚内种植西红柿和黄瓜等农作物,对比研究光资源最瓜果类农作物的影响。下图为同一地点、同一时间种植、几乎同样的农业生长环境,不同光伏组件下方的西红柿生长情形。


(a)普通多晶硅组件下方的西红柿


(b)双玻组件下方的西红柿

图13 不同组件下的西红柿生长情形

通过两张照片对比,图13(a)中,由于普通多晶硅组件遮光,西红柿对光照的需求得不到满足,西红柿茎杆较多较细,花朵较多,但是花朵常不挂果,结的果实小、少,难以生长;图13(b)中,双玻组件下的西红柿茎杆粗,果实多、大。同样对比的黄瓜,普通多晶硅组件下方的黄瓜果实少而细,双玻组件下的黄瓜多而粗。由于双玻组件有20%的透光率,大棚内光照较多,与普通组件下方的农业生产产量形成明显对比。

相对于大棚下喜阳的植物需要更多光照,人工补光等措施增加光照,根据大棚内种植的植物不同,又有一些大棚内增加遮光帘、黑丝网等措施人工减少光照,以满足植物对光照的需求。


图14 某大棚组件间增加遮光网

从以上分析及案例看出,农光简单结合的模式、光伏大棚、阳光房等在设计、建造时,光伏组件对正下方空间和前后排阵列之间的光资源分布影响就确定下来。如果根据种植需要,补光或者遮光措施都会增加农业生产成本,特别是采用灯具补光需要投入非常多的电气设备。因此,农光互补电站的合理化设计及建设、农业生产中植物种植品种选择、植物对光照的需求及采取措施,应当统筹考虑,提前规划、节约造价和生产运维费用。

小结:

农光互补的光伏电站存在多种分类,以结构划分,以用途划分,以遮光程度划分等多种分类。本文论述的农光互补模式主要是以光伏与农业结合形式分类,以便于光资源模拟。通过光资源分析,可以得出光资源在光伏电站中的时间、空间分布,有利于在不同的时间段内选择不同的农作物品种。为了满足植物对光照的需求,和获得不同的光资源,可以选择不同的组件排列方式或者选用不同类型的光伏组件、以及在生产运维中采取灯具补光、遮阳等措施。

责任编辑:zhouchangyou
索比光伏网&碳索光伏版权声明:

本站标注来源为“索比光伏网”、“碳索光伏"、"索比咨询”的内容,均属www.solarbe.com合法享有版权或已获授权的内容。未经书面许可,任何单位或个人不得以转载、复制、传播等方式使用。

经授权使用者,请严格在授权范围内使用,并在显著位置标注来源,未经允许不得修改内容。违规者将依据《著作权法》追究法律责任,本站保留进一步追偿权利。谢谢支持与配合!

推荐新闻
故障毫秒级关断,火源不传导:阳光智能组件守牢园区“生命线”来源:投稿 发布时间:2026-10-28 08:46:19

广东佛山某产业园2MW屋顶光伏电站应用阳光智能组件的实践案例。面对金属加工企业聚集、火灾风险高、运维压力大的园区环境,该组件通过毫秒级故障关断与25秒内全站电压降至安全水平等技术,从源头防控电气火灾,筑牢能源安全防线。同时,其远程监控、主动预警及自清洁功能显著降低运维成本;依托“电子护照”实现全生命周期数据存档,支撑企业碳足迹核算与绿电凭证获取,助力产品出海与园区绿色招商。业主方评价其在安全、效率与资产增值三方面带来超出预期的综合价值,并计划在后续园区项目中全面推广。

兴中能源:收购33MW光伏电站!来源:智汇光伏 发布时间:2026-10-26 09:27:48

中山兴中能源发展股份有限公司(中山市国资委控股地方国企)于10月23日发布公告,拟以1238万元收购四川汇木光沅新能源有限公司90%股权,从而获得其全资持有的两家子公司所运营的合计32.64MW工商业分布式光伏电站资产。本次收购标的公司注册资本为500万元,交易对应其450万元实缴资本;交易完成后,兴中能源还将主导对标的公司增资,将其注册资本由500万元增至1290万元,并按90%持股比例实缴出资1161万元。目前,四川汇木光沅新能源有限公司仍由汇木新能源全资持有,尚未完成股权变更。该交易旨在拓展兴中能源在光伏新能源领域的资产布局与运营规模。(199字)

一束阳光 三笔绿账 生态城生物医药产业园光伏电站并网发电来源:北方网 发布时间:2026-10-26 09:20:10

生态城生物医药产业园分布式光伏电站近日并网发电,建成总装机容量2兆瓦的屋顶光伏系统及光储充一体化微电网,年发电量约240万千瓦时,年减排二氧化碳约2000吨。文章围绕“三笔绿账”展开:用电账体现就地消纳与余电上网带来的电费节省(年约60万元)和售电收益(年约35万元),并依托储能保障生物医药企业高可靠性供电;减碳账突出碳排放可量化、可核查、可交易,通过CCER机制转化碳资产,并实施“五步降碳法”系统推进零碳建设;金融账创新引入绿色信贷挂钩机制,由北京绿色交易所核验减排成效,北京银行据此动态下调贷款利率,获中新绿色金融合作重点支持。三重效益叠加,助力园区降本增效与产业绿色升级。(199字)

屋顶生绿电!天津生态城生物医药产业园光伏电站并网发电来源:北方网 发布时间:2026-10-23 14:27:25

天津生态城生物医药产业园近日建成并网一座分布式光伏电站,同步投用光储充一体化微电网系统。该系统由生态城绿色建筑研究院与协鑫锦天新能源联合建设,光伏装机容量2兆瓦,年发电量约240万千瓦时。系统通过屋顶光伏板白天发电,优先供园区企业就地使用;富余电力一部分储存于配套储能设备,一部分上网;在光照不足或用电高峰时,储能系统放电补供,保障供电稳定。系统具备实时监测功能,可追踪发电量、储能状态及碳排放数据,实现能源与碳排放的精细化管理。项目预计每年减少二氧化碳排放约2000吨,为园区提供清洁、可靠、低碳的绿电支撑。(198字)

2.43元/W,重庆480MW农光互补光伏项目中标公示来源:智汇光伏 发布时间:2026-10-23 09:23:38

重庆市江津区大京新能源300兆瓦农光互补光伏电站工程于10月21日发布中标候选人公示。该项目由大京投资控股旗下项目公司招标,位于江津区,采用“农业+光伏”复合开发模式,交流侧装机容量300MW,直流侧达480MWp,容配比为1:1.6,共使用约66.7万块720W单晶硅光伏组件。工程内容包括新建石门220kV升压站、12回总长122.3公里的35kV集电线路,以及一条接入朱沱220kV变电站的220kV送出线路。项目总工期为420天,中标候选报价区间为2.434—2.567元/瓦,其中最低报价为2.43元/瓦。

印度评估农光互补专项激励,瞄准4年新增5GW装机来源:TaiyangNews 发布时间:2026-10-23 09:10:40

印度新能源与可再生能源部(MNRE)正评估专项财务激励政策,以推动农光互补(Agrivoltaics)发展,目标是在未来3—4年内新增约5GW装机容量。该模式通过抬高光伏支架实现发电与农业并行,缓解光伏用地与耕地资源的冲突,尤其有助于将光伏部署从当前集中于前五大邦(占全国85%)拓展至土地资源紧张的其他地区。尽管技术潜力高达1—2TW,但因支架抬升导致成本比常规地面光伏高25%—30%,MNRE正协同财政部设计支持机制,考虑纳入现有PM-KUSUM计划或设立独立专项。目前农光互补度电成本为3.20—3.30卢比,略高于PM-KUSUM项目;MNRE已启动政策编制,并联合配电公司推进购电安排。试验表明水果和叶菜类适配性好,而水稻、甘蔗效果不佳;中央邦等五个邦被确认为优先潜力区域。

甘肃200MW光伏项目招商引资!来源:张掖市人民政府 发布时间:2026-10-22 09:58:07

甘肃张掖市人民政府于10月16日发布招商引资公告,面向社会公开引进投资方参与“甘肃河西硅业200兆瓦光伏发电绿电直连项目”。该项目拟建设一座装机容量为200兆瓦的光伏电站,所发电力将通过绿色电力直连方式,专项供应河西硅业二期硅基新材料生产线,实现源网荷协同。项目总投资约7.09亿元,目前实施方案已上报,正根据审核意见补充完善相关印证材料。建成后,预计年均可节约标准煤9.6万吨,减少二氧化碳排放18.25万吨,兼具能源保障、产业配套与节能减排效益。

乌拉圭签署史上最大投资!拟开发500MW光伏供电数据中心来源:TaiyangNews 发布时间:2026-10-22 09:01:37

乌拉圭与西班牙可再生能源企业Solaria Energía y Medio Ambiente签署总额57亿美元的投资协议,拟建设该国史上最大规模的光伏供电数据中心园区。项目总容量达500MW,分两期实施:一期在卡内洛内斯省建设200MW数据中心及350MW光伏电站,预计2029或2030年投运,将创造超3000个就业岗位;二期在圣何塞省新增300MW数据中心容量,并可能扩展光伏发电。光伏设施集中于佛罗里达省,由国家电力机构UTE提供土地并签订40年购电协议,Solaria负责开发运营、电网接入(500kV)及“通电土地”服务。该项目契合乌拉圭2030年新增500–600MW光伏的目标,亦响应其打造数字枢纽与绿色能源中心的国家战略。

天合跟踪Buildex安装机器人启运欧洲,以自动化重塑光伏电站施工模式来源:天合光能 发布时间:2026-10-20 09:55:43

天合跟踪Buildex光伏安装机器人首批设备启运葡萄牙,落地示范电站。该机器人具备坡面自适应调平、毫米级精度安装、柔性抓取防损及全维度安全防护,效率提升3-4倍,成本降22.2%。携手ESI Robotics构建中欧协同交付体系,加速欧洲地面光伏自动化进程。

突尼斯启动50MW光储及600MWh独立储能招标来源:TaiyangNews 发布时间:2026-10-20 09:03:22

突尼斯国家电力和天然气公司(STEG)近期启动两项大型可再生能源储能项目招标:一是位于泰塔温省贝尼米拉的50MW AC光伏电站,配套10MW/20MWh电池储能系统,由欧洲复兴开发银行(EBRD)资助,涵盖设计、建设、并网及18个月运维;二是覆盖全国北部、中部和南部共10个中压变电站的300MW/600MWh独立电池储能系统(BESS),分三个区域标段实施,要求符合国际性能与安全标准。两项招标分别于2026年9月底和10月12日发布,投标截止日为10月29日和12月10日。此举是突尼斯推进能源转型的关键步骤,配合此前已启动的多个光储项目,旨在实现2027年太阳能占比达14%、2030年可再生能源发电占比达30%的国家目标。

中核汇能150MW光伏项目重新报批!来源:黔西南州生态环境局 发布时间:2026-10-19 07:07:28

本文介绍了贵州省望谟县两个农业光伏电站项目因建设方案调整而进行环评重新报批的情况。其中,乐业农业光伏电站原于2024年3月获环评批复、5月开工,但因实际地形限制,部分原定地块不适宜布设光伏方阵,故优化调整了方阵位置,并在条件更适宜区域扩大了建设面积,构成“重大变动”,需重新履行环评审批程序;截至2026年9月,原批复范围已完工,新增用地尚未开工,正开展前期准备。同日,桑郎农业光伏电站也因类似原因发布重大变动环评文件。两项目均由望谟汇新能源有限公司建设,该公司为中核汇能贵州能源开发有限公司全资子公司,最终实控方为中核汇能有限公司。项目总装机150MW,总投资约7.21亿元,占地超320万平方米。