从运维角度浅谈光伏农光互补设计中的注意事项

农光互补项目一般是指利用现有的光伏电站或新建电站在光伏场区种植农作物，近几年来，国内众多知名光伏企业逐渐涉足光伏农业项目，大大促进了国内光伏农业项目发展，这些大公司的加入及整个行业的努力，使得光伏农业在前期系统设计技术等方面得到了快速发展，国家在政策方面的支持也将越来越完善。国外对农光互补研究最多的属欧洲和日本，但研究内容多趋向于对光伏组件与大棚的结合方式、光伏组件类型及发电效率等方面。

农作物对阳光的要求可分为阳性、阴性、耐阴性作物，设计时根据场地面积大小、光伏电站所在地区土地性质、气候环境特征、光照资源等合理选择适合光伏厂区的各个季节种植的各类农作物 (图1)，一般情况下主要有光伏农业种植大棚、光伏养殖大棚等几种模式，可选择种植低矮的农作物，或者提高光伏组件高度，保证种植的农作物的高度低于光伏阵列，避免影响光伏发电，以此创造更好的经济效益和社会效益。

由于农光互补项目，既要保证农业高产量，又要保证发电量及预留运维通道便于后期检修清洗等作业，因此对方阵的排布设计要求比传统的光伏电站要高，需要根据农作物的类型对大棚的要求、各种大棚形式确定，然后根据风载荷、雪载荷设计光伏电站及农业大棚的耐久性和寿命，如图2左所示为某光伏方阵下面种植花卉，右边图片为某山东农光互补项目。图3为某湖北农光互补项目，在已并网电站搭建日光大棚(拱形)种植菌菇类品种，由于菌菇喜阴，大棚包裹了一层遮阳布。此类设计需要考虑前后排光伏组件的遮光度，还需要考虑光伏板的清洗等问题。

图1 常用植物的生长习性

图2 左)光伏+花卉种植右)山东电站农光互补项目

图3 某湖北电站农光互补(日光大棚结构)

本文针对目前国内正在开展或即将开展的农光互补项目的实际情况，文中主要探讨在已经建设的光伏电站中安装光伏大棚，大棚高度或农作物的生长高度对光伏方阵可能会产生阴影遮挡，需要根据电站所处位置的纬度对影子倍率进行计算。一般光伏方阵的前后间距是按照国标计算，冬至日上午的9时到下午的15时，方阵的前后左右无阴影遮挡计算的。，影子倍率是假设1米的高度障碍物，在某一时刻的南北方向的影子长度，不同的纬度影子倍率不同，高纬度地区，影子倍率较大，低纬度地区，影子倍率较小。对于在现有的光伏电站进行农业种植活动，可参考附件的影子倍率计算值。

假设某大棚拟安装在方阵与方阵之间，大棚的横截面为半圆形，半圆形的最高点A离地面的高度为H0，半圆形的中点位置B的离地高度为H1，光伏方阵的离地高度为H2，大棚中心位置距离方阵最佳间距为D，大棚次高点位置距离中心位置为d，如图1和2所示,根据影子倍率，那么大棚中心离方阵前排的间距D应为：

D=Max((H0-H2)*影子倍率，(H1-H2)*影子倍率+d)，即取两者的最大值，实际间距应预留运维通道。影子倍率参考表1，原则上使用冬至日上午9时，但是受场地限制的情况下，可采用冬至日10时的影子倍率。

【算例】：

假设某项目地纬度31.88°，如图1所示，H0=2m，H1=1.73m，H2=1m，d=1m，冬至日上午9时影子倍率为2，那么(H0-H2)*影子倍率=(2-1)*2=2(m); (H1-H2)*影子倍率=(1.73-1)*2+1=2.46(m)，则大棚的中心位置离方阵的前排不宜小于2.46米。

冬至日上午9时影子倍率为1.63，那么(H0-H2)*影子倍率=(2-1)*1.63=1.63(m); (H1-H2)*影子倍率=(1.73-1)*1.63+1=2.19(m)，则大棚的中心位置离方阵的前排不宜小于2.2米。假设光伏方阵的安装倾角30度，则冬至日9时无遮挡的最佳前后间距为6.15米左右，则大棚占据的宽度为4米，则大棚前端距离前排方阵可留出的空间在1米左右，大棚后端距离后排方阵端点约为1.2米，这两个间距为运维组件检修通道。

图1 大棚形式三维立体图

图2 侧视图

表1不同维度下的冬至日时的影子倍率

表2 当方阵离地高度1米时的大棚距离方阵位置单位：米

表3 当方阵离地高度0.5米时的大棚距离方阵位置单位：米

上文讲述的是大棚形式的案例，那么对于在光伏支架间隙种植农作物，为了便于农作物种植及光伏电站的维护，光伏方阵的前后排间距一般来说不应小于6米，且光伏组件的下端距离地面的高度一般在1米到1.5米，假设某农作物最高点离地高度H0，光伏方阵的离地高度为H2，如图3所示，那么农作物离方阵前排的间距应为：(H0-H2)*影子倍率，其中影子倍率参考表4，原则上使用冬至日上午9时，但是受场地限制的情况下，可采用冬至日10时的影子倍率。

当农作物高度小于方阵高度时，农作物和方阵之间预留运维通道即可，一般可预留0.5米-1米左右。若农作物高度不一致，宜以平均高度作为计算依据，如现场方阵的高度低于0.5m时，应根据实际影子倍率，按照比例加大与组件的间隔距离。