農(nóng)光互補(bǔ)項(xiàng)目一般是指利用現(xiàn)有的光伏電站或新建電站在光伏場(chǎng)區(qū)種植農(nóng)作物，近幾年來，國(guó)內(nèi)眾多知名光伏企業(yè)逐漸涉足光伏農(nóng)業(yè)項(xiàng)目，大大促進(jìn)了國(guó)內(nèi)光伏農(nóng)業(yè)項(xiàng)目發(fā)展，這些大公司的加入及整個(gè)行業(yè)的努力，使得光伏農(nóng)業(yè)在前期系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)等方面得到了快速發(fā)展，國(guó)家在政策方面的支持也將越來越完善。國(guó)外對(duì)農(nóng)光互補(bǔ)研究最多的屬歐洲和日本，但研究?jī)?nèi)容多趨向于對(duì)光伏組件與大棚的結(jié)合方式、光伏組件類型及發(fā)電效率等方面。

農(nóng)作物對(duì)陽光的要求可分為陽性、陰性、耐陰性作物，設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)場(chǎng)地面積大小、光伏電站所在地區(qū)土地性質(zhì)、氣候環(huán)境特征、光照資源等合理選擇適合光伏廠區(qū)的各個(gè)季節(jié)種植的各類農(nóng)作物 (圖1)，一般情況下主要有光伏農(nóng)業(yè)種植大棚、光伏養(yǎng)殖大棚等幾種模式，可選擇種植低矮的農(nóng)作物，或者提高光伏組件高度，保證種植的農(nóng)作物的高度低于光伏陣列，避免影響光伏發(fā)電，以此創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

由于農(nóng)光互補(bǔ)項(xiàng)目，既要保證農(nóng)業(yè)高產(chǎn)量，又要保證發(fā)電量及預(yù)留運(yùn)維通道便于后期檢修清洗等作業(yè)，因此對(duì)方陣的排布設(shè)計(jì)要求比傳統(tǒng)的光伏電站要高，需要根據(jù)農(nóng)作物的類型對(duì)大棚的要求、各種大棚形式確定，然后根據(jù)風(fēng)載荷、雪載荷設(shè)計(jì)光伏電站及農(nóng)業(yè)大棚的耐久性和壽命，如圖2左所示為某光伏方陣下面種植花卉，右邊圖片為某山東農(nóng)光互補(bǔ)項(xiàng)目。圖3為某湖北農(nóng)光互補(bǔ)項(xiàng)目，在已并網(wǎng)電站搭建日光大棚(拱形)種植菌菇類品種，由于菌菇喜陰，大棚包裹了一層遮陽布。此類設(shè)計(jì)需要考慮前后排光伏組件的遮光度，還需要考慮光伏板的清洗等問題。

圖1 常用植物的生長(zhǎng)習(xí)性

圖2 左)光伏+花卉種植 右)山東電站農(nóng)光互補(bǔ)項(xiàng)目

圖3 某湖北電站農(nóng)光互補(bǔ)(日光大棚結(jié)構(gòu))

本文針對(duì)目前國(guó)內(nèi)正在開展或即將開展的農(nóng)光互補(bǔ)項(xiàng)目的實(shí)際情況，文中主要探討在已經(jīng)建設(shè)的光伏電站中安裝光伏大棚，大棚高度或農(nóng)作物的生長(zhǎng)高度對(duì)光伏方陣可能會(huì)產(chǎn)生陰影遮擋，需要根據(jù)電站所處位置的緯度對(duì)影子倍率進(jìn)行計(jì)算。一般光伏方陣的前后間距是按照國(guó)標(biāo)計(jì)算，冬至日上午的9時(shí)到下午的15時(shí)，方陣的前后左右無陰影遮擋計(jì)算的。，影子倍率是假設(shè)1米的高度障礙物，在某一時(shí)刻的南北方向的影子長(zhǎng)度，不同的緯度影子倍率不同，高緯度地區(qū)，影子倍率較大，低緯度地區(qū)，影子倍率較小。對(duì)于在現(xiàn)有的光伏電站進(jìn)行農(nóng)業(yè)種植活動(dòng)，可參考附件的影子倍率計(jì)算值。

假設(shè)某大棚擬安裝在方陣與方陣之間，大棚的橫截面為半圓形，半圓形的最高點(diǎn)A離地面的高度為H0，半圓形的中點(diǎn)位置B的離地高度為H1，光伏方陣的離地高度為H2，大棚中心位置距離方陣最佳間距為D，大棚次高點(diǎn)位置距離中心位置為d，如圖1和2所示,根據(jù)影子倍率，那么大棚中心離方陣前排的間距D應(yīng)為：

D=Max((H0-H2)*影子倍率，(H1-H2)*影子倍率+d)，即取兩者的最大值，實(shí)際間距應(yīng)預(yù)留運(yùn)維通道。影子倍率參考表1，原則上使用冬至日上午9時(shí)，但是受場(chǎng)地限制的情況下，可采用冬至日10時(shí)的影子倍率。

【算例】：

假設(shè)某項(xiàng)目地緯度31.88°，如圖1所示，H0=2m，H1=1.73m，H2=1m，d=1m，冬至日上午9時(shí)影子倍率為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)，則大棚的中心位置離方陣的前排不宜小于2.46米。

冬至日上午9時(shí)影子倍率為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)，則大棚的中心位置離方陣的前排不宜小于2.2米。假設(shè)光伏方陣的安裝傾角30度，則冬至日9時(shí)無遮擋的最佳前后間距為6.15米左右，則大棚占據(jù)的寬度為4米，則大棚前端距離前排方陣可留出的空間在1米左右，大棚后端距離后排方陣端點(diǎn)約為1.2米，這兩個(gè)間距為運(yùn)維組件檢修通道。

圖1 大棚形式三維立體圖 

圖2 側(cè)視圖

表1不同維度下的冬至日時(shí)的影子倍率

表2 當(dāng)方陣離地高度1米時(shí)的大棚距離方陣位置 單位：米

表3 當(dāng)方陣離地高度0.5米時(shí)的大棚距離方陣位置 單位：米

上文講述的是大棚形式的案例，那么對(duì)于在光伏支架間隙種植農(nóng)作物，為了便于農(nóng)作物種植及光伏電站的維護(hù)，光伏方陣的前后排間距一般來說不應(yīng)小于6米，且光伏組件的下端距離地面的高度一般在1米到1.5米，假設(shè)某農(nóng)作物最高點(diǎn)離地高度H0，光伏方陣的離地高度為H2，如圖3所示，那么農(nóng)作物離方陣前排的間距應(yīng)為：(H0-H2)*影子倍率，其中影子倍率參考表4，原則上使用冬至日上午9時(shí)，但是受場(chǎng)地限制的情況下，可采用冬至日10時(shí)的影子倍率。

當(dāng)農(nóng)作物高度小于方陣高度時(shí)，農(nóng)作物和方陣之間預(yù)留運(yùn)維通道即可，一般可預(yù)留0.5米-1米左右。若農(nóng)作物高度不一致，宜以平均高度作為計(jì)算依據(jù)，如現(xiàn)場(chǎng)方陣的高度低于0.5m時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際影子倍率，按照比例加大與組件的間隔距離。

圖3 紅色箭頭表示農(nóng)作物和方陣前排的間距

表4農(nóng)作物不同高度時(shí)，農(nóng)作物離方陣前排的間距(單位：m)

光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)科技相結(jié)合，采用農(nóng)光互補(bǔ)，提高土地利用，增加了經(jīng)濟(jì)效益，由于農(nóng)業(yè)大棚的形式很多，文中僅列舉了在日光大棚結(jié)構(gòu)及方陣之間直接種植兩種方式下，大棚和農(nóng)作物對(duì)光伏陣列的遮光問題，使用影子倍率可簡(jiǎn)單計(jì)算離方陣的距離，給農(nóng)光互補(bǔ)項(xiàng)目的建設(shè)可提供一定的參考價(jià)值。