CN107318496B - 和光伏电站结合的猕猴桃果园弱光漫射光光照实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种和光伏电站结合的猕猴桃果园弱光漫射光光照实现方法，和光伏电站结合的猴桃果园包括猕猴桃林和光伏阵列单元；光伏阵列单元包括光伏线材，光伏线材包括立柱和与立柱连接的横梁；立柱为猕猴桃的生长提供了支撑；光伏阵列单元的数量为N个，N≥1；其特征在于，采用温室专用玻璃实现弱光漫射光光照。本发明利用光伏电站中现成的光伏组件上的边框安装温室专用玻璃，把光伏组件和温室专用玻璃，按实际需要的设计，在合适的位置按比例组合，同时在温室专用玻璃处辅以可开合可调节遮光装置，把直射光转变为漫射光，把强光变为弱光，且实现光照的高透光性、均匀性、可调节性、选择性，更有利于猕猴桃的生长。

Description

和光伏电站结合的猕猴桃果园弱光漫射光光照实现方法

技术领域

本发明属于果树种植领域，尤其是涉及一种和光伏电站结合的猕猴桃果园弱光漫射光光照实现方法。

背景技术

一、光伏发电的基本情况

我国是世界上太阳能资源最为丰富的国家之一，是全球最大的太阳能电池板生产国。光伏发电是国家重点扶持的新能源项目，该行业目前还依赖政府，其收益来自财政部的“可再生能源发展基金”，由国家电网负责发放支付。光伏电站的建设需要地方政府(国土、电力、水利等)同意、能源局核准审批。

(一)光伏发电站形式

目前主要包括以下几种形式：

1、集中式光伏(地面)电站：光伏发电应用的初始阶段，其特点为规模大，主要集中在西部光照好的地方，基本直接铺在地上。但西部光伏发电太多，而用电需求在东部，电网送不出去，弃电率高。

2、分布式光伏电站：分布式相对于集中式，它是指利用分散式资源，装机规模较小的、布置在用户附近的发电系统，它一般接入低于35千伏或更低电压等级的电网。经过多年的扶持，仍规模有限。

3、农光互补：随着技术工程的逐步改善，光伏发电单位投入大幅度下降，在光照相对不优越的中东部地区也可以实现赢利，且更接近用电需求则。但中东部能满足光伏发电体量的土地多为农用地。初始的农光互补，或者光伏界称为的光伏农业，多数实质是以农光互补的幌子发展光伏，农业属于点缀。2015年12月2日，国土资源部以规范性文件形式发布了《光伏发电站工程项目用地控制指标》国土资规〔2015〕11号，自2016年1月1日起实施，该标准制定遵循原则之一为体现保护耕地和节约集约用地的原则。2016年11月，事关全球气候治理的《巴黎条约》正式生效。实现节能减排的大业，农光互补担当大业。

真正的农光互补，“农”应为基础，光伏应变的“高、宽、瘦”。长高，从基本直接铺在地上到离地两米以上，这样和农作物阳光雨露共沾；拉宽，大行距，考虑作物生长和机械作业的需要；变瘦，以前光伏阵列的宽度方向上由三块四块组件拼在一块，又胖又矮，相对阴影面积大，留给农作物的阴影多，得变成一块二块拼在一起，加上又长高了，那么投给农作物的阴影也少了。既然是互补，“农”也得调整，品种(组合)、农机农艺融合，和光伏更好的配合。还有更重要的，农业进一步调整为更高的经济效益，让投农民愿意管理，深刻调动农民种植管理的积极性。如以上几个方面做的好，实现农业和光伏电站深度融合，就从农光互补升级到农光一体。

(二)太阳能电池材料

目前，工业化大规模应用的太阳能电池材料包括单晶、多晶、薄膜，其中单晶硅和多晶硅不透光，薄膜太阳能电池透光率可以根据需要在5％-30％之间调整。

二.农光互补现有光照解决方式

(一)晶硅组件间歇式排列

晶硅组件间歇式排列，也就是几何分光，即让一部分光照在光伏电池上转变为太阳能发电，一部分光留给植物(或动物)，前提是按设计的农作物组合和组件的间歇式比例。光照不均匀，易出现“阴阳棚”，不能根据季节和农作物品种有效调节。

(二)薄膜太阳能电池

薄膜太阳能电池具有一定的透光率，透光率根据需要可调整。薄膜太阳能电池透过的光为“过滤”的光，不是“自然光”。薄膜太阳能电池由于技术路线和工艺的不同，透过的光的光谱范围有异，透光的光不一定是植物光合作用所需要的光谱成分。一旦选择，透过的光谱已确定。透光率不高，不可调节。

相对于晶硅电池，薄膜太阳能实际商用的比例目前还很低。

(三)局限性

现有的农光互补，因投资的主体为光伏，光伏组件的间距和阵列的行距，通常以光伏发电的需求为基准，往往超过或不能满足光伏板下(间)植物的需求。更不用说光伏组件有二十五年以上的生命周期内农作物的经济效益和种植结构可能会调整，光照不具有调整性。

三、猕猴桃产业

(一)产业现状和发展潜力

猕猴桃(Actinidia Lindl.)是20世纪野生果树人工驯化栽培最有成就的四大果树之一(猕猴桃、蓝莓、鳄梨、澳洲坚果)。我国是绝大多数猕猴桃属种质资源的发源地，该属54个种有52个种起源于中国。其果实以其独特的风味，富含维生素C、膳食纤维和多种矿物质，以及具有清肠健胃等功效而深受种植户及消费者欢迎。该种果品虽被列为小宗果树作物，但发展迅速。1978年我国猕猴桃种植面积不足1hm²，到1990年总种植面积增长到4千hm²，1996年达4万hm²。特别是最近十余年来发展势头强劲，2014年至2015年我国猕猴桃结果面积呈现了跳跃式变化，2014年结果面积比2013年增加了81.3％，2015年比2014年又增加了72.4％。目前无论总面积还是总产量，我国均位居世界第一位，已远远超过新西兰和意大利，可见我国猕猴桃在世界猕猴桃产业中占有举足轻重的地位。

尽管我国猕猴桃产业发展迅速，但其面积、产量和苹果、梨等大宗水果相比还很少。目前，从面积来看，仅为苹果的1/28，梨的1/10；从产量上来看，仅为苹果的1/31，梨的1/14。按照中国园艺学会第六届全国猕猴桃研讨会2016年苍溪会议上关于2015年我国猕猴桃产量的260万吨产量和13亿人口计算，我国人均猕猴桃占有量仅为2千克，低于新西兰、意大利、希腊、西班牙等国家人均3.0千克以上的水平，也远低于我国苹果人均占有量的29千克。随着居民的收入、消费水平不断提升和营养保健意识的不断加强，对猕猴桃果品的要求量也将不断增加。如果我国人均猕猴桃消费量达到5千克/年，仅国内市场则所需年产量约为650万吨。按照国际猕猴桃组织估算的世界2013年猕猴桃总产量243万吨和目前全世界人口的70亿计算，世界猕猴桃鲜果的人均消费量约为0.35千克，如果能达到人均消费2千克/年计算，全世界需求量将需要14000万吨，足见产业发展潜力巨大。

(二)产业发展投资需求

猕猴桃属藤本植物，需要投入架材，同时对环境适应性较差，管理难度大，高投入高产出特征明显。光照方面，多数猕猴桃属于中等喜光性树种，喜半荫环境，对强光照射比较敏感，要求日照时间为1300～2600小时，喜漫射光，忌强光直射，自然光照强度以40％～45％为宜；猕猴桃不同树龄期对光照的要求不同，如幼苗期喜阴凉，需要适当遮荫；成年树需要良好的光照条件才能保证生长和结果的需要，但害怕烈日强光爆晒，否则会产生果实日灼病、叶缘焦枯等，严重者甚至导致整株死亡。温度方面，猕猴桃是一种不耐高温的果树，在中国广大猕猴桃产区，夏季高温、干旱、强光常同时协同作用，严重影响树体生长发育；在高温、干旱地区，7～8月份气温达38～40℃以上，在阳光直射、没有遮荫、持续多天没有下雨而又缺乏灌溉的条件下，常会发生“日灼”；日灼在叶片、果实、枝蔓和主干上都会发生，但以果实、叶片和老弱的藤蔓受害较多，尤其是叶片和果实，灼果率和落果率可达30％～50％。另外，猕猴桃嫩梢长而脆，叶大而薄，春季大风常使枝条干枯、折断；夏季干热风会使叶缘焦枯、叶片凋萎，严重影响树体的生长发育。

建园时，除了苗木和肥料等基本投资外，需要投入架材；而且由于幼树期喜阴，还要覆盖遮阳网的作为遮阴物；因为怕风，多风地区建园时周边要事先建设防护林。在架材方面多采用水平大棚架，架面高度1.8～2.0m，架面上以立柱为中心向两侧每50cm拉一道钢丝，构成棚架架面；架材有水泥柱或不锈钢两种材料；高立柱顶部拉钢丝，与架面上的拉丝构成一个等腰三角形，构成遮阳网(人工方式上网)支撑结构；每块土地四周最外一圈立柱(高低两种)的外侧都要再斜埋一根柱子，便于绷紧钢丝，钢丝需与架面平，经过斜埋柱后，地锚埋入土中；第1～2年要搭遮阳网，会大大提高苗木成活数量。架材和遮阴网投入每亩投资约4000～5000元左右，而且比较费工费力，这也是制约很多投资者大量发展猕猴桃产业的一个根本问题。

发展新型产业是未来经济发展的方向，为传统农业的发展带来了新机遇。如能将光伏发电与猕猴桃产业相结合，无疑为产业发展带来了新的契机，同时集约利用了土地，提高了单位面积经济效益，在适宜猕猴桃种植的光伏发电产业基地，进行林(猕猴桃)-光一体化产业设计，存在巨大的成功可能性。

发明内容

为了更好的满足和光伏电站结合的猴桃果园中果树的生长，本发明提供一种和光伏电站结合的猕猴桃果园弱光漫射光光照实现方法，和光伏电站结合的猴桃果园包括猕猴桃林和光伏阵列单元；光伏阵列单元包括光伏线材，光伏线材包括立柱和与立柱连接的横梁；立柱为猕猴桃的生长提供了支撑；光伏阵列单元的数量为N个，N≥1；其特征在于，采用温室专用玻璃实现弱光漫射光光照。

进一步地，光伏阵列单元还包括光伏组件；光伏组件包括电池片排列组件和围绕电池片排列组件的边框；利用边框，温室专用玻璃设置在光伏组件之间。

进一步地，光伏组件之间至少设置了两块并行的温室专用玻璃；并行的温室专用玻璃上匹配设置有滑轨和滑轮，用于调节并行的温室专用玻璃之间的重合程度，达到调整并行的温室专用玻璃的宽度的目的。

进一步地，温室专用玻璃辅以可开合可调节遮光装置。

优选地，遮光装置包括自动窗帘和/或非自动窗帘。

进一步地，利用边框、立柱和/或横梁为支撑设置转光膜，并辅以开合功能。转光膜，也叫转光农膜、多功能农膜等，是根据植物光合作用对光利用的特点，在农膜配方中加入转光助剂和介质助剂，选择性透过特定植物需要的光谱。转光膜的设计，主要为和猕猴桃套种的植物和种植结构调整的植物预留考虑。转光膜的面积根据实际需要设计，实现光照的可调节性和可选择性。

进一步地，和光伏电站结合的猕猴桃果园中的猕猴桃幼苗定植在相对阴影地区；当猕猴桃果树长到1.8-2.3m时，进行单主蔓上架管理，即使得每株猕猴桃果树的永久性骨干枝为单个且朝向光伏阵列单元之间的间隔方向生长，并控制其长度在2.0-3.0m；永久性骨干枝上的结果母枝的长度控制在1.5-2.0m。

优选地，永久性骨干枝长度控制在2.5m；结果母枝长度控制在1.8m。

进一步地，多个光伏阵列单元并排排列，每个光伏阵列单元为一行，从而形成光伏阵列；猕猴桃幼苗呈行定植在光伏阵列单元的相对阴影地区，同一行相邻三株中的第一株与第三株的间距为3.5-4.5m；同一行中相邻两株猕猴桃果树的永久性骨干枝生长方向相反。该间距的设定是为了使得相邻两株结果母枝保留0.5米左右的空隙，便于人工管理操作。

优选地，上述间距为4m。

进一步地，同一排中相邻行上的两株猕猴桃果树的永久性骨干枝生长方向相同。

进一步地，猕猴桃架面下套种耐阴的经济矮秆作物、药材和/或绿肥。这有利于提高经济效益，改良果园土壤，提高肥力，促进树体生长，增加产量，可以减少果园肥料投入，同时可以减少除草、浇水等管理。

有益效果：

温室专用玻璃，即漫射光玻璃，通过该玻璃表面特殊的花型设计和减反射技术，最大限度将太阳光变为散射光。其优点有：具有高透光性，通过减反射技术使玻璃可见光透射比有效提升(可达10％以上)；高散射性，阳光透过玻璃由直射光变为散射光，降低太阳光的辐照强度，减少植物的光抑制效应；均匀性，实现无阴影光照；无滴露，减反射处理后玻璃表面具有亲水性；安全性高，长寿命，经济性好。

相对于农业上常用的浮法玻璃，温室专用玻璃在工艺上成本增加不大。只是改变表面的花型设计和减反射技术，透光而不滤光。在大棚中使用玻璃，在农业中有大量的成熟应用，和农业的结合性较好。

本发明利用光伏电站中现成的光伏组件上的边框安装温室专用玻璃，把光伏组件和温室专用玻璃，按实际需要的设计，在合适的位置按比例组合，同时在温室专用玻璃处辅以可开合可调节遮光装置，把直射光转变为漫射光，把强光变为弱光，且实现光照的高透光性、均匀性、可调节性、选择性，更有利于猕猴桃的生长，实现更好的经济收益(提高光伏发电的收益，光伏组件的布置可以相对更密；提高农业的收益，实现农业均匀的和稳定的收益(猕猴桃挂果前和开始挂果后套种的作物对光照的需求及分配比例不同；光伏电站近三十年的生命周期内作物的市场可能变化导致种植结果可能的调整，相应有不同的光照需求))。

本发明基于光伏电站和农业融合的趋势，在已有的猕猴桃林光一体发明基础上，利用光伏阵列的边框设置温室专用玻璃，以及利用立柱、横梁和/或边框设置转光膜，同时对猕猴桃果树的定植和单主蔓上架管理，实现猕猴桃果园光照需求，且不增加光伏电站投资，不影响光伏电站发电效率。

附图说明

图1是使用大棚常用浮法玻璃时大棚内景图片。

图2是使用温室专用玻璃时大棚内景图片。

图3是本发明的一个具体实施方式中的光伏组件的结构示意图。

图4是本发明的一个具体实施方式中的光伏组件和温室专用玻璃组合示意图。

图5是本发明的猕猴桃果树树体整枝的结构示意图。

图6是猕猴桃幼苗时，本发明的一个具体实施方式中的和光伏电站结合的猴桃果园的结构示意图。

图7是进行单主蔓上架管理后，本发明的一个具体实施方式中的和光伏电站结合的猴桃果园的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

图1和2示出了浮法玻璃和温室专用玻璃的效果差异：使用浮法玻璃的大棚在太阳照射下会产生大量阴影；使用温室专用玻璃的大棚在太阳照射下无阴影，提升了光线的均匀性。

图3和6示出的具体实施例中的和光伏电站结合的猴桃果园包括猕猴桃林1、光伏阵列单元2。光伏阵列单元2包括光伏线材21和光伏组件22。光伏线材21包括立柱211和横梁212。横梁212包括上横梁2121和下横梁2122，横梁的数量可以根据实际情况调整，可以为1条或者多条，不限于图6所示。相邻光伏阵列单元2之间的横梁212彼此连接。图6中仅示出了3个光伏阵列单元2，本发明的和光伏电站结合的猴桃果园的光伏阵列单元2的数量不限于3个，可以为1个或多个。

光伏组件22包括电池片排列组件221和边框222。边框222被设置为将电池片排列组件221包边。立柱211树立在土地上，起到支撑作用，横梁212和光伏组件22分别与立柱211连接。光伏阵列单元2的数量为1个或多个。

电池片包括晶硅电池片。晶硅电池片可以是单晶也可以是多晶，其常规尺寸是6英寸，即156mm×156mm；也可以是其他尺寸，比如5英寸的单晶片，等等。

电池片排列组件221包括电池片排列6×10的组件和/或电池片排列6×12的组件。电池片排列6×10的组件的尺寸：1650×991×40mm；质量：18.2kg；电池片排列6×12的组件的尺寸：1956×991×45mm；质量：26.5kg。

电池片排列组件221可以竖着排、横着排，具有多种组合方式，加上边框222，构成光伏阵列单元的宽度W。当多块电池片排列6×10的组件或电池片排列6×12的组件竖着排时，加上边框222，光伏阵列单元2的宽度W是1m；当多块电池片排列6×10的组件横着排时，加上边框222，光伏阵列单元2的宽度W是1.7m；当多块电池片排列6×12的组件横着排时，加上边框222，光伏阵列单元2的宽度W是2m；当3块电池片排列6x 10的组件或电池片排列6×12的组件并肩竖着排时，加上边框222，光伏阵列单元2的宽度W是3m；当2块电池片排列6×12的组件并肩横着排时，加上边框222，光伏阵列单元2的宽度W是4m。其他不同排列方式还可以得到宽度W为5m或6m的光伏阵列单元2，这里不再赘述。这里仅是举例说明可以有这样的一些组合方式，但不限于此，而且边框的宽度可以根据实际情况进行调整。此外，光伏阵列单元的宽度W会随着电池片排列组件221的四周都加边框，或只是两边加边框，或部分两边加边框，或不加边框而有所不同。

光伏阵列单元2为固定式支架，其倾角a是28度，也可以是25-30度。或者光伏阵列单元2为跟踪式光伏阵列单元。当有多个光伏阵列单元2时，相邻的光伏阵列单元2之间的行距D为3-5.5m，其计算公式为：

表示安装光伏发电系统所在地区的纬度，H表示光伏阵列单元中的光伏组件的最上缘与相邻光伏阵列单元中的光伏组件的最下缘的高度差。光伏组件的倾角为a°则，光伏阵列单元的宽度W＝H/sin a°，即H＝W×sin a°。当

取25度时，D约为1.5337H，即1.5337W×sin a°；当

取30度时，D约为1.8224H，即1.8224W×sin a°。当a°为25-30°时，则可以计算得出相应的D值为多少个W。当D值满足猕猴桃生长的最佳行距3-5m时，即可以确定W的值，从而对所有光伏阵列单元的排布进行优化，使之适应光伏发电，又适应猕猴桃生长所需。

光伏组件22的最下缘距离地面的高度L是2.1-2.3m。

本申请主要是采用温室专用玻璃实现弱光漫射光光照。其温室专用玻璃的安装和调整的实施例如图4所示。温室专用玻璃4安装在两块光伏组件22之间的空隙里。具体的是利用了电池片排列组件周围的边框实现的。温室专用玻璃的面积或比例具有可调节性，能适当的增大或减小。具体方式为光伏组件之间至少设置了两块并行的温室专用玻璃；并行的温室专用玻璃上匹配设置有滑轨和滑轮，用于调节并行的温室专用玻璃之间的重合程度，达到调整并行的温室专用玻璃的宽度的目的。

此外，本申请辅以可开合可调节遮光装置，利用边框、立柱和/或横梁为支撑设置转光膜，对猕猴桃果树的单主蔓上架管理等方式来调节光照。其中，设置遮光装置和转光膜很容易理解，这里就不再赘述。下面对猕猴桃果树的单主蔓上架管理方式调节光照使得其适应猕猴桃生长做一介绍。

如图5所述，成年的猕猴桃果树，其主干3上生长出近似水平伸展的永久性骨干枝31，永久性骨干枝31上生长出结果母枝32，结果母枝32上生长出结果枝33和果实34。图5仅展示了一侧的永久性骨干枝，传统猕猴桃果树一般两侧均长有永久性骨干枝。但本发明中经过单主蔓上架管理，仅保留了一侧的永久性骨干枝。目的是为了与光伏阵列单元的疏密设置相适应，单侧永久性骨干枝更容易控制每株果树的生长空间，让成年树体的生长尽量朝光伏阵列单元之间有空隙、光线较充足的地方生长，满足猕猴桃树体幼树时喜阴、成年树比较喜欢中等强度光照的特性，同时适当进行光照有利于树体更好的生长，也有利于果实品质的提高。

图6和7示出了不同时期，和光伏电站结合的猴桃果园的情况。如图7所示，和光伏电站结合的猕猴桃果园中，多个光伏阵列单元2并排排列，每个光伏阵列单元2为一行，从而形成光伏阵列。猕猴桃幼苗呈行定植在立柱211附近，即相对阴影地区。当猕猴桃果树长的主干3高度到接近光伏组件22时，即1.8-2.3m时，进行单主蔓上架管理，使得每株猕猴桃果树的永久性骨干枝31为单个且朝向光伏阵列单元2之间的间隔方向生长，并控制其长度在2.0-3.0m；同一行中相邻两株猕猴桃果树的永久性骨干枝31的生长方向相反。永久性骨干枝31上的结果母枝32的长度控制在1.5-2.0m，在永久性骨干枝31两侧交替排布。同侧生长的永久性骨干枝，相邻两株相对生长的结果母枝保留0.5米左右的空隙便于人工管理操作，因此，同一行中相邻三株定植的猕猴桃苗之间的间距为3.5-4.5m(即第一株到第三株的距离是3.5-4.5m)。如图7所示的猕猴桃果树分布方式，非常好的利用了光照，既满足了猕猴桃幼苗喜阴的需要，又满足了成年果树对光照的需求，同时节省了空间，增大果树种植密度，增加单位面积产量和经济效益。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施方式，仅为了说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让本领域技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种和光伏电站结合的猕猴桃果园弱光漫射光光照实现方法，所述和光伏电站结合的猴桃果园包括猕猴桃林和光伏阵列单元；所述光伏阵列单元包括光伏线材，所述光伏线材包括立柱和与所述立柱连接的横梁；所述立柱为猕猴桃的生长提供了支撑；所述光伏阵列单元的数量为N个，N≥1；其特征在于，采用温室专用玻璃实现弱光漫射光光照；

所述光伏阵列单元还包括光伏组件；所述光伏组件包括电池片排列组件和围绕所述电池片排列组件的边框；利用所述边框，所述温室专用玻璃设置在所述光伏组件之间；

所述温室专用玻璃辅以可开合可调节遮光装置；所述遮光装置包括自动窗帘和/或非自动窗帘；利用所述边框、立柱和/或横梁为支撑设置转光膜；

所述光伏组件之间至少设置了两块并行的所述温室专用玻璃；并行的所述温室专用玻璃上匹配设置有滑轨和滑轮，用于调节并行的所述温室专用玻璃之间的重合程度，达到调整并行的所述温室专用玻璃的宽度的目的；

所述和光伏电站结合的猕猴桃果园中的猕猴桃幼苗定植在相对阴影地区；当猕猴桃果树长到1.8-2.3m时，进行单主蔓上架管理，即使得每株所述猕猴桃果树的永久性骨干枝为单个且朝向所述光伏阵列单元之间的间隔方向生长，并控制其长度在2.0-3.0m；所述永久性骨干枝上的结果母枝的长度控制在1.5-2.0m；

多个所述光伏阵列单元并排排列，每个所述光伏阵列单元为一行，从而形成光伏阵列；所述猕猴桃幼苗呈行定植在所述光伏阵列单元的相对阴影地区，同一行相邻三株中的第一株与第三株的间距为3.5-4.5m；同一行中相邻两株所述猕猴桃果树的永久性骨干枝生长方向相反。

2.如权利要求1所述的和光伏电站结合的猕猴桃果园弱光漫射光光照实现方法，其特征在于，同一排中相邻行上的两株所述猕猴桃果树的永久性骨干枝生长方向相同。

3.如权利要求1-2任一项所述的和光伏电站结合的猕猴桃果园弱光漫射光光照实现方法，其特征在于，猕猴桃架面下套种耐阴的经济矮秆作物、药材和/或绿肥。

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