CN117792235B - 耕地高空光伏发电方法及光伏发电悬索 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种（利用）耕地高空（进行）光伏发电（的）方法及光伏发电悬索。在高抗拉强度的承重索周围铺设上光伏电池层，以封装制出一种光伏发电悬索，并通过高耸支撑物将光伏发电悬索架设到耕地上空，一方面吸收高空中的富余太阳能发电，另一方面还可顺便输水灌溉，实现农业生产与光伏发电互补发展——农光互补。其跨度大、桩基少，可避免严重妨碍农机作业。本申请克服了现有农光互补技术发电波动大、高空架设难、安装工费高、难于清洗维护、使用寿命短、耕地上空富余的太阳能资源未被充分有效开采等诸多技术缺陷，可大规模推广应用。

Description

耕地高空光伏发电方法及光伏发电悬索

技术领域

本申请属于农光互补技术领域，具体涉及一种（利用）耕地高空（进行）光伏发电（的）方法及其光伏发电悬索。

背景技术

中国专利（CN113345974A）公开了一种由北京昌日新能源科技有限公司申请的“农光互补光伏发电装置”专利，它包括多个电池组件，所述电池组件包括多个电池片以及受光层；其中，所述受光层为柔性受光层，并且所述多个电池片中相邻电池片之间具有空隙，以使得所述受光层与所述多个电池片所组成的整体能够利用所述受光层的柔性以及所述多个电池片之间的空隙实现弯曲，进而实现所述电池组件的弯曲，使得所述电池组件不仅能够安装在安装面与所述电池组件形状高度一致的应用场景中，还能够安装在安装面与所述电池组件接触面不一致的应用场景中，从而使得所述农光互补光伏发电装置能够适用于更多的应用场景，有助于提高所述农光互补光伏发电装置的实用性。然而，实践发现，其严重不足在于：如其“图6”所示，须在耕地里安装众多农光互补光伏发电装置；每亩耕地的投资大、发电成本高，其众多桩基大量占用了耕地面积、严重妨碍了农业机械化作业。

中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院岩土工程有限公司作为专利申请人，提出了“一种大跨度柔性支架光伏电站的石漠化治理系统（CN219812768U）”、“一种大跨度双曲悬索柔性光伏支架（CN219834036U）”、“一种大跨度预应力双层索网结构光伏支架及其安装方法（CN116780986A）”、“一种大跨度柔性索网结构光伏支架（CN116667755 A）”等四件专利。该四件专利申请具有一个技术共同点：即采用“两根承重索”和“一根稳定索”搭建一种三角形结构的柔性光伏支架，用于支撑和稳定光伏电池板。

深圳市安泰科能源环保股份有限公司作为专利申请人，提出了“一种柔性光伏支架（CN215646660U）”专利，它包括多个依次设于各第一支撑组件的拉索组件，该拉索组件上设有多个光伏组件，如此使得光伏组件能够倾斜设置以面向太阳。柔性光伏支架还包括连接索，该连接索位于相邻第一支撑组件之间并能够将各拉索组件连为一体，连接索的端部通过弹性部件与第二支撑组件连接。可有效降低连接索预应力的损失，避免其发生松弛，保证对拉索组件承重的强度，提升柔性光伏支架的稳定性。其背景技术指出“现有柔性光伏支架在实际使用时存在一定问题，由于其光伏组件是由钢绞线制成的拉索进行串联，仅在轴向具有较大的刚度，因此在风荷载的作用下，极易发生扭转运动，极易导致光伏组件的损坏。现有技术中常采用连接索将各拉索连为一体，以提高柔性光伏支架的稳定性，但是连接索在使用一段时间后会发生松弛，影响柔性光伏支架的稳定”。对比可知，该柔性光伏支架如其“图1和图6”所示，同样使用“第一连杆91、第二连杆92和第三连杆93、“下弦索80与上拉索11和下拉索12等构件来搭建一种三角形结构的柔性光伏支架，用于支撑和稳定面积较大的质量较重的光伏电池板。

调研发现，一些地方农管部门颁布了“农光互补”的政策，规定在耕地和永久基本农田里布设柔性光伏支架等光伏方阵，须采用农光互补模式。原则上光伏组件最低沿应高于地面2.5米，桩基列间距应大于 4米、行间距应大于10米，除桩基用地外，严禁硬化地面、破坏耕作层。布设在水面上的光伏方阵，组件最低沿应高于最高水位0.6米。布设在林地上的光伏方阵用地，须采用林光互补模式。可使用年降水量400毫米以下区域的灌木林地以及其他区域覆盖度低于50%的灌木林地，不得采伐林木、割灌及破坏原有植被，不得将乔木林地、竹林地等采伐改造为灌木林地后架设光伏板；每列光伏板南北方向应合理设置净间距，并采取有效水土保持措施，确保灌木覆盖度等生长状态不低于林光互补前水平。由此可见，地方农管部门是严控光伏项目占用耕地的，目的在于严防死守18亿亩耕地红线，严格落实耕地保护制度。

本申请之发明人跟踪调研了上述柔性光伏支架和“农光互补”等专利技术的实施情况后发现，其存在以下诸多严重技术缺陷：其一、众多密集的桩基大量占用了耕地面积、且严重妨碍了农业机械化作业；其二、柔性光伏支架的成本高、高空架设难、大风易扭转、小风易抖动、大雪冻雨易压断、板面灰尘难清洗、易损坏、寿命短、瞬电波动大。总而言之，现行柔性光伏支架高空架设难，安装工费高，清洗维护难，使用寿命短，易扭转/抖动、瞬电波动大，耕地上空富余的太阳能资源难以低成本开采。

发明内容

本申请的目的之一：提供一种（利用）耕地高空（进行）光伏发电（的）方法，以期克服现行柔性光伏支架高空架设难，安装工费高，清洗维护难，使用寿命短，易扭转/抖动、瞬电波动大，耕地上空富余的太阳能资源难以低成本开采等诸多技术缺陷。

本申请的目的之二：提供一种光伏发电悬索，以期克服现行柔性光伏支架高空架设难，安装工费高，清洗维护难，使用寿命短，易扭转/抖动、瞬电波动大，高空富余的太阳能资源难以低成本开采等诸多技术缺陷。

为了实现上述发明目的之一，本申请采取的技术方案如下。

本申请提供一种耕地高空光伏发电方法，其特征在于，包括以下步骤：

①在高抗拉强度的承重索周围铺设光伏电池层（最好在大于800兆帕的高抗拉强度的承重索周围、铺设一圈或大半圈光伏电池层并将其众多光伏电池串联或/和并联起来）；在光伏电池层上覆设透明保护层（也可称作透明护套）；封装出（一条条）粗细尺寸为D的（最好是宽度或直径为D的）、周围（例如外壁、外套、外壳、外表等外层）大部分区域铺设有光伏电池层的、周围大部分区域（最好是周围全部区域）都可接受光照（无论光伏发电悬索如何乱动始终都有面朝太阳的光伏电池层可接受光照）发电的（几十米乃至成百上千米长的）单根光伏发电悬索；该光伏发电悬索的横截面最好设计成圆形，也可是（但不建议使用）三角形、或方形、或（趋近于圆形的）多边形等；其中，D≤10mm或20mm或30mm或50mm或100mm或200mm或300mm或500mm；

②将（一条条）众多光伏发电悬索间隔一定距离、通过（支撑柱或吊索塔等）高耸支撑物架设到耕地上空（的高空中），并将其（众多光伏发电悬索）串联或/和并联成光伏电池组（以进行光伏发电）；将光伏发电悬索（最低点）距离作物顶梢的高度设为H、将光伏发电悬索的跨度设为L、将光伏发电悬索（在耕地上）的水平投影间距设为K；其中，H≥1m或2m或5m或10m或20m或30m或50m（总之，应使高度H足够高，以保证作物顶梢不会触碰到光伏发电悬索）、L≥10m或20m或50m或100m或500m或1000m（总之，应使跨度L足够大，以减少高耸支撑物的数量、降低桩基占地面积、避免严重妨碍农机作业）、K≥0.01m或0.05m或0.10m或0.20m或0.5m或1m或2m或3m或5m或10m（总之，应适当减少光伏发电悬索的阴影面积、最低限度地保证作物生长光照需要、避免因光合作用不足而减产）；

③（尽量）采用粗细尺寸D较小的光伏发电悬索、（尽量）将光伏发电悬索的间距拉大，以使光伏发电悬索的粗细尺寸D与光伏发电悬索的水平投影间距K之比值:D/K≤0.01或0.02或0.03或0.05或0.10或0.20或0.30或0.50，以保证光伏发电悬索落在耕地里的阴影、随着太阳的移动、可快速（最好在5分钟时间以内）划过同一株作物，从而避免同一株作物因长时间停留（停留时间最好不要超过10分钟）在光伏发电悬索的阴影里、而降低光合作用、导致作物减产。

优选的是，所述的耕地高空光伏发电方法，其特征在于：在光伏发电悬索周围60-100%的区域（最好是周围全部区域），铺设上由众多光伏电池片及其光伏电池板串联或/和并联起来所构成的光伏电池层，封装成一条横截面为圆形、或三角形、或方形、或多边形的（数十米甚至成百上千米长的）单根光伏发电悬索。

优选的是，所述的耕地高空光伏发电方法，其特征在于：将承重索设置到光伏发电悬索重心的正上方，以形成倒悬结构，使之受到风力作用时，能够保持平衡、不易乱动。

优选的是，所述的耕地高空光伏发电方法，其特征在于：将承重索设置到圆形光伏发电悬索的轴心位置，以确保形成轴心与重心重合的防扭（防扭曲或防扭结）结构，从而使光伏发电悬索受到来自各个方向的风力作用时，受力始终均匀、不会频繁颤抖、不易乱动、不会产生扭转。这里需要特别强调的是，圆形光伏发电悬索的受光层因为是对称柱面，光照面积不会因光伏发电悬索乱动而变化，所生产的光伏电压及电流稳定，不会随风波动、不会随机变化；并且圆形光伏发电悬索因为阳光可从各个角度进入，包括较低的太阳高度角度，所以可在一天中的更长时间内捕获太阳能，尤其可在日出和日落时产生更高的发电效率。

优选的是，所述的耕地高空光伏发电方法，其特征在于：同一跨度L内的一根光伏发电悬索由多段较短的光伏发电悬索连接而成；每段较短的光伏发电悬索构成一个光伏电池模块——可称为光伏电池棒。

优选的是，所述的耕地高空光伏发电方法，其特征在于：在承重索与光伏电池层之间，填充上增粗填充物（例如填充密度很低的聚氨酯硬质泡沫等增粗填充物），通过增加光伏发电悬索的粗细尺寸D、来扩大光伏电池层的可布设面积，从而极大限度地提高光伏发电悬索单位长度的发电量，降低单位长度的悬索成本。

更为优选的是，所述的耕地高空光伏发电方法，其特征在于：在光伏发电悬索上附设（外挂或预埋）灌溉用水管，以实现光伏发电与输水灌溉二合一的农光互补功能。这样一来，本申请技术方案不但可以利用耕地上空富余的阳光进行光伏发电，而且还可顺便利用光伏发电悬索内的输水管给耕地灌溉，比如利用很细很轻的输水管给作物滴灌，实现光灌互补功能。

还有更为优选的是，所述的耕地高空光伏发电方法，其特征在于：在光伏发电悬索上附设（外挂或预埋）补光电灯，以实现光伏发电与夜间补光及输水灌溉三合一的农光互补功能。这样一来，本申请技术方案不但可以利用耕地上空富余的阳光进行光伏发电，而且还可顺便利用光伏发电悬索内的输水管给耕地灌溉，还可在夜间给喜光作物补光，以促进作物生长。

为了实现上述发明目的之二，本申请采取的技术方案如下。

本申请一种光伏发电悬索，其特征在于：在高抗拉强度的承重索周围布设有光伏电池层（例如在大于800兆帕的高抗拉强度的承重索周围布设一圈或大半圈光伏电池板并将其众多光伏电池板串联或/和并联起来）；在光伏电池层上覆设有透明保护层；以制出一根粗细尺寸为D的（最好是宽度或直径为D的）、周围（例如外壁、外套、外壳、外层、外表等称谓）大部分区域铺设有光伏电池层的、周围大部分区域（最好是周围全部区域）都可接受光照（无论光伏发电悬索如何扭转始终都有面朝太阳的光伏电池层可接受光照）发电的光伏发电悬索；该光伏发电悬索的横截面最好是圆形，也可是三角形、或方形、或（趋近于圆形的）多边形等；其中，D≤0.01m或0.02m或0.03m或0.05m或0.10m或0.20m或0.30m或0.50m。

优选的是，所述的光伏发电悬索，其特征在于：在光伏发电悬索周围60-100%的区域（最好是周围全部区域），铺设有由众多光伏电池片及其光伏电池板串联或/和并联起来所构成的光伏电池层；该光伏发电悬索为一根横截面为圆形、或三角形、或方形、或多边形的（数十米乃至成百上千米长的）缆索。

优选的是，所述的光伏发电悬索，其特征在于：承重索设置在光伏发电悬索重心的正上方，以形成倒悬结构，以使之受到风力作用时，能够保持平衡。

优选的是，所述的光伏发电悬索，其特征在于：承重索设置在圆形光伏发电悬索的轴心位置，以确保形成轴心与重心重合的防扭结构，从而使光伏发电悬索受到来自各个方向的风力作用时，受力始终均匀、不会频繁颤抖、不会产生扭转。这里需要强调的是，圆形光伏发电悬索的受光层因为是对称柱面，光照面积不会因光伏发电悬索晃动而变化，所生产的光伏电压及电流稳定，不会随风波动、不会随机变化；并且因为太阳光线可以从各个角度进入，包括较低的太阳高度角度，所以可在一天中的更长时间内捕捉太阳能，尤其可在日出和日落时产生更高的发电效率。

优选的是，所述的光伏发电悬索，其特征在于：在承重索与光伏电池层之间，填充有增粗填充物（例如填充有密度很低的聚氨酯硬质泡沫等轻质增粗填充物），以通过增加光伏发电悬索的粗细尺寸D、来扩大光伏电池层的可布设面积，从而极大限度地提高光伏发电悬索单位长度的发电量，降低单位长度的悬索成本。

优选的是，所述的光伏发电悬索，其特征在于：一条光伏发电悬索由多段较短的单根光伏发电悬索连接而成；每段较短的光伏发电悬索构成一个光伏电池模块——可称之为光伏电池棒。

优选的是，所述的光伏发电悬索，其特征在于：光伏电池棒上具有可供承重索绕进去的螺旋缝隙；或者，光伏电池棒上具有可供承重索卡进去的凹槽。

更为优选的是，所述的光伏发电悬索，其特征在于：在光伏发电悬索上附设（外挂或预埋）有灌溉用水管，以实现光伏发电与输水灌溉二合一的农光互补功能。这样一来，本申请技术方案不但可以利用耕地上空富余的阳光进行光伏发电，而且还可顺便利用光伏发电悬索内的输水管给耕地灌溉，比如利用很细很轻的输水管给作物滴灌，实现农光灌二项互补功能。

还有更为优选的是，所述的光伏发电悬索，其特征在于：在光伏发电悬索上附设（外挂或预埋）有补光电灯，以实现光伏发电与夜间补光及输水灌溉三合一的农光互补功能。这样一来，本申请技术方案不但可以利用耕地上空富余的阳光进行光伏发电，而且还可顺便利用光伏发电悬索内的输水管给耕地灌溉，还可在夜间给喜光作物补光，以促进作物生长和增产。

还有优选的是，所述的光伏发电悬索，其特征在于：在光伏发电悬索上附设有加热元件，用以通过电流加热来融化其上的积雪和冻雨冰块，以防被压断。

还有优选的是，所述的光伏发电悬索，其特征在于：在光伏发电悬索上附设有扬声器，用以播放声音（包括超声波和天敌叫声）来驱赶害鸟或田鼠，或播放作物喜欢的音乐来促进作物生长。

本申请所述的耕地泛指绿色植物覆盖的地面，范围包括但不限于林地、草地、农田、山坡、沟壑、花木果园和绿水青山，包括耕地内的沟、渠、路和埂。此外，还包括道路中间及其两旁的绿化带。

业内研发人员普遍了解，光伏电池板的研发方向主要包括五个关键方面。首先是提高转换效率，这一方向一直是研究人员努力的目标。他们致力于不断提升光伏电池板的转换效率，以增加其能量输出。其次是降低成本，这是一个至关重要的目标，需要涉及到材料成本、生产工艺以及设计优化等多个方面的创新。第三个方向是提高耐久性和稳定性，因为光伏电池板需要在各种环境条件下长时间稳定运行。研究人员致力于增强光伏电池板的抗风颤、抗风摆和防翻转能力，以保障光伏电池板不能乱动、只能“在静止状态下发电”，使其长期可靠运行并输出稳定电能。第四个方向是进行一体化设计，即将光伏电池板与建筑物或其他设备整合在一起，以实现更高效的能源利用。这就需要对光伏电池板进行设计优化，以适应特定的安装场景和要求。最后一个方向是智能化和网络化，随着智能技术的不断发展，研究人员正在探索如何使光伏电池板具有智能化和网络化功能，以实现更有效的能源管理和监控。

本申请之发明人突破光伏电池板须在“在静止状态下发电”的传统思维局限，放弃增强光伏电池板的抗风颤、抗风摆和防翻转能力的研发方向，首创提出允许光伏电池板风颤、风摆、翻转等乱动的反向研发方向和理论，实现了光伏电池板“可在乱动中稳定发电”的技术目标。

与现有技术相比，本申请具有如下有益技术效果。

其一、相比于背景技术（五项专利）使用柔性光伏支架的光伏发电方案，本申请实现了光伏电池板“可在乱动中稳定发电”的技术目标，省去了“维稳费用”，只使用了其中一根承重索，节省了另外一根承重索和一根稳定索及其系索等至少三根索。因此本申请无需像背景技术那样费时费力地稳固支架，防止光伏电池板晃动、抖动、扭转等乱动，满足“在静止状态下发电”的技术要求。从而可节省支架材料与制造及搭建工费等“维稳费用”。测算显示，相比于背景技术，本申请光伏发电方案需用材料成本降低三分之一以上。

其二、本申请中的光伏发电悬索易于安装施工，只需将其两端固定到高耸支撑塔上并连接导线即可，无需像背景技术那样费时费力地利用工人进行高空作业；安装施工费降低30%以上。

其三、本申请中，尤其是横截面是正圆形的光伏发电悬索的具体实施方案，“可在乱动中稳定发电”且发电无波动，高空架设易、安装工费低、易于清洗维护（因为无缝隙、无死角、光滑笔直，易于人工清扫和用无人机清洗灰尘和鸟粪）、使用寿命长、耕地上空富余的太阳能资源可被充分开采使用。该具体实施方案几乎克服了背景技术（五项专利）的全部近十个缺陷。

其四、测算显示，本申请光伏发电方案的综合成本，由3元/瓦降低到了2元/瓦，降低了三分之一以上。

其五、本申请光伏发电悬索中增设了灌溉用水管，使得光伏发电与输水灌溉二者巧妙地有机地结合在了一起，可一次投资、一次施工，与二者各自独立投资、安装、使用相比，综合成本大幅度降低。

其六、本申请光伏发电悬索中增设了夜间补光电灯，使得光伏发电与输水灌溉及安装补光电灯三者巧妙地有机地结合在了一起，可一次投资、一次施工，与三者各自独立投资、安装、使用相比，综合成本大幅度降低。

其七、本申请光伏发电方案，除了使用极少的桩基地而外，基本不占用耕地，光伏发电悬索跨度大，高度高，阴影窄，密度稀，不挡风、不挡雨、不挡光，不影响作物产量，不妨碍农业机械化生产。

其八、本申请最大的有益技术效果是：巧妙地开发使用了耕地上空富余的太阳能资源，可增加耕地的产出价值。资料显示，有些作物受到过多阳光照射会影响正常生长，需要遮光网或其他遮荫设施来调节光照水平。例如菜类作物莴苣、生菜、菠菜、甘蓝、芥菜、芹菜等，例如花卉类作物如紫罗兰、报春花等、例如蘑菇、例如某些水果如草莓、蓝莓等，例如根菜类作物土豆、胡萝卜、甜菜。资料还显示，大多数作物减少10%左右的光照，不会造成减产。由此可见，本申请的推广应用，可挖掘出相当于全球耕地面积10%的免费光伏用地。并且，也可架设在道路、河道、沟壑、楼宇之间等不太需要阳光的场所上空，从而充分利用高空富余的太阳能资源。

其九、无需大举在遥远的西部沙漠建设集中式光伏电厂，然后再把电输送到东部，可就近在东部用电需求大的地区耕地里建设集中式光伏电厂，可就地就近消纳所发光伏电力等清洁能源。

其十、相比于背景技术（五项专利）使用柔性光伏支架的光伏发电方案，本申请抛弃了难固定、风阻大、易损坏的刚性平面式光伏电池板；首创了易固定、风阻小、不易损的柔性光伏发电悬索——可简称光伏索。因而，本申请克服了现有农光互补技术发电波动大、高空架设难、安装工费高、难于清洗维护、使用寿命短、耕地上空富余的太阳能资源未被充分有效开采等诸多技术缺陷，获得了诸多有益技术效果。

附图说明

图1为本申请（实施例一）中的一块耕地高空架设有许多根光伏发电悬索的结构示意图。

图2为图1中的七根光伏发电悬索在耕地上的水平投影（即正投影或曰正阴影）截面结构示意图。

图3为图1中的一段圆形光伏发电悬索结构示意图。

图4为横截面为圆形的单根光伏发电悬索结构示意图。

图5为本申请（实施例二）中的一根横截面为椭圆形（承重索在重心正上方的）光伏发电悬索结构示意图。

图6为本申请（实施例三）中的一根横截面为三角形的光伏发电悬索结构示意图。

图7为本申请（实施例四）中的一根横截面为正方形的光伏发电悬索结构示意图。

图8为本申请（实施例四）中的另一根横截面为长方形（双承重索方）的光伏发电悬索结构示意图。

图9为本申请（实施例五）中的一支光伏电池棒结构示意图。

图10为本申请（实施例六）中的一支设有螺旋缝隙的光伏电池棒（尚未穿到承重索上时的）结构示意图。

图11为图10中的多支光伏电池棒（穿到承重索上后）串联而成的一根光伏发电悬索的结构示意图。

图12为本申请（实施例六）中的一支设有凹槽（即直线缝隙）的光伏电池棒（尚未穿到承重索上时的）结构示意图。

图13为本申请（实施例七）中的一支（悬挂式的）光伏电池棒结构示意图。

图14为图13中的多支光伏电池棒悬挂在承重索上时的结构示意图。

图15为本申请（实施例八）中的一根光伏发电悬索内埋设有滴水灌溉水管的结构示意图。

图16为本申请（实施例八）中的一根光伏发电悬索上吊挂有滴水灌溉水管的结构示意图。

图17为图1中的七根光伏发电悬索高低错位架设的截面结构示意图。

图18为一种重量轻抗拉强度大的碳纤维承重索结构示意图。

图19为本申请（实施例九）中的一根光伏发电悬索上装有补光电灯的结构示意图。

附图标号说明： 1-光伏发电悬索、2-承重索、3-光伏电池层、4-透明保护层、5-增粗填充物、6-高耸支撑物、7-作物、8-耕地、9-阴影、10-太阳、11-光伏电池棒、12-连接导线、13-连接绳夹、14-螺旋缝隙、15-直线缝隙、16-挂钩、17-阳光、18-水管、19-水滴、20-喷洒之水、21-补光电灯。

具体实施方式

为使本申请实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本申请。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系，为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“连通”等，应做广义理解，例如“连通”，可以是信息连通，还可以是直接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例一。

如图1、图2、图3、图4所示，在一块上千亩的耕地8（例如麦田或菜地或玉米地）的高空中，沿南北方向架设上成千上万条距离地面30-50米的、间隔0.5-1米的单根光伏发电悬索1。

第一步，在高抗拉强度（最好选用大于1200兆帕）的承重索2上，例如在钢绞索、高强度纤维绳索、碳纤维线缆、芳纶线缆、玻璃纤维线缆、钢丝绳、轻质管材等承重索2上包裹一圈（即铺设一圈）光伏电池层3（最好采用柔性光伏电池）。最好采用图18所示的横截面直径为80mm的正圆形高性能纤维绳索，例如采用碳纤维绳。碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在350OMpa以上，是钢的7-9倍，抗拉弹性模量为23000-43000Mpa亦高于钢。

第二步，在光伏电池层3上覆设透明保护层4。例如采用聚四氟乙烯材料制作透明保护层4等透明外套。聚四氟乙烯材料具有抗腐蚀、耐磨、韧性高等优异性能，不仅能够保护光伏电池组件、接收光照，还具有柔韧性，能够弯曲，有助于实现电池组件的弯曲。

第三步，参照粗电缆的生产工艺，即可制出一种粗细尺寸为D的（最好是直径D为0.1米）、上下左右等大部分表面甚至全部表面都可接受光照、无论光伏发电悬索1如何扭转、如何晃动、如何抖动、如何乱动，始终都有面朝太阳10的光伏电池层3可接受光照发电的光伏发电悬索1。该光伏发电悬索1的横截面最好是如图4所示的圆形。也可是（但是不建议采用）图5所示的椭圆形、图6所示的三角形、图7-图8所示的方形、（趋近于圆形的）多边形等；其中，D≤0.01m或0.02m或0.03m或0.05m或0.10m或0.20m或0.30m或0.50m。D最好为0.05-0.15m。根据具体用途和应用场景，也可制作出多种系列规格的光伏发电悬索1。

这里需要特别说明的是，研究发现：唯有横截面为正圆形的光伏发电悬索1所发出的电，才是输出电压及电流最稳定的，才不会因为光伏发电悬索1被风吹的晃动、抖动、摆动而产生不稳定的随之波动的电压及电流，才可给电网输送稳定的电流。反之，若采用横截面为椭圆形、三角形、方形、多边形等非正圆形状的光伏发电悬索1，则其所发出的电，必将伴随着光伏发电悬索1的晃动、抖动、摆动而产生随之波动的电压及电流，必然无法输送电网和用电器。由此可见，具体实施时，应采用横截面为正圆形的光伏发电悬索1，而不建议采用横截面为非正圆形的光伏发电悬索1。

另一方面，横截面为正圆形的光伏发电悬索1，即使风力很强，也会因为它是对称结构，所以来自各个方向的风力不会对光伏发电悬索1形成扭矩，因而只会低频摆动和晃动，不会高频抖动。这样一来，光伏发电悬索1就会很耐用、可保证20年不疲劳、不老化、不易断裂。

相比而言，背景技术中的柔性光伏支架技术，则是用两根承重索和一根稳定索来支撑平面光伏电池板，其平面光伏电池板在高空中受到来自各个方向的风力时，必然形成扭矩，导致其易扭转、易抖动、瞬（间）电（流）波动大。总而言之，唯有横截面为正圆形的光伏发电悬索1，才能克服高空架设难，安装工费高，清洗维护难，使用寿命短，易扭转/抖动、瞬电波动大，耕地上空富余的太阳能资源难以低成本开采的诸多缺陷。

第四步，将上几步所制成的众多光伏发电悬索1，通过高于50米的支撑柱或吊索塔等高耸支撑物6，架设到耕地8的上空。该光伏发电悬索1距离（最高）作物7（例如椰子树等）顶梢的高度H设为20米、该光伏发电悬索1的跨度L设为500米左右、该光伏发电悬索1（在耕地8上的）水平投影间距K最好设为1.2米。例如可使H≥1m或5m或10m或20m或30m或50m，总之，应使高度H足够高，以保证作物7的顶梢不会触碰到光伏发电悬索1。也可使L≥10m或20m或50m或100m或500m或1000m，总之，应使跨度L足够大，以减少高耸支撑物6的数量、降低桩基占地面积、避免严重妨碍农机作业。也可使K≥0.05m或0.10m或0.20m或0.5m或1m或2m或3m或5m或10m，总之，应适度减少光伏发电悬索1的阴影9面积、最低限度地保证作物7生长光照需要、避免因光合作用不足而减产。

需要说明的是，具体实施中，应适当缩小光伏发电悬索1的粗细尺寸D、适当增大光伏发电悬索1的间距，以保证光伏发电悬索1的粗细尺寸D与光伏发电悬索1（在耕地8上的）水平投影（即正投影或曰正阴影9）间距K之比值:D/K≤0.01或0.02或0.03或0.05或0.10或0.20或0.30，以使光伏发电悬索1的阴影9随着太阳10的移动而快速（例如5分钟以内）划过同一株作物7，以避免同一株作物7因长时间（例如超过10分钟）停留在光伏发电悬索1的阴影9里而降低光合作用、导致作物7减产。

优选的是，为了保证光伏发电悬索1在耕地8上的水平投影（即阴影9）间距K相对较小，同时又要避免大风吹来使其大幅度摆动时不会相互碰撞，可采取如图17所示的、高低错位的三维架设方式使它们相互错开。

还有优选的是，为了在单位长度的光伏发电悬索1内、布设尽量大面积的光伏电池层3，以降低度电成本，可在承重索2与光伏电池层3之间，填充一些增粗填充物（例如填充上密度很低硬度较高的聚氨酯硬质泡沫等轻质增粗填充物），以通过增加光伏发电悬索1的粗细尺寸D、来扩大光伏电池层3的可布设面积，从而极大限度地提高光伏发电悬索1单位长度的发电量，降低单位长度的悬索成本。

还有优选的是，为了稳定高耸支撑物6，应参照背景技术按照惯例给其加上承重斜拉索、抗风斜拉索等必要设施。为了稳定南北走向的光伏发电悬索1，提高抗风能力，还可加上一些东西方向的绳索，将光伏发电悬索1相互连接成网。

实施例二。

如图5所示，参考上例步骤，制出一种承重索2在重心正上方的椭圆形的光伏发电悬索1，以形成倒悬结构，使之受到风力作用时，能够保持平衡，减轻晃动、抖动等乱动。

实施例三。

如图6所示，参考上两例步骤，在光伏发电悬索1周围三分之二以上的表面（最好是全部表面）上包裹光伏电池层3，也即在67-100%的表面上铺设有光伏电池，其中，三角形的底部可以不铺设光伏电池层3，以节省成本。从而封装成一种横截面为三角形的光伏发电悬索1。

实施例四。

如图7、图8所示，参考上三例步骤，分别在正方形与长方形的光伏发电悬索1周围布满光伏电池层3（也即在其100%的表面上铺设有光伏电池），以制成一种横截面分别为正方形与长方形的光伏发电悬索1。其长方形的光伏发电悬索1，其内最好采用并排结构的双承重索2。

实施例五。

如图9所示，参考上四例步骤，一条成百上千米长的光伏发电悬索1，可由多段较短的单根光伏发电悬索1连接而成；每段较短的光伏发电悬索1构成一个光伏电池模块——本申请可称之为光伏电池棒11。这样一来，就可便于小规模光伏电池工厂低投入设备生产，就可便于一家一户的小用户采购使用光伏电池棒11来利用光伏发电。

实施例六。

如图10、图11、图12所示，参考上例五，为了便于生产和安装使用，可在光伏电池棒11上开设可供承重索2绕进去的螺旋缝隙14或卡进去的凹槽15。这样一来，就可便于小规模光伏电池工厂低投入设备进行生产，就可便于一家一户的小用户采购使用光伏电池棒11来利用光伏发电。例如个人用户买回家后，就可在门前屋后拉几条绳子，将晾衣绳等绳子从螺旋缝隙14或凹槽15卡进去，即可使用。使用非常简单方便，不用固定，不怕风吹，不占用地面场地。

实施例七。

如图13、图14所示，参考上例六，为便于生产和安装使用，可制作一支支悬挂式光伏电池棒11。这样一来，就可便于小规模光伏电池工厂低投入设备进行生产，就可便于一家一户的小用户采购使用光伏电池棒11来利用光伏发电。

实施例八。

如图15、图16所示，在光伏发电悬索1上附设（外挂或预埋）有灌溉用水管18，连通现行滴灌/喷灌系统，以实现光伏发电与输水灌溉三合一的农光互补功能。这样一来，本申请技术方案不但可以利用耕地8上空富余的阳光17进行光伏发电，而且还可顺便利用光伏发电悬索1内的输水管18给耕地8灌溉，比如利用很细很轻的输水管18给作物滴灌，实现农光灌三项互补功能。

实施例九。

如图19所示，在光伏发电悬索1上附设（外挂或镶嵌）补光电灯21及其供电电线22，接通农业电网，以实现光伏发电与夜间补光及输水灌溉四合一的农光互补功能。这样一来，本申请技术方案不但可以利用耕地8上空富余的阳光17进行光伏发电，而且还可顺便利用光伏发电悬索1内的输水管给耕地8灌溉，还可在夜间给喜光作物7补光，以促进作物7生长。

优选的是，在光伏发电悬索1上附设有加热元件（图未示出），接通电网，用以通过电流加热来融化其上的积雪和冻雨冰块，以防被压断。

还有优选的是，在光伏发电悬索1上附设有扬声器（图未示出），连通广播系统，用以播放声音（包括超声波和天敌叫声）来驱赶害鸟或田鼠，或播放作物喜欢的音乐来促进作物7生长。

以上所揭露的仅为本申请的较佳实施例，附图仅仅是功能单元示意图，各单元之间未按实际尺寸比例绘制，不能以此来限定本申请之权利范围，基于本申请权利要求所作的等同变化，仍属于本申请所涵盖的范围。

Claims (21)

1.一种耕地高空光伏发电方法，其特征在于，包括以下步骤：

①在高抗拉强度的承重索周围环绕铺设光伏电池层，在光伏电池层上覆设透明保护层，封装出一条粗细尺寸为D的可接受光照发电的光伏发电悬索；

或者，用光伏电池层及其透明保护层封装出一条粗细尺寸为D的、周围铺设有光伏电池层的、可接受光照发电的光伏发电悬索，并将该光伏发电悬索架设到高抗拉强度的承重索上；

其中，D≤500mm；

②将众多光伏发电悬索间隔一定距离、通过高耸支撑物架设到耕地上空，并将其串联或/和并联成光伏电池组；将光伏发电悬索距离作物顶梢的高度设为H、将光伏发电悬索的跨度设为L、将光伏发电悬索的水平投影间距设为K；其中，H≥1m、L≥10m、K≥0.05m；

③采用粗细尺寸D较小的光伏发电悬索、将光伏发电悬索的间距拉大，以使光伏发电悬索的粗细尺寸D与光伏发电悬索的水平投影间距K之比值:D/K≤0.50，以保证光伏发电悬索落在耕地里的阴影、随着太阳的移动可快速划过同一株作物，从而避免同一株作物因长时间停留在光伏发电悬索的阴影里、而降低光合作用、导致作物减产。

2.根据权利要求1所述的耕地高空光伏发电方法，其特征在于：在光伏发电悬索周围60-100%的区域，铺设上由众多光伏电池片及其光伏电池板串联或/和并联起来所构成的光伏电池层，封装成一条横截面为圆形、或三角形、或方形、或多边形的单根光伏发电悬索。

3.根据权利要求2所述的耕地高空光伏发电方法，其特征在于：将承重索设置到光伏发电悬索重心的正上方，以形成倒悬结构，使之受到风力作用时，能够保持平衡、不易乱动；或者，将承重索设置到圆形光伏发电悬索的轴心位置，以确保形成轴心与重心重合的防扭结构，使之受到来自各个方向的风力作用时，受力始终均匀、不会频繁颤抖、不易乱动、不会产生扭转，光照面积始终不变、所生产的光伏电压稳定，不会随风波动。

4.根据权利要求1或2或3所述的耕地高空光伏发电方法，其特征在于：同一跨度L内的一根光伏发电悬索由多段较短的光伏发电悬索连接而成；每段较短的光伏发电悬索构成一个光伏电池模块——可称为光伏电池棒。

5.根据权利要求1或2或3所述的耕地高空光伏发电方法，其特征在于：在光伏发电悬索上附设灌溉用水管，以实现光伏发电与输水灌溉三合一的农光互补功能；或者，在光伏发电悬索上设置补光电灯，用以夜间给喜光作物补光，以促进作物生长。

6.根据权利要求1所述的耕地高空光伏发电方法，其特征在于，它包括下列a①至a⑦中、或b①至b⑥中、或c①至c⑤中、或e①至e⑧中、或f①至f⑦中任意一个技术特征：

a①D≤10mm、a②D≤20mm、a③D≤30mm、a④D≤50mm、a⑤D≤100mm、a⑥D≤200mm、a⑦D≤300mm；

b①H≥2m、b②H≥5m、b③H≥10m、b④H≥20m、b⑤H≥30m、b⑥H≥50m；

c①L≥20m、c②L≥50m、c③L≥100m、c④L≥500m、c⑤L≥1000m；

e①K≥0.10m、e②K≥0.20m、e③K≥0.5m、e④K≥1m、e⑤K≥2m、e⑥K≥3m、e⑦K≥5m、e⑧K≥10m；

f①D/K≤0.01、f②D/K ≤0.02、f③D/K≤0.03、f④D/K≤0.05、f⑤D/K≤0.10、f⑥D/K≤0.20、f⑦D/K≤0.30。

7.根据权利要求1所述的耕地高空光伏发电方法，其特征在于：保证光伏发电悬索落在耕地里的阴影、随着太阳的移动、可快速划过同一株作物，避免同一株作物停留在其阴影里的时间超过10分钟。

8.根据权利要求1所述的耕地高空光伏发电方法，其特征在于：沿南北方向架设光伏发电悬索。

9.根据权利要求8所述的耕地高空光伏发电方法，其特征在于：东西方向设有绳索，用以将光伏发电悬索相互连接成网。

10.根据权利要求1所述的耕地高空光伏发电方法，其特征在于：光伏发电悬索高低错位架设。

11.一种光伏发电悬索，应用于权利要求1-10所述的任何一种耕地高空光伏发电方法中，其特征在于：在高抗拉强度的承重索周围环绕布设有光伏电池层，在光伏电池层上覆设有透明保护层，以封装出一条粗细尺寸为D的周围可接受光照发电的光伏发电悬索，该光伏发电悬索由内至外包括承重索、光伏电池层、透明保护层；

或者，光伏电池层及其透明保护层被封装成一条粗细尺寸为D的、周围铺设有光伏电池层的、可接受光照发电的光伏发电悬索，该光伏发电悬索架设在承重索上；

其中，D≤500mm。

12.根据权利要求11所述的光伏发电悬索，其特征在于：在光伏发电悬索周围60-100%的区域，铺设有由众多光伏电池片及其光伏电池板串联或/和并联起来所构成的光伏电池层；该光伏发电悬索为一条横截面为圆形、或三角形、或方形、或多边形的单根缆索。

13.根据权利要求12所述的光伏发电悬索，其特征在于：承重索设置在光伏发电悬索重心的正上方，以形成倒悬结构，以使之受到风力作用时，能够保持平衡、不易乱动；或者，承重索设置在圆形光伏发电悬索的轴心位置，以确保形成轴心与重心重合的防扭结构，以使之受到来自各个方向的风力作用时，受力始终均匀、不会频繁颤抖、不会产生扭转、不易乱动，光照面积始终不变、所生产的光伏电压稳定，不会随风波动。

14.根据权利要求11或12或13所述的光伏发电悬索，其特征在于：在承重索与光伏电池层之间，填充有增粗填充物，以通过增加光伏发电悬索的粗细尺寸D、来扩大光伏电池层的可铺设面积，从而极大限度地提高光伏发电悬索单位长度的发电量，降低单位长度的悬索成本。

15.根据权利要求14所述的光伏发电悬索，其特征在于：一根光伏发电悬索由多段较短的光伏发电悬索连接而成；每段较短的光伏发电悬索构成一个光伏电池模块——光伏电池棒。

16.根据权利要求15所述的光伏发电悬索，其特征在于：光伏电池棒上具有可供承重索绕进去的螺旋缝隙；或者，光伏电池棒上具有可供承重索卡进去的凹槽。

17.根据权利要求11或12或13所述的光伏发电悬索，其特征在于：在光伏发电悬索上附设有灌溉用水管，以实现光伏发电与输水灌溉二合一的农光互补功能。

18.根据权利要求17所述的光伏发电悬索，其特征在于：在光伏发电悬索内还埋设有滴灌水管；或者，在光伏发电悬索下方还悬挂有灌溉用水管；或者，在光伏发电悬索上还设置有补光电灯，用以夜间给喜光作物补光，以促进作物生产。

19.根据权利要求11或12或13所述的光伏发电悬索，其特征在于：在光伏发电悬索上附设有加热元件，用以通过电流加热来融化其上的积雪和冻雨冰块，以防被压断。

20.根据权利要求11或12或13所述的光伏发电悬索，其特征在于：在光伏发电悬索上附设有扬声器，用以播放声音来驱赶害鸟或田鼠，或播放作物喜欢的音乐来促进作物生长。

21.根据权利要求11或12或13所述的光伏发电悬索，其特征在于，它包括下列①至⑦中任意一个技术特征：①D≤10mm、②D≤20mm、③D≤30mm、④D≤50mm、⑤D≤100mm、⑥D≤200mm、⑦D≤300mm。