CN206078293U - 一种基于光伏跟踪支架的农业光伏协同系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于光伏跟踪支架的农业光伏协同系统。该实用新型由跟踪支架、光伏阵列、农业用地、农业植物群、控制系统组成，通过光伏项目的庞大工程投资，在建设发电场的同时结合支架形成农业设施，进行现代农业种植；充分利用土地资源、太阳光资源和新能源产生的电力，在农业生产时也进行电力生产和就近消耗，实现农业与光伏发电产业的有机结合。本实用新型通过利用跟踪支架的传动部件调节跟踪角度，实现光伏阵列对地面的通光或遮光目的，形成植物的最佳光合作用和防晒伤，也满足光伏发电的最优控制和最佳时段配比，最大程度的提升光伏与农业协同生产的效率。

Description

一种基于光伏跟踪支架的农业光伏协同系统

技术领域

本实用新型属于现代农业创新科技及光伏发电领域，具体涉及一种基于光伏跟踪支架的农业光伏协同系统。

背景技术

为了加快传统农业向现代农业的转变过程，促进农业技术创新、能源结构调整以及国家第六产业的发展，农业与光伏发电相结合的项目受到国内的关注。通过光伏项目的庞大工程投资，在建设发电场的同时结合支架形成农业设施，进行现代农业种植；充分利用土地资源、太阳光资源和新能源产生的电力，在农业生产时也进行电力生产和就近消耗，这是新型农业与光伏融合带来的优势。

在农业光伏中，农业种植质量是农业与其他产业有机结合的关键，研究表明植物体内90%的有机物来自光合作用，光强度对植物的作用效果十分明显。弱光下植物无光合积累，植物生长受抑斜；但过强的光照植物也处于光抑制状态，对植物的生长非常不利。只有当光照强度大于光补偿点时，植物才有光合积累，并且光合速率随着光照强度增大有一段近似线性的关系，当光强增大到光饱和点(Q)时，光合速率大大变慢。这给光伏与农业能够协同生产提供了科学依据，即利用光伏跟踪支架的转轴可调节光伏组件的特点，在阳光较弱情况下，包括早晨、阴天，光伏组件通过调节角度位置使光主要照射在植物上；在阳光过强情况下，如中午，光伏组件对植物进行遮挡，吸收阳光用于发电。

在光伏协同农业的研究中，光强对植物的影响或光伏应用在农业上的研究很多，但涉及到以上交叉学科以及经济效益评估的时候，国内相关研究较少。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于光伏跟踪支架的农业光伏协同系统，利用跟踪支架的转轴调节光伏组件的位置和倾角，实现光伏阵列对地面的通光或遮光，形成植物光合作用和光伏发电的合理控制。本实用新型适用于农业光伏大棚（如春秋棚、冬暖棚、阴阳棚等）、高支架光伏农业等光伏农业协同系统。

本实用新型提出的基于光伏跟踪支架的农业光伏协同系统，包括跟踪支架1、光伏阵列2、农业用地3、农业植物群4和控制系统5，其中：跟踪支架1由支撑部件6、联接部件7和传动部件8组成；支撑部件6由主体支柱9、转动支撑10和结构支架11构成；主体支柱9一端固定于农业用地3上，另一端与转动支撑10连接，转动支撑10通过联接部件7连接传动部件8，结构支架11位于传动部件8上，所述传动部件8作为结构支架11的轴，使结构支架11能围绕传动部件8进行旋转；光伏阵列2固定于结构支架11上，所述光伏阵列2由若干个光伏组件12串并联而成；农业用地3位于主体支柱9下方，农业用地3上种植农业植物群4；所述的农业植物群4位于光伏阵列2下方，所述控制系统5连接传动部件8；太阳光照射到光伏阵列2时，光伏阵列2通过跟踪支架1改变跟踪角度，从而调节照射到农业植物群4中的光通量，实现最优的阳光资源利用。

本实用新型中，所述光伏组件12为晶硅组件、双玻透光组件或非晶硅电池中任一种。

本实用新型中，所述联接部件7包括螺栓和轴承。

本实用新型中，所述传动部件8可为单旋转自由度部件或双旋转自由度部件，所述单旋转自由度部件采用斜单轴或平单轴，所述双旋转自由度部件采用双轴。

本实用新型中，所述主体支柱9上可额外装配上普通支架，用于提供农业设施的载荷（可用于春秋棚及冬暖棚等大棚搭建）。

本实用新型中，所述的农业用地3为大棚设施内用地或露天用地；所述的农业植物群4位于固定于结构支架11上的光伏阵列2下方，种植于阵列下农业用地3上，农业植物群4可由多种植物带组成。

本实用新型中，在弱光时段下控制系统5使跟踪支架1按照跟踪控制方法进行跟踪；在次强光时段下，控制系统5采用避光控制方法，使跟踪支架1上的光伏阵列2尽量与阳光入射角度平行排布，减少遮挡光照的效果；在强光时段下，控制系统5按照跟踪控制方法，使跟踪支架1调节光伏阵列2形成遮挡，减少农业植物群4的受照光强。

本实用新型可灵活用于春秋棚、冬暖棚、阴阳棚等常见农业光伏大棚、高支架光伏农业等项目，具有以下优点：

（1）根据农作物生长对阳光的需求特性，实现光伏组件的位置调整，使农业作物在弱光条件下接收到绝大部分阳光，在强光条件下能够受到组件的遮阴效果，保证工作在最优光合作用曲线上。

（2）通过光伏和农业对太阳光的双重利用，在弱光下农业生产，强光下光伏发电生产并遮蔽植物，实现对光照资源和土地资源的最大利用。光伏电力可以进一步应用在设施农业种植，最大程度的提升农业作物的生长速率和质量。

（3）光伏工程投资建设的立柱、支架和基础土建等，可作为农业生产的一部分设施，可快速利用其搭建大棚、棚架或其他辅助设施，减少农业设施投入成本。

附图说明

图1为协同系统光资源调节示意图。其中：(ａ)阳光较弱（次弱光），(ｂ)阳光强烈（强光）。

图2为斜单轴跟踪支架的系统组成示意侧视图。

图3为斜单轴跟踪之家的系统组成示意俯视图。

图4为平单轴跟踪支架的系统组成示意侧视图。

图5为平单轴跟踪支架的系统组成示意俯视图。

图6为双轴跟踪支架的系统组成示意图。

图7为平单轴跟踪支架与南北走向拱棚组成协同系统时的控制方法示意图。其中：(ａ)弱光时段（清晨）的控制方法，(ｂ) 弱光时段（傍晚）的控制方法，(ｃ) 次弱光（上午）时段下的控制方法，(ｄ) 次弱光（下午）时段下的控制方法，(ｅ)强光（午间）时段下的控制方法。

图中标号：１为跟踪支架，２为光伏阵列，３为农业用地，４为农业植物群，５为控制系统，６为支撑部件，７为联接部件，８为传动部件，９为主体支柱，10为转动支撑，11为结构支架，12为光伏组件。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本协同系统。

实施例１：如图1系统组成示意图所示，农业植物群4位于光伏阵列2及跟踪支架1下方，种植于农业用地3之上，农业植物群4可由多种植物带组成。控制系统5通过跟踪支架1改变光伏阵列2的位置，从而调节照射到农业植物群4中的光通量，以实现最优的阳光资源利用。下面以斜单轴系统、平单轴系统和双轴系统为例进行说明。

如图2斜单轴跟踪支架的系统组成示意图所示，跟踪支架1中的支撑部件6包括三部分，分别为主体支柱9、转动支撑10和结构支架11，结构支架11位于传动部件8上用于固定光伏组件12。

其中，光伏阵列2中的光伏组件12可为晶硅组件或双玻透光组件，也可使用非晶硅电池，安装在结构支架11上，结构支架11与传动部件8联接。传动部件8为跟踪系统的机械传动部分，用于实现光伏阵列2的角度偏移，传动部件8通过联接部件7与转动支撑10相连，转动支撑10与主体支柱9相连。主体支柱9上可额外装配上普通支架，用于提供农业设施的载荷（可用于春秋棚及冬暖棚等大棚搭建）。传动部件8在斜单轴及平单轴跟踪支架中，改变的是光伏阵列2的跟踪角度，跟踪角度一般为-60度~+60度，可自由调整。

如图3平单轴跟踪支架的系统组成示意图所示，平单轴系统组成与斜单轴近似，相对斜单轴需要考虑高度因而长度较短，采用平单轴的传动部件8的轴可长达30多米，与南北走向的大棚结合更合适。

如图4双轴系统中，传动部件8可改变光伏阵列2的2个维度的角度，可实现对太阳光的完全通过及完全遮挡，适用于各类农业设施及高支架。

跟踪系统的光伏农业协同控制方法：

以南北走向的春秋棚为例，跟踪系统的光伏农业协同方法为：

1）在弱光条件下（如清晨、傍晚），因太阳照度太低，对农作物无影响，无需从农业角度考虑，跟踪支架可按照跟踪控制方法运行；

2）在次强光条件下，控制系统5通过单轴传动部件8或双轴传动部件8调节跟踪角度，使光伏组件尽量与阳光入射角度平行排布，最大程度减少遮挡光照的面积，光资源主要供农业作物群4进行吸收；

3）在强光条件下，即光照强度超过植物光合作用饱和点时（如中午或者夏天早上等光照强烈的时候），利用光伏阵列2形成全部或部分遮挡，减少农业植物群4的受照光强，防止植物晒伤。

通过以上调节方法实现农业植物的最佳光合作用，同时光伏板将多余的太阳光资源转化为电能。

假设一天内，按照从早到晚时间段为T0~T1（弱光），T1~T2（次强光），T2~T3（强光），T3~T4（次强光），T4~T5（弱光）；如存在多云、雷雨等光照波动天气，时间段亦可增加，即存在时刻T0、T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7…Tn。上述时刻可直接人为设置，例如根据时间来设置；亦可根据不同的光照阈值、温度阈值等参数单独或综合运算得到。以光照阈值为例，可根据下方农业植物群的光补偿点阈值和光饱和点阈值设置；以温度阈值为例，以植物正常生长温度上下限为阈值，以及以植物最低或最高耐受温度为阈值。以上参数均可综合应用。

如图5所示，本实用新型在弱光时段（t0-t1、t4-t5等）下，跟踪支架1可按照跟踪控制方法运行，由控制系统5进行转动控制；在次强光时段（t1-t2, t3-t4）下，跟踪支架使光伏组件尽量与阳光入射角度平行排布，此时控制系统5的转动将最大程度减少遮挡光照的面积；在强光时段（t2-t3）下，跟踪支架按照控制系统5的控制运行实现最佳跟踪，并最大程度减少遮挡光照的面积。

在斜单轴和平单轴等单轴跟踪系统中，传动部件8改变的是单轴的旋转角度；在双轴跟踪系统中，传动部件8改变的是双轴旋转角度。通过改变角度，实现在光通和遮光效果，使农业植物群4吸收阳光资源或被光伏阵列2遮挡。

Claims (7)

1.基于光伏跟踪支架的农业光伏协同系统，包括跟踪支架(1)、光伏阵列(2)、农业用地(3)、农业植物群(4)和控制系统(5)，其特征在于：跟踪支架(1)由支撑部件(6)、联接部件(7)和传动部件(8)组成；支撑部件(6)由主体支柱(9)、转动支撑(10)和结构支架(11)构成；主体支柱(9)一端固定于农业用地(3)上，另一端与转动支撑(10)连接，转动支撑(10)通过联接部件(7)连接传动部件(8)，结构支架(11)位于传动部件(8)上，所述传动部件(8)作为结构支架(11)的轴，使结构支架(11)能红绕传动部件(8)进行旋转；光伏阵列(2)固定于结构支架(11)上，所述光伏阵列(2)由若干个光伏组件(12)串并联而成；农业用地(3)位于主体支柱(9)下方，农业用地(3)上种植农业植物群(4)；所述的农业植物群(4)位于光伏阵列(2)下方，所述控制系统(5)连接传动部件(8)；太阳光照射到光伏阵列(2)时，光伏阵列(2)通过跟踪支架(1)改变跟踪角度，从而调节照射到农业植物群(4)中的光通量，实现最优的阳光资源利用。

2.根据权利要求１所述的基于光伏跟踪支架的农业光伏协同系统，其特征在于所述光伏组件(12)为晶硅组件、双玻透光组件或非晶硅电池中任一种。

3.根据权利要求１所述的基于光伏跟踪支架的农业光伏协同系统，其特征在于所述联接部件(7)包括螺栓和轴承。

4.根据权利要求１所述的基于光伏跟踪支架的农业光伏协同系统，其特征在于所述传动部件(8)为单旋转自由度部件或双旋转自由度部件，所述单旋转自由度部件采用斜单轴或平单轴，所述双旋转自由度部件采用双轴。

5.根据权利要求１所述的基于光伏跟踪支架的农业光伏协同系统，其特征在于在弱光时段下控制系统(5)使跟踪支架(1)按照跟踪控制方法进行跟踪；在次强光时段下，控制系统(5)采用避光控制方法，使跟踪支架(1)上的光伏阵列(2)尽量与阳光入射角度平行排布，减少遮挡光照的效果；在强光时段下，控制系统(5)按照跟踪控制方法，使跟踪支架(1)调节光伏阵列(2)形成遮挡，减少农业植物群(4)的受照光强。

6.根据权利要求1中所述的基于光伏跟踪支架的农业光伏协同系统，其特征在于主体支柱(9)上可额外装配上普通支架，用于提供农业设施的载荷。

7.根据权利要求1中所述的基于光伏跟踪支架的农业光伏协同系统，其特征在于所述农业用地(3)为大棚设施内用地或露天用地；所述的农业植物群(4)由多种植物带组成。