光伏農(nóng)業(yè)一體化項(xiàng)目的設(shè)計(jì)交流與探討

1、光伏農(nóng)業(yè)一體化項(xiàng)目的設(shè)計(jì)交流與探討河北能源工程設(shè)計(jì)有限公司HeBei Energy Engineering Design Co., Ltd.設(shè)計(jì)總工程師公司背景、性質(zhì)、營業(yè)范圍 公司位于河北省石家莊市，成立于1989年，是河北省電力勘測設(shè)計(jì)研究院主辦的民營企業(yè)，主要從事發(fā)、輸、變電工程的設(shè)計(jì)、咨詢和服務(wù)，包括常規(guī)火力發(fā)電、太陽能、風(fēng)能、垃圾、污泥、生物質(zhì)等新能源發(fā)電 、送變電、電力系統(tǒng)規(guī)劃、接入系統(tǒng)、電力通信、工業(yè)與民用建筑、市政等工程的設(shè)計(jì)、咨詢和總承包業(yè)務(wù)。公司資質(zhì) 國家發(fā)改委核發(fā)的工程咨詢甲級資質(zhì)，專業(yè)包括火電、新能源、送變電； 建設(shè)部核發(fā)的工程設(shè)計(jì)資質(zhì)，資質(zhì)等級為電力行業(yè)乙級、市政行業(yè)

2、（給排水、熱力）乙級、建筑行業(yè)乙級。光伏發(fā)電項(xiàng)目的業(yè)務(wù)發(fā)展 2006年，公司就成立了光伏發(fā)電設(shè)計(jì)技術(shù)開發(fā)組，為公司光伏發(fā)電設(shè)計(jì)領(lǐng)域開啟了新的篇章。 2007年，公司設(shè)計(jì)了河北建投集團(tuán)的投資第一座并網(wǎng)型光伏電站。 2009年，迎來國內(nèi)光伏電站建設(shè)高峰，公司專設(shè)太陽能發(fā)電設(shè)計(jì)部，全面致力于光伏發(fā)電項(xiàng)目的咨詢和設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)。 8年來，公司先后與昌盛日電、保定英利、中節(jié)能等集團(tuán)公司建立了長期合作關(guān)系。設(shè)計(jì)項(xiàng)目涉及：金太陽屋頂電站、西部荒漠電站、山區(qū)電站、分布式電站、智能微網(wǎng)儲能電站、光伏農(nóng)業(yè)大棚電站、建筑一體化電站、風(fēng)光互補(bǔ)電站、水光互補(bǔ)電站等。地域范圍涵蓋青海、甘肅、新疆、內(nèi)蒙、寧夏、西藏、陜西、河北、

3、山東、浙江、江蘇、安徽、海南等省份。光伏發(fā)電項(xiàng)目的業(yè)務(wù)發(fā)展 截止目前，我公司已完成項(xiàng)目規(guī)劃報(bào)告、可行性研究報(bào)告、項(xiàng)目申請報(bào)告等前期咨詢102余項(xiàng)，完成電站施工圖設(shè)計(jì)80余項(xiàng)，累計(jì)實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)容量達(dá)565MW，單體電站容量最大為200MW，完成微網(wǎng)儲能電站3項(xiàng)，均已發(fā)電。 其中，光伏農(nóng)業(yè)一體化項(xiàng)目的可研報(bào)告42項(xiàng)，施工圖設(shè)計(jì)11項(xiàng)目，已實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電容量63MW，主要包括： 英利集團(tuán)定州國香養(yǎng)殖棚10兆瓦光伏發(fā)電項(xiàng)目 昌盛日電3MW農(nóng)業(yè)生態(tài)大棚光伏發(fā)電示范項(xiàng)目 中節(jié)能招遠(yuǎn)蠶莊養(yǎng)殖棚太陽能光伏發(fā)電項(xiàng)目 中節(jié)能臨沂20兆瓦光伏農(nóng)業(yè)科技大棚電站項(xiàng)目 中節(jié)能漢川10兆瓦光伏農(nóng)業(yè)科技大棚電站項(xiàng)目 河北景冉石家莊

4、岳村10兆瓦光伏農(nóng)業(yè)大棚電站項(xiàng)目 英利集團(tuán)定州國香養(yǎng)殖棚10兆瓦光伏發(fā)電項(xiàng)目項(xiàng)目地點(diǎn)：河北省定州市裝機(jī)容量：10MW，43棟豬舍屋頂并網(wǎng)方式：10kV并網(wǎng)投運(yùn)時間：2012年2月并網(wǎng)發(fā)電量：1150萬kWh/年 大唐山東即墨高新區(qū)20MW屋頂光伏發(fā)電項(xiàng)目（2011年金太陽示范工程集中連片項(xiàng)目）昌盛日電3MW生態(tài)農(nóng)業(yè)大棚項(xiàng)目地點(diǎn)：山東省即墨市裝機(jī)容量：3MW，19棟連棟棚并網(wǎng)方式：10kV并網(wǎng)投運(yùn)時間：2011年12月并網(wǎng) 中節(jié)能漢川農(nóng)業(yè)科技大棚太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電項(xiàng)目 項(xiàng)目地點(diǎn)：湖北省漢川市裝機(jī)容量10MW， 54棟連棟棚，4棟單棟棚35kV并網(wǎng)，2013年9月并網(wǎng)，發(fā)電量900萬kWh/年大棚

5、內(nèi)主要種植食用菌、富硒茶葉棚外空地發(fā)展綠化苗木與花卉種植 中節(jié)能臨沂20兆瓦光伏農(nóng)業(yè)科技大棚電站項(xiàng)目項(xiàng)目地點(diǎn)：山東省臨沂市裝機(jī)容量：20MW，71棟連棟棚，3棟單棟棚并網(wǎng)方式：2回10kV并網(wǎng)投運(yùn)時間：2013年11月并網(wǎng)，發(fā)電量：2240萬kWh/年主要開發(fā)種植藍(lán)莓、食用菌、蔬菜及高端苗木花卉 中節(jié)能招遠(yuǎn)蠶莊太陽能光伏發(fā)電項(xiàng)目項(xiàng)目地點(diǎn)：山東省招遠(yuǎn)市裝機(jī)容量：，42棟養(yǎng)殖牛舍大棚并網(wǎng)方式：35kV并網(wǎng)投運(yùn)時間：2013年10月并網(wǎng)，發(fā)電量：1194萬kWh/年棚內(nèi)養(yǎng)殖肉牛 河北景冉石家莊岳村10兆瓦光伏農(nóng)業(yè)大棚項(xiàng)目項(xiàng)目地點(diǎn)：河北省石家莊市裝機(jī)容量：10MW，397棟單棟棚，2棟連棟棚并網(wǎng)方式：

6、10kV并網(wǎng)投運(yùn)時間：2014年8月并網(wǎng)，發(fā)電量：1180萬kWh/年棚內(nèi)種植食用菌、蔬菜等 凱潤昌黎200MWp光伏生態(tài)農(nóng)業(yè)項(xiàng)目一期50MW項(xiàng)目地點(diǎn)：河北省昌黎縣裝機(jī)容量：50MW，397棟單排棚，2棟聯(lián)棟大棚并網(wǎng)方式：110kV并網(wǎng)投運(yùn)時間：在建，發(fā)電量：6100萬kWh/年種植有機(jī)蔬菜、食用菌、稀貴中草藥、禽畜養(yǎng)殖等 規(guī)劃設(shè)計(jì)中的：臨西縣朗源一期30兆瓦光伏農(nóng)業(yè)一體化項(xiàng)目河北陽普巨鹿生態(tài)農(nóng)業(yè)大棚一期50兆瓦項(xiàng)目英利集團(tuán)安國市光伏農(nóng)業(yè)一體化30兆瓦項(xiàng)目交流和探討3個問題光伏農(nóng)業(yè)一體化的優(yōu)勢：1）土地利用優(yōu)勢：棚上光伏發(fā)電、棚下生態(tài)養(yǎng)殖、種植，提高了土地的綜合利用率。2）節(jié)能優(yōu)勢：光伏發(fā)電可

7、就地消納一部分，減少了輸電線路上的損耗。3）經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢：發(fā)展規(guī)?；?、集約化的設(shè)施農(nóng)業(yè)，可實(shí)現(xiàn)低消耗、高效益、并且收益穩(wěn)定、風(fēng)險(xiǎn)小，同時可申請農(nóng)業(yè)扶持資金，光伏又可享受可再生能源電價補(bǔ)貼，項(xiàng)目整體經(jīng)濟(jì)效益高。4）就業(yè)優(yōu)勢：設(shè)施農(nóng)業(yè)可為失地農(nóng)民提供二次就業(yè)機(jī)會，增加農(nóng)民收入。5）政策優(yōu)勢：為促進(jìn)分布式光伏發(fā)電發(fā)展，能源局有意將利用光伏農(nóng)業(yè)大棚項(xiàng)目納入分布式項(xiàng)目管理，可執(zhí)行光伏電站標(biāo)桿電價，是項(xiàng)目備案和電網(wǎng)接入有利政策。6）項(xiàng)目選址優(yōu)勢：地面電站每MW占地30-40畝，用地需求量高，利用建設(shè)用地不現(xiàn)實(shí)，只能選址于未利用地或農(nóng)用地，然而，未利用地大多為荒山、荒坡、灘涂等，或地形較為復(fù)雜，或地質(zhì)條件較

8、差，增加了電站設(shè)計(jì)和建設(shè)難度。在此背景之下，光伏農(nóng)業(yè)一體化的建設(shè)思路應(yīng)運(yùn)而生，項(xiàng)目可選址于除基本農(nóng)田以外的農(nóng)用地，以土地經(jīng)營權(quán)流轉(zhuǎn)方式取得土地，科學(xué)、合理、高效的將設(shè)施農(nóng)業(yè)和光伏發(fā)電結(jié)合，在不改變土地利用性質(zhì)的前提下，實(shí)現(xiàn)光伏電站的建設(shè)，并能使二者相得益彰，和諧并行發(fā)展。光伏農(nóng)業(yè)大棚的兩種分類方式：一、按照結(jié)構(gòu)分類 1）光伏太陽能日光溫室 2）光伏太陽能連棟溫室二、按照遮光程度分類 1）全遮光型 2）部分遮光型1）光伏太陽能日光溫室 基于北方地區(qū)應(yīng)用較多的冬暖式日光溫室進(jìn)行設(shè)計(jì)，帶有保溫性能良好的東、西、北三面墻體，在采光面上安裝有太陽能電池板。 采光面由拱坡改為平坡，傾角設(shè)計(jì)為15-20左右

9、，塑料薄膜改為鋪設(shè)電池板和透光玻璃。傳統(tǒng)的冬暖式日光溫室光伏太陽能日光溫室 鋪設(shè)電池板和透光玻璃后，屋面荷載增加。溫室按門式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，屋面荷載由檁條、屋面梁、鋼立柱傳至基礎(chǔ)。1）光伏太陽能日光溫室部分遮光型，適合建設(shè)在北方地區(qū)，春、冬季節(jié)白天光照強(qiáng)，夜間溫度低，溫室可以白天為植物遮擋過強(qiáng)的光照，夜間在良好的墻體保溫條件下，為植物提供安全的溫度，創(chuàng)造更好的植物生長環(huán)境，適宜種植一些不太需要高溫、強(qiáng)光的葉菜作物。部分遮光型1）光伏太陽能日光溫室全遮光型，溫室內(nèi)部幾乎沒有光照，溫度變化較為平衡，種植項(xiàng)目首選那些基本不需要陽光的，如平菇、金針菇、白靈菇、香菇等食用菌品種，其次選擇適合弱光的，如三七

10、、人參、西洋參等藥材。全遮光型2）光伏太陽能連棟溫室 基于傳統(tǒng)的連棟溫室進(jìn)行設(shè)計(jì)，在屋頂每跨向陽面安裝有光伏太陽能電池板，墻體透明，以薄膜、玻璃或陽光板為墻體材料，保溫性能相對較差。 屋面由雙拱坡改為雙平坡，南坡傾角設(shè)計(jì)為15-20左右，單跨控制在10m以內(nèi)，南坡塑料薄膜改為鋪設(shè)電池板和透光玻璃，北坡仍采用塑料薄膜。光伏太陽能連棟溫室傳統(tǒng)的連棟溫室2）光伏太陽能連棟溫室 溫室主要受力構(gòu)件為三角形鋼屋架、屋面檁條、天溝和鋼柱。屋面荷載通過拱架或屋架傳到天溝，再由天溝傳至鋼立柱，最終傳至基礎(chǔ)。天溝采用U型截面，天溝除擔(dān)負(fù)排水作用外，也作為鋼梁承擔(dān)結(jié)構(gòu)受力。 結(jié)構(gòu)加固后比原塑料大棚抗風(fēng)增強(qiáng)。光伏太陽

11、能連棟溫室結(jié)構(gòu)2）光伏太陽能連棟溫室 連棟溫室大多數(shù)設(shè)計(jì)為部分遮光型，適合建設(shè)在中、低緯度地區(qū)，一年四季的溫度和光照強(qiáng)度變化都較小，日照充足，晝夜溫度都比較高。 采用了雙玻晶硅組件，可以使室內(nèi)的光照更均勻，接近或達(dá)到無陰影效果，更利于溫室內(nèi)植物生長。部分遮光型-非晶硅薄膜組件部分遮光型-雙玻晶硅組件光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)結(jié)合的其它型式：一、太陽能電池板放置在日光溫室的后墻頂上這種型式對大棚采光和原種植方式不產(chǎn)生影響，但需在設(shè)計(jì)時考慮光伏陣列的附加荷載和結(jié)構(gòu)加固方式。同時，為了保證后部大棚的合理采光，間距會相應(yīng)增大，電池板傾角不宜過大。這種型式光伏和大棚的結(jié)合程度不高，一定程度上增加了占地。二、光伏發(fā)電

12、與大棚養(yǎng)殖的結(jié)合 禽畜養(yǎng)殖棚多采用門式鋼架結(jié)構(gòu)，由鋼立柱，橫向鋼梁，屋面檁條構(gòu)成，屋頂覆蓋材料多為彩鋼保溫復(fù)合板。結(jié)構(gòu)型式上，與常見的工業(yè)廠房的鋼結(jié)構(gòu)型式一致。如果在養(yǎng)殖棚結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之初，將附加的電池板荷載考慮進(jìn)去，沿屋頂光伏組件平行鋪設(shè)光伏組件，采用利用夾具與彩鋼瓦肋邊固定，也就構(gòu)成一座屋頂電站。并且，一些養(yǎng)殖暖棚冬季采暖用電負(fù)荷也較大，有利于光伏發(fā)電就地消納。在保溫性能要求不高時，光伏組件也可直接做棚頂圍護(hù)結(jié)構(gòu)，與屋面檁條通過壓板固定，組件之間縫隙采用密封條及結(jié)構(gòu)膠做防水處理。1、對光伏組件的選型要求農(nóng)業(yè)大棚上應(yīng)用的光伏組件主要型式有：1）薄膜光伏組件組件本身具有一定光線透過性，用于全遮光棚

13、、部分遮光棚，適宜種植弱光或中等喜光品種；2）晶硅雙玻組件封裝電池片間有一定間隔，用于連棟溫室上，室內(nèi)光照更均勻，適宜種植喜光品種； 3）晶硅鋁合金邊框組件完全不透光，適宜種植喜陰品種。2、大棚結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特殊性 光伏組件替換了塑料薄膜，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承擔(dān)荷載增加，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，應(yīng)進(jìn)行建模計(jì)算，分析構(gòu)件受力，在滿足結(jié)構(gòu)安全、25年使用壽命的條件下，盡量采用輕型鋼材，如冷彎薄壁卷邊槽鋼、Z型鋼、幾字鋼等，降低結(jié)構(gòu)用鋼量、控制成本。 3、大棚內(nèi)高濕環(huán)境的特殊性 大棚內(nèi)濕度一般60%以上，在鋼構(gòu)表面、大棚膜面易冷凝、結(jié)露。這種高濕環(huán)境對鋼結(jié)構(gòu)本體存在腐蝕，對布置在大棚內(nèi)的光伏組件、接線盒、電纜、橋架、匯流箱

14、等的安全穩(wěn)定運(yùn)行存在隱患，如降低設(shè)備絕緣強(qiáng)度、造成導(dǎo)電金屬或電路板腐蝕、降低使用壽命、造成電氣短路故障等，尤其是光伏組件。 采用內(nèi)天溝設(shè)計(jì)可集中收集冷凝露水。高濕環(huán)境4、大棚工藝設(shè)計(jì)與光伏電站設(shè)計(jì)應(yīng)統(tǒng)籌考慮1）在科技化農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)一般會設(shè)置溫控、濕控裝置，設(shè)置噴水滴灌系統(tǒng)、機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)，有時需設(shè)置農(nóng)機(jī)設(shè)施運(yùn)行的滑軌，或農(nóng)機(jī)進(jìn)入大棚作業(yè)，大棚首先應(yīng)滿足農(nóng)業(yè)工藝條件，并考慮為附加光伏發(fā)電創(chuàng)造有利條件。2）安裝在棚頂?shù)墓夥M件，一般高度在，進(jìn)行安裝、維護(hù)或更換難度大，組件、匯流箱、匯流電纜等發(fā)生故障時，人工巡檢難度較大，難以及時發(fā)現(xiàn)。 3）考慮到組件清洗和檢修通道的設(shè)置。一般可利用大棚的天溝做為工作人

15、員的通行走道?？稍谔鞙细浇O(shè)置取水口，由給水管道引至天溝頂面，接軟管和水槍進(jìn)行清洗。5、光伏組件安裝傾角設(shè)計(jì)的特殊性 設(shè)計(jì)溫室采光面時，光線入射角度不宜選取過大，過大會造成溫室的脊高過高，結(jié)構(gòu)不合理。同時，根據(jù)光線反射原理，光線入射角從90降到50時，透過采光面的光量下降不明顯。日光溫室的設(shè)計(jì)中要求大于或等于50，便滿足采光需求。最佳傾角18傾角6、光伏農(nóng)業(yè)大棚不易實(shí)現(xiàn)1MW標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì) 地面電站基本上是以1MW型式的單元，進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)方案成熟，定型設(shè)備、可靠，小的光伏陣列在場區(qū)內(nèi)排布、調(diào)整靈活。相比，光伏農(nóng)業(yè)大棚實(shí)現(xiàn)1MW模塊化設(shè)計(jì)，難度較高。大片棚頂中片棚頂小片棚頂7、光伏發(fā)電系統(tǒng)型式多樣選用光伏組件型號不同組件在坡面上排布方案不同大棚型式不同單個棚系統(tǒng)容量大小一致薄膜組件發(fā)電系統(tǒng)晶硅組件發(fā)電系統(tǒng)電壓大，電流小，串聯(lián)少，并聯(lián)路數(shù)多，須二級匯流電壓小，串聯(lián)多，并聯(lián)路數(shù)少，一級匯流組件串接線方式各異大棚內(nèi)的匯流電纜敷設(shè)方式、路徑、匯流箱安裝位置方式各異容量大的考慮用集中型逆變器，容量小的可考慮利用組串型逆變器，與大棚安裝容量匹配薄膜組件發(fā)電系統(tǒng)、部分遮光棚組件串接線方式各異雙玻晶硅發(fā)電系統(tǒng)、坡面滿鋪薄膜組件發(fā)電系統(tǒng)二級匯流晶硅組件發(fā)電系統(tǒng)一級匯流8、總圖布置應(yīng)注意的問題