農(nóng)業(yè)大棚與光伏陣列的遮擋與光照互補(bǔ)分析

1、農(nóng)業(yè)大棚與光伏陣列的遮擋與光照互補(bǔ)分析農(nóng)業(yè)大棚與光伏陣列的遮擋與光照互補(bǔ)分析本質(zhì)上，所有的物理問(wèn)題都是時(shí)間與空間問(wèn)題的交織。隨著每天太陽(yáng)的東升西落，物體的影子則是顛倒著自西向東，這個(gè)規(guī)律大家再熟悉不過(guò)的啦。但大家注意過(guò)沒(méi)有，其實(shí)在夏天的時(shí)候，日出及日落的某個(gè)時(shí)段，太陽(yáng)其實(shí)是在你屁股后面的（前提是你面向正南方），更準(zhǔn)確的描述是從春分至秋分這個(gè)時(shí)段，其實(shí)在日出與日落的某個(gè)時(shí)段，太陽(yáng)是處在觀察者的北面。這里舉這個(gè)例子，只是要告訴大家，其實(shí)很多

2、事情，就跟太陽(yáng)在南邊這個(gè)常識(shí)性認(rèn)識(shí)一樣，細(xì)究的時(shí)候，是有問(wèn)題的。下面討論一個(gè)更現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題。光伏項(xiàng)目中的遮擋，時(shí)下這個(gè)問(wèn)題可以有各種各樣的模擬軟件可以分析，可以通過(guò)多種方式展示結(jié)果，圖文并茂，視頻可能也有，似乎這已經(jīng)不是問(wèn)題了。但軟件給出的結(jié)果是依據(jù)人給他設(shè)定的模型來(lái)計(jì)算的，而不能代替人去創(chuàng)造性的去設(shè)計(jì)；也就是軟件只是輔助設(shè)計(jì)，而設(shè)計(jì)的中心依舊是人，創(chuàng)造的核心也必須是人。軟件之所以能分析，是因?yàn)槲覀兘o其設(shè)定條件，輸入模型，然后他才會(huì)替你去

3、做分析。說(shuō)白了軟件就是幫你把已有的構(gòu)想數(shù)字化，在模擬時(shí)空里跑了一趟，然后把結(jié)果盡可能明白的展示給你、展示給客戶。但是軟件不會(huì)分析你這個(gè)模型的優(yōu)劣好壞，缺陷有無(wú)。再完美的軟件也不能將一個(gè)粗糙的模型給你算出一個(gè)完美的結(jié)果，哪怕軟件的模擬結(jié)果形式上再漂亮、數(shù)字再完美。換句話說(shuō)，你還得努力的去建立模型，分析模型，而不是隨便撿個(gè)模型，丟給軟件，就能得到一個(gè)完美的結(jié)果?，F(xiàn)在還是回到一個(gè)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。農(nóng)光結(jié)合問(wèn)題中遮擋與反射問(wèn)題。為了分析更清晰，先討論遮

4、擋問(wèn)題。遮擋問(wèn)題遮擋問(wèn)題農(nóng)光結(jié)合，最好的事當(dāng)然是農(nóng)業(yè)大棚不遮擋光伏陣列光伏陣列不遮擋農(nóng)業(yè)大棚，但也不允許浪費(fèi)土地（哪怕下面是沙漠，也是要繳租金的，更何況農(nóng)光結(jié)合的土地，恐怕也不會(huì)便宜到哪去）。光伏陣列不遮擋農(nóng)業(yè)大棚，這個(gè)很容易，確實(shí)可以用現(xiàn)有的多種軟件去模擬，因?yàn)楣夥嚵械耐庑魏芎?jiǎn)單，他的陰影也就很簡(jiǎn)單了，這種遮擋本質(zhì)上跟光伏陣列前后排的遮擋是一樣的。但是農(nóng)業(yè)大棚對(duì)光伏陣列的遮擋則就沒(méi)有這么簡(jiǎn)單了，或者說(shuō)很復(fù)雜，因?yàn)檗r(nóng)業(yè)大棚他的拱形真的

5、有很多種選擇，在沒(méi)有分析之前也確實(shí)不知道這拱上的哪個(gè)點(diǎn)會(huì)遮擋后面的光伏陣列，哪種拱形的陰影影響要小點(diǎn)。農(nóng)業(yè)大棚（其實(shí)也不排除一些小棚），無(wú)非是由一段曲線作為拱頂，撐在地上或者通過(guò)另一段直線或曲線撐到地上。這些拱頂曲線可以是一段圓弧、一段三次函數(shù)、一段二次曲線、又或者一段對(duì)數(shù)曲線。而那段將拱頂撐離地面的曲線，可以是直線或曲線，當(dāng)然作為受壓撐桿，直線桿還是靠譜些（壓屈失穩(wěn)的可能性最低）。每個(gè)區(qū)域在確定了光伏陣列方位角之后，陣列前方障礙物的陰

6、影影響也就確定了，或者說(shuō)障礙物的陰影長(zhǎng)度（更準(zhǔn)確的說(shuō)是南北向分量）與障礙物的高度之比也就確定了。為了后面描述不拗口，后面文章里陰影長(zhǎng)度就是指陰影長(zhǎng)度的南北向分量。而且通過(guò)模擬軟件也確實(shí)可以模擬出這個(gè)高長(zhǎng)比的最大值——冬至日大約上午9點(diǎn)或下午3點(diǎn)的那個(gè)值，不妨在此先定義這個(gè)最大高長(zhǎng)比定義為k。那么是不是可以將那道冬至日上午9點(diǎn)的陽(yáng)光的南北分量（子午分量），用一次函數(shù)：y=kxh來(lái)描述。K：陽(yáng)光的南北向斜率導(dǎo)數(shù)的大小，直接反映了函數(shù)變化率的

7、大小，也就反映了農(nóng)業(yè)大棚龍骨曲線從跨中到跨邊高度變化率的大小。更直接的說(shuō)，那就是龍骨從跨中到跨邊導(dǎo)數(shù)越大，龍骨高度降低的越迅速，棚內(nèi)空間就越小。要保證棚內(nèi)空間，又要保證不對(duì)北面光伏陣列造成遮擋，就應(yīng)該選擇導(dǎo)數(shù)最小的函數(shù)，那就是對(duì)數(shù)函數(shù)。反射補(bǔ)光反射補(bǔ)光上面分析了遮擋問(wèn)題，下面分析反射補(bǔ)光問(wèn)題。這里分兩個(gè)方面來(lái)討論，一方面是組件反光對(duì)農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)農(nóng)作物采光的補(bǔ)充，另一方面是農(nóng)業(yè)大棚的反光對(duì)光伏陣列采光的補(bǔ)充。先討論第一個(gè)方面，光伏陣列對(duì)農(nóng)業(yè)

8、大棚的補(bǔ)光作用?，F(xiàn)在的光伏組件處于提高效率的需要，其表面玻璃都經(jīng)過(guò)多道技術(shù)手段處理，其反射率是極低的；另一方面，因?yàn)檠b設(shè)角度受制于場(chǎng)地限制，同時(shí)又直接關(guān)乎到電站的結(jié)構(gòu)安全與發(fā)電效率，基本上也是確定的。因此光伏陣列的反光作用，對(duì)大棚陣列的補(bǔ)光作用也就是基本確定的，沒(méi)有多大的空間去提高這一塊。最多在過(guò)道里采取一些手段，在特定的時(shí)段對(duì)農(nóng)業(yè)大棚進(jìn)行補(bǔ)光。現(xiàn)在討論另一個(gè)方面，農(nóng)業(yè)大棚對(duì)光伏陣列的補(bǔ)光作用。薄膜敷設(shè)的農(nóng)業(yè)大棚，其對(duì)光線的透過(guò)率是根據(jù)

9、材料不同在很大范圍內(nèi)波動(dòng)的，但總體來(lái)說(shuō)，其反射率還是很可觀的；大棚表面是起伏不平的，同時(shí)薄膜表面的平整度也是很粗糙的，這決定了其對(duì)光線的反射里漫反射占到一定的量；棚頂是拱形的，其對(duì)光線的反射有發(fā)散作用，而且曲率越大反射的發(fā)散作用就越強(qiáng)。對(duì)于薄膜的透光率與反射率以及對(duì)特定波長(zhǎng)光線的透過(guò)率與反射率，這些在建棚之前就根據(jù)種植需要已經(jīng)確定，后期的改動(dòng)也是根據(jù)種植需要做調(diào)整；當(dāng)然局部增強(qiáng)反光也是可以考慮的。薄膜的表面平整度這是受加工工藝跟成本控制

10、的，提高表面平整度會(huì)帶來(lái)成本的迅速增加，得不償失；同時(shí)在自然環(huán)境下的風(fēng)吹、日曬、雨淋、灰塵雜物的粘附，造成的表面粗糙效應(yīng)也遠(yuǎn)大于出廠的表面粗糙度，看來(lái)控制表面粗糙度意義不大。棚頂平整度的優(yōu)化。大棚薄膜與龍骨組成的其實(shí)是一個(gè)膜系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)的強(qiáng)度與剛度，是依賴于膜的張力與龍骨的壓力。由于受到薄膜強(qiáng)度的限制（其實(shí)還是優(yōu)化成本的需要），龍骨的跨度不能太大，每跨之間都需要有綁縛來(lái)增加膜的張力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體強(qiáng)度與剛度可靠。著就導(dǎo)致，膜在龍骨

11、位置凸起，而龍骨與龍骨之間的跨中則會(huì)凹陷，從而形成周期性的凸起與凹陷。換句話說(shuō)這樣的波狀起伏，是由結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)所決定的。拱形的優(yōu)化問(wèn)題。拱形曲線上每點(diǎn)的切線與法線是垂直的，二者之間傾角差90，這就導(dǎo)致在曲線切線斜率增大的時(shí)候，曲線法線斜率的絕度值在減??；曲線切線斜率減小的時(shí)候，曲線法線斜率在增大。北側(cè)棚面的外法線均是朝北上方的，而大多數(shù)有效日照時(shí)間里，太陽(yáng)光的入射光則是自南斜向下的（其傾角大于棚面外法線傾角），二者傾角只差就是陽(yáng)光的入

12、射角；可知在曲線斜率較小的時(shí)候，曲線法線的斜率較大，也就是法線的傾角較大，在陽(yáng)光傾角確定的情況下，陽(yáng)光的入射角就小，反射角也就越?。辉诖_定的曲線長(zhǎng)度上，反射角最大值到最小值之間的跨度也小，換句話說(shuō)反射光線的平行性就要好一些，發(fā)散性就要弱一些，對(duì)于光伏陣列的補(bǔ)光救強(qiáng)一些。這一分析與凸面鏡的反光特點(diǎn)是一致的，那就是曲率越大，其對(duì)平行光線的反射發(fā)散性越強(qiáng)。可見(jiàn)選用曲率較小的對(duì)數(shù)曲線棚在反光補(bǔ)光上也是有益的。同時(shí)說(shuō)明一點(diǎn)，較小的入射角其實(shí)對(duì)光線