農(nóng)業(yè)大棚與光伏陣列的遮擋與光照互補分析

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

2、事情，就跟太陽在南邊這個常識性認識一樣，細究的時候，是有問題的。下面討論一個更現(xiàn)實的問題。光伏項目中的遮擋，時下這個問題可以有各種各樣的模擬軟件可以分析，可以通過多種方式展示結(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)定的模型來計算的，而不能代替人去創(chuàng)造性的去設(shè)計；也就是軟件只是輔助設(shè)計，而設(shè)計的中心依舊是人，創(chuàng)造的核心也必須是人。軟件之所以能分析，是因為我們給其設(shè)定條件，輸入模型，然后他才會替你去

3、做分析。說白了軟件就是幫你把已有的構(gòu)想數(shù)字化，在模擬時空里跑了一趟，然后把結(jié)果盡可能明白的展示給你、展示給客戶。但是軟件不會分析你這個模型的優(yōu)劣好壞，缺陷有無。再完美的軟件也不能將一個粗糙的模型給你算出一個完美的結(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，你還得努力的去建立模型，分析模型，而不是隨便撿個模型，丟給軟件，就能得到一個完美的結(jié)果。現(xiàn)在還是回到一個現(xiàn)實問題。農(nóng)光結(jié)合問題中遮擋與反射問題。為了分析更清晰，先討論遮

4、擋問題。遮擋問題遮擋問題農(nóng)光結(jié)合，最好的事當然是農(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，恐怕也不會便宜到哪去）。光伏陣列不遮擋農(nóng)業(yè)大棚，這個很容易，確實可以用現(xiàn)有的多種軟件去模擬，因為光伏陣列的外形很簡單，他的陰影也就很簡單了，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)大棚對光伏陣列的遮擋則就沒有這么簡單了，或者說很復(fù)雜，因為農(nóng)業(yè)大棚他的拱形真的

5、有很多種選擇，在沒有分析之前也確實不知道這拱上的哪個點會遮擋后面的光伏陣列，哪種拱形的陰影影響要小點。農(nóng)業(yè)大棚（其實也不排除一些小棚），無非是由一段曲線作為拱頂，撐在地上或者通過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，或者說障礙物的陰影長度（更準確的說是南北向分量）與障礙物的高度之比也就確定了。為了后面描述不拗口，后面文章里陰影長度就是指陰影長度的南北向分量。而且通過模擬軟件也確實可以模擬出這個高長比的最大值——冬至日大約上午9點或下午3點的那個值，不妨在此先定義這個最大高長比定義為k。那么是不是可以將那道冬至日上午9點的陽光的南北分量（子午分量），用一次函數(shù)：y=kxh來描述。K：陽光的南北向斜率導(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，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)，那就是對數(shù)函數(shù)。反射補光反射補光上面分析了遮擋問題，下面分析反射補光問題。這里分兩個方面來討論，一方面是組件反光對農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)農(nóng)作物采光的補充，另一方面是農(nóng)業(yè)大棚的反光對光伏陣列采光的補充。先討論第一個方面，光伏陣列對農(nóng)業(yè)

8、大棚的補光作用?，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)過多道技術(shù)手段處理，其反射率是極低的；另一方面，因為裝設(shè)角度受制于場地限制，同時又直接關(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，對大棚陣列的補光作用也就是基本確定的，沒有多大的空間去提高這一塊。最多在過道里采取一些手段，在特定的時段對農(nóng)業(yè)大棚進行補光?，F(xiàn)在討論另一個方面，農(nóng)業(yè)大棚對光伏陣列的補光作用。薄膜敷設(shè)的農(nóng)業(yè)大棚，其對光線的透過率是根據(jù)

9、材料不同在很大范圍內(nèi)波動的，但總體來說，其反射率還是很可觀的；大棚表面是起伏不平的，同時薄膜表面的平整度也是很粗糙的，這決定了其對光線的反射里漫反射占到一定的量；棚頂是拱形的，其對光線的反射有發(fā)散作用，而且曲率越大反射的發(fā)散作用就越強。對于薄膜的透光率與反射率以及對特定波長光線的透過率與反射率，這些在建棚之前就根據(jù)種植需要已經(jīng)確定，后期的改動也是根據(jù)種植需要做調(diào)整；當然局部增強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，提高表面平整度會帶來成本的迅速增加，得不償失；同時在自然環(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)也遠大于出廠的表面粗糙度，看來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是一個膜系統(tǒng)，這個系統(tǒng)的強度與剛度，是依賴于膜的張力與龍骨的壓力。由于受到薄膜強度的限制（其實還是優(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增加膜的張力，進而實現(xiàn)系統(tǒng)的整體強度與剛度可靠。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凹陷，從而形成周期性的凸起與凹陷。換句話說這樣的波狀起伏，是由結(jié)構(gòu)的受力特點所決定的。拱形的優(yōu)化問題。拱形曲線上每點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候，曲線法線斜率的絕度值在減?。磺€切線斜率減小的時候，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)有效日照時間里，太陽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光的入

12、射角；可知在曲線斜率較小的時候，曲線法線的斜率較大，也就是法線的傾角較大，在陽光傾角確定的情況下，陽光的入射角就小，反射角也就越??；在確定的曲線長度上，反射角最大值到最小值之間的跨度也小，換句話說反射光線的平行性就要好一些，發(fā)散性就要弱一些，對于光伏陣列的補光救強一些。這一分析與凸面鏡的反光特點是一致的，那就是曲率越大，其對平行光線的反射發(fā)散性越強?？梢娺x用曲率較小的對數(shù)曲線棚在反光補光上也是有益的。同時說明一點，較小的入射角其實對光線