一种高效农光互补现代生态农业系统技术方案

本发明专利技术属于高效光伏生态农业领域。本发明专利技术公开一种高效农光互补现代生态农业系统，该系统由若干光伏农业单元组成，每个光伏农业单元包括光伏组串、光伏组件、阴生(耐阴)作(植)物、中性作(植)物、农业空间、地面种植区、支架系统与运维通道。其特征为：光伏组件串并联后组成光伏组串吸收太阳光能发电，光伏组串与地面形成农业空间，其前端和后端分别为阴生(耐阴)与中性作(植)物区，栽培相应光生态型作(植)物，栽培方法为地面或者器皿种植。支架系统前端和后端为运维通道，集中布设集水、排水与灌溉管路。本发明专利技术可以使光能、土地与作物最优化匹配，实现能源和资源最大化利用，结构合理、经济适用、产出率高。

An Efficient Agricultural-Optical Complementary Modern Eco-Agricultural System

The invention belongs to the field of high efficiency photovoltaic ecological agriculture. The invention discloses a modern eco-agricultural system with high efficiency agriculture-light complementary. The system consists of several photovoltaic agricultural units, each photovoltaic agricultural unit includes photovoltaic cluster, photovoltaic module, shade-tolerant plant, neutral plant, agricultural space, ground planting area, support system and operation and maintenance channel. Its characteristics are as follows: photovoltaic modules are connected in series and parallel to form photovoltaic units to absorb solar energy and generate electricity in series, and photovoltaic units are connected with the ground to form agricultural space. The front and back ends of photovoltaic units are shady (shade-tolerant) and neutral (plant) areas respectively, and corresponding Photoecological (plant) plants are cultivated by the ground or utensils. The front end and back end of the support system are operation and maintenance channels, and centralized water collection, drainage and irrigation pipelines are laid. The invention can optimize the matching of light energy, land and crops, realize the maximum utilization of energy and resources, has reasonable structure, economic applicability and high output rate.

【技术实现步骤摘要】
一种高效农光互补现代生态农业系统
本专利技术涉及现代生态农业，更具体涉及光伏生态农业，可广泛应用于当代生态农业、循环农业与低碳农业建设。
技术介绍
生态农业(ECO，Eco-agriculture)是按照生态学原理和生态经济规律，因地制宜地设计、组装、调整和管理农业生产和农村经济的系统工程体系。伴随着石油农业的高效产出，是化肥农药的高投入，土壤侵蚀、化肥农药污染、能源危机、食品安全等问题也逐渐浮现出来。生态农业作为当今世界农业发展的新潮流，已受到世界的青睐，也已经成为我国农业转变发展方式的必由之路。2006年，农业部选择100个县1000个村开展百县千村“生态家园富民试点村”建设，农业部筛选出了十大生态农业系统：北方“四位一体”生态系统；南方“猪-沼-果”生态系统；平原农林牧复合生态系统；草地生态恢复与持续利用生态系统；生态种植系统；生态畜牧业生产系统；生态渔业系统；丘陵山区小流域综合治理系统；设施生态农业系统；休闲生态农业系统。以上生态农业系统主要功能仍是以农产品生产为主，能源转化效率低，土地产出率较低，经济效益不显著。近年来，随着政府重视和大力推广，我国光伏电站的建设总量快速增长。国家能源局数据显示，截至2015年底，全国光伏累计装机量约43GW，86％是位于西部的集中式大型光伏地面电站。由于当地消纳能力有限、外输通道建设滞后，我国西北地区出现了较为严重的弃光问题。《2015年-2016年中国光伏产业年度报告》中记载，2015年，我国全年累计弃光电量为46.5亿千瓦时，全部集中在了西北地区的甘肃、青海、新疆、宁夏四省区，“弃光率”达到了17.08％。光伏地面电站占有的大量土地或将闲置与撂荒。中东部省份用电需求大，光伏装机占比较低，可开发利用空间巨大，但是由于用地较大，与农业用地形成矛盾。农光互补发电系统，将农业和光伏发展结合起来，为农业种植预留出充足的生长空间，实现土地的多层次开发利用。目前，光伏发电和农业生产耦合形成的光伏农业成为了新的生态农业系统。具体形式有：菌菇光伏系统、渔光互补系统、蔬菜(瓜果)光伏系统、畜禽(牧业)光伏系统、林光系统、药材光伏系统、生态光伏系统、热电光系统、服(“三产”)光系统休闲观光旅游、水利光系统。由于发展较晚，现在光伏农业系统存在以下关键环节急需解决：一是作(植)物筛选缺乏科学依据，往往是根据经验种植；二是光伏板高度和倾角设计与作(植)物不匹配，作(植)物难以管理，光伏维护不便。在此背景下，开发一种基于量化手段的农光互补高效生态农业系统，满足精准光伏农业生态设计需要，对于推动光伏农业升级转型意义重大。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高效农光互补现代生态农业系统，其主要特点是光伏电站运维与作物耕种收获便利，农作物按光生态型布设，整个系统光能利用率高、综合产出高。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案来实现：本专利技术提供的一种高效农光互补现代生态农业系统，所属系统由若干个光伏农业单元组成，所述光伏农业单元由光伏组串、光伏组件、阴生(耐阴)作(植)物、中性作(植)物、农业空间、地面种植区、支架系统与运维通道构成。本专利技术提供的一种高效农光互补现代生态农业系统技术方案中，所述光伏组串由若干光伏组件串并联后组装而成，光伏组件主要包括单晶硅太阳能电池板、多晶硅太阳能电池板、非晶硅薄膜太阳能电池板与太阳能吸热板，但不限于以上太阳能利用组件。本专利技术提供的一种高效农光互补现代生态农业系统技术方案中，所述作(植)物的光生态型包括两种，一种属于阴生作(植)物或者耐阴作(植)物，一种属于中性作(植)物，所述作(植)物栽培方式可以为盆栽也可以直接种植在地面上。本专利技术提供的一种高效农光互补现代生态农业系统技术方案中，所述农业空间位于光伏组串电池板下方与地面上方构成的空间区域，所述空间区域大小可参考作(植)物高度而定，所述空间区域大小可通过光伏组件倾角与支架高度进行调整。本专利技术提供的一种高效农光互补现代生态农业系统技术方案中，所述地面种植区分为阴生作(植)物种植区与中性作(植)物种植区，分别位于光伏组串低端与高端，分界线由日均累积光合有效辐射确定。本专利技术提供的一种高效农光互补现代生态农业系统技术方案中，所述支架系统为固定安装型，材质包括混凝土支架、钢支架和铝合金支架。本专利技术提供的一种高效农光互补现代生态农业系统技术方案中，所述运维通道不种植作物，布设集水、排水与灌溉管路，位于光伏组串支架系统的低端前边和高端后边。本专利技术提供的一种高效农光互补现代生态农业系统技术方案中，所述阴生作(植)物或者耐阴作(植)物种植在阴生作(植)物种植区，中性作(植)物种植在中性作(植)物种植区。采用上述技术方案，本专利技术相比现有生态农业系统具有的有益效果：本专利技术提供一种全新的高效农光互补现代生态农业系统，具体的说，就是1)精准性高，即先对光伏组串下种植空间依据太阳辐射强度进行量化检测，再对种植地面进行分区，选择合适的光生态型作(植)物种植，可以满足作(植)物的光需要，保证作(植)物健康生长；2)产出率高，光伏组件倾角设计首先满足发电量达到最大，再依据作(植)物高度适当调整支架高度，满足作(植)物生长周期需要和耕种管理收割需要，有效提高作物经济产量或者植物生物量，整个系统产出和效益达到最高；3)经济适用，在光伏组串前段设置有运维通道，通道不种植植物，将集水、排水与灌溉管路集成布设在运维通道内，又便于光伏组件清扫运维使用，又有利于作(植)物耕种收管理。附图说明图1是本专利技术光伏农业单元结构示意图；图2是本专利技术光伏农业单元侧视图；图3是实施例1主视图；图4是实施例2主视图；附图标记说明：光伏农业单元1，光伏组串2，光伏组件3，阴生(耐阴)作(植)物，中性作(植)物5，农业空间6，中性作(植)物种植区7，阴生(耐阴)作(植)物种植区8，光伏支架系统9，运维通道10。实施例1主视图。实施例2主视图。具体实施方式为了更好理解本专利技术，下面结合具体实施例对本专利技术作详细说明，未详加说明的按本领域现有技术。本专利技术要求保护的范围不单限于实施例表示的范围：实施例1：某光伏农业项目准备种植中草药，假设场址位于东经E101°53′29.13″，北纬N26°25′40.82″，光伏组串长5.3米，宽3.28米。在保证全年发电量最大前提下，通过专业软件可以计算出光伏组串(2)的和地面最佳倾角为25°～28°，农业空间6栽培阴生中草药(4)与中性中草药(5)，由于中草药品种的直立高度处在20～150cm之间，考虑人工耕种收等操作方便，光伏组件支架系统(9)前端高度设计为150cm，后端支架系统高度依据坡度而定。采用专用软件计算8：0～18：00之间，光伏组串(2)下的日均累积光合有效辐射，对其投影遮挡地面进行光合有效辐射分区，并选择经济效益高的中草药品种，整理种植地面土壤，按照需光特点分别栽培在中性植物种植区(7)和阴生植物种植区(8)。灌溉系统布设在运维通道(10)上，光伏组件清洗和维护时，人员站在运维通道进行。实施例2：考虑到阴生作(植)物管理方便，将实施例1中的中性作(植)物由地面种植方式改为无土栽培方式，将中性作(植)物种植在无土栽培槽、栽培器皿或者花盆中，填满基质，放置在中性作(植)物种植区，进行栽培管理，其它操作条件不变。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效农光互补现代生态农业系统，其特征在于：所属系统由若干个光伏农业单元(1)组成，所述光伏农业单元由光伏组串(2)、光伏组件(3)、阴生(耐阴)作(植)物(4)、中性作(植)物(5)、农业空间(6)、地面种植区(7、8)、支架系统(9)与运维通道(10)构成。

【技术特征摘要】
1.一种高效农光互补现代生态农业系统，其特征在于：所属系统由若干个光伏农业单元(1)组成，所述光伏农业单元由光伏组串(2)、光伏组件(3)、阴生(耐阴)作(植)物(4)、中性作(植)物(5)、农业空间(6)、地面种植区(7、8)、支架系统(9)与运维通道(10)构成。2.根据权利要求1所述的农光互补现代生态农业系统，其特征在于：光伏组串(2)由若干光伏组件串并联后组装而成，光伏组件主要包括单晶硅太阳能电池板、多晶硅太阳能电池板、非晶硅薄膜太阳能电池板与太阳能吸热板，但不限于以上太阳能利用组件。3.根据权利要求1所述的农光互补现代生态农业系统，其特征在于：农业空间(6)包括光伏组串电池板下方与地面上方构成的空间区域，空间...

【专利技术属性】
技术研发人员：王飞，宋成军，石祖梁，孙仁华，贠超，党钾滔，
申请(专利权)人：农业部农业生态与资源保护总站，
类型：发明
国别省市：北京,11