光伏农业中电站光资源分布研究
光伏农业是近年来光伏电站投资建设的热门话题。为了突破光伏电站用地的困境,农光互补光伏电站项目在国内外得到快速发展,国家政策对光伏农业项目给予补贴支持。
在光伏农业的快速发展中,令光伏从业者、设计院等比较困惑的事情是,普通的光伏电站下、农业大棚下种植什么最合适,效益最大。而目前作为农光互补主要形式的光伏大棚工程状况令人震惊,如《光能》2015年5月刊,第85期张喆《光伏大棚or大棚光伏》中提到,某山地食用菌生产基地,其实是假借种蘑菇圈了一大片山地。某国企江苏的1000亩农业大棚已经并网发电,但是大棚地下却是野草……因此,光伏电站与农业等如何完美结合,迫切需要解决农作物种植问题,该问题亟待深入研究,本文以光资源分析作为主题探讨相关问题。
一、光对万物的意义
关于上帝用六天创造宇宙万物,《创世记》是这样记载的:第一天,上帝说要有光,就有了光;第二天,上帝说要有天空,就有了天空;第三天,上帝说要有陆地和海洋,就有了陆地和海洋;第四天,上帝说要有太阳和月亮,就有了太阳和月亮;第五天,上帝说要有鱼和飞鸟,就有了鱼和飞鸟;第六天,上帝说要有动物和人,就有了动物和人。
从上帝创造万物的过程,我们可以看到,有了光才可以生万物。光是太阳辐射能以电磁波形式投射到地球表面上的辐射线。光主要来自太阳辐射,其他星体的光仅占极小部分。光是生命的极为重要的生态因子之一。地球上所有生命都是依靠进入生物圈的太阳辐射能流来维持的。太阳辐射对地球表面和水体不仅带来光照,还直接产生热效应。光能影响有机体的理化变化,从而产生各种各样的生态学效应。
(1)光对动物和植物的生存提供能量的来源。动植物对光的刺激都会产生一定的反应,如视觉、繁殖、发育、行为、分布等。
(2)光直接影响植物的光合作用和色素的形成。没有光,绿色植物难以生存。水环境的光照条件远远不及陆地,即使在水的上层,光照强度也较空气中小得多,在水体的深处则是永远黑暗的。因此光在水生植物的生活中具有特别重要的生态意义。没有阳光,绿色植物就不能进行光合作用,也就不能生存。光不仅影响植物的生活,还影响植物的分布。在陆生植物中,有些只有在强光下才能生长得好,如松、杉、柳、槐、玉米等;有些只有在密林下层的若光下才能生长得好,如药用植物人参、三七等。
(3)光对于动物的重要意义,一方面是通过植物和影响其他环境因素的动态而产生的间接关系,另一方面主要起着信号作用,对于动物的行为和生理上有很大影响。在有些情况下光是动物生活中所需要的环境因子之一。阳光,对动物的影响也很明显。阳光能够影响动物的体色。例如,大多数鱼身体背部的颜色较深,腹部较浅,这就与阳光的照射有关系。光照还能影响动物的生长发育。有人做过这样的实验:把蚜虫培养在连续无光照的条件下,所产生的个体大多没有翅;把蚜虫培养在明暗交替的条件下,所产生的个体大多有翅。然而,光对动物的深刻影响在许多方面还没有充分的了解,因为光对有机体的作用可能是直接的,也可能是间接的,还有可能是通过对其他环境因子的影响而起作用。
光资源是光伏电站建设的核心要素,当场地、电网等条件合适,即可建设光伏电站,戈壁滩、山地等均可,但戈壁滩、山地等缺水的地方可能并不适合农业生产。影响动植物生长的因素有很多,阳光、温度、水、空气湿度、土壤中的养分、空气的成分等等。其中阳光和温度对作物的影响最大,而光伏电站对环境温度的影响有限,光伏大棚的温度也是可调的,因此本文主要分析光伏电站中、农光大棚中光资源的分布。
二、项目所在地光资源分析
2.1 我国光资源分布
我国属太阳能资源丰富的国家之一,全国总面积2/3以上地区年日照时数大于2000小时。
我国太阳能资源分布图
按照日照辐射强度上图中将我国分为四类地区。
一类地区(最丰富带)
全年辐射量在6300MJ/m2以上。主要包括青藏高原、甘肃北部、宁夏北部、新疆南部、河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部等地。
二类地区(很丰富带)
全年辐射量在5040~6300MJ/m2。主要包括山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部、甘肃东南部、广东南部、福建南部、江苏中北部和安徽北部等地。
三类地区(较丰富带)
全年辐射量在3780~5040MJ/m2。主要是长江中下游、福建、浙江和广东的一部分地区,春夏多阴雨,秋冬季太阳能资源还可以。
四类地区(一般带)
全年辐射量在3780MJ/m2以下。主要包括四川、贵州两省。此区是我国太阳能资源最少的地区。
二、三类地区,年辐射量不小于3780MJ/m2,是我国太阳能资源丰富或较丰富的地区,面积较大,约占全国总面积的2/3以上,具有利用太阳能的良好条件。四类地区虽然太阳能资源条件较差,但仍有一定的利用价值。
表1我国光资源分布划分
2.2 项目所在地光资源分析
本农光互补项目位于安徽宿州。宿州简称为“宿”,安徽省地级市,宿州市位于安徽省北部。地理位置东经116°09′-118°10′、北纬33°18′-34°38′。襟连沿海,背倚中原,素有安徽省北大门之称。
宿州市位于黄淮平原南端,属北温带半湿润季风气候,是南北冷暖空气交汇的过渡地带,季风气候明显。宿州四季气候变化大,冬季的时间比较长,有四个月之久,比较寒冷;夏日炎热,持续时间较长;春秋两季很短,气候适宜,雨水适中,空气潮湿。宿州多年平均降雨量为840mm左右,降水量的年际变化大,最大年降雨是最小年降雨的3.2倍,5-9月份降雨占年降雨量的四分之三,常以大雨、暴雨、特大暴雨形式出现,极易发生洪涝灾害。
根据宿州的水平面光资源分析,该市年辐射量为1351.9kWh/m2,即4866.84MJ/m2。属我国第三类太阳能资源区域,非常适合建设太阳能光伏发电项目。
表2宿州气象要素
责任编辑:蒋桂云