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【摘 要】：喷灌系统应用于光伏发电和牧草种植相结合的新型发电工程中，既冲洗光伏板，又灌溉牧草，既发电，又收获牧草，一举多得。
【关键字】：喷灌，光伏发电，牧草种植，冲洗光伏板，灌溉牧草
光牧互补是光伏发电与牧草种植相结合的新型设计理念，在光伏电站内，上层设置光伏板发电，光伏板下及光伏板间种植牧草，使原本闲置的土地得以充分利用。不但增加了牧草收益，且牧草的种植起到了防风固沙，减少水土流失，美化环境等作用。光伏板冲洗采用先进的喷灌技术，即提高了组件清洗效果，大量减少了用水，节省人工，同时，冲洗水又起到了灌溉牧草，使水得到重复利用，真正做到一举多得。
随着能源消耗的不断增加，太阳能作为一种清洁的、可再生的且无穷尽的新型能源，越来越引起高度重视，光伏发电也得到了蓬勃的发展。光伏发电主要由太阳能电池阵列及附属设施组成。太阳能电池由下部支架及上部太阳能电池板构成，占地面积巨大。土地利用率仅为30%左右，土地利用问题已经成为制约光伏发电项目的主要因素。与此同时，我国畜牧业由于自由放牧严重地破坏草场资源，饲养量大大超出了草场的承载能力，国家出台了以草定牧，定点圈养的强制政策，牧草种植迫在眉睫。光牧互补达到光牧同设、电草共收，互利互补，完美结合的效果，使光伏电站真正成为绿色、清洁、环保、高效、多产的优质项目。
光伏板冲洗是光伏发电运行最难以解决的问题之一。在我国青海、新疆等太阳能资源丰富的地区多沙尘肆虐，大量沙土覆盖于电池板表面，影响光线透射，减少接收辐射量，同时，在光伏板局部形成热斑效应，可能烧毁组件。电站年度发电量将降低10%，造成巨大损失。光伏板冲洗多采用水车拉水人工移动冲洗，此方法冲洗效果好，成本低，无需施工，但需要大量人工和设备、汽油等，耗水量大，且人有触电危险。在光牧互补项目中，设置喷灌设施对光伏板自动喷洒清洗，此方法喷洒均匀，耗水量仅为人工冲洗的10%左右，无需人工，不受时间、天气等因素限制，可大面积同时作业，冲洗速度快，效率高，运行费用低。同时，在冲洗过程中也对牧草实现了灌溉，水资源得到了重复利用，节约用水。噴灌技术是采用喷灌设备，使水形成细小水滴或水雾喷向作物的一种新型灌溉方式。系统由水源、加压设备、过滤设备、阀门、管道及喷头组成。喷头通过收缩管嘴将有压水喷射到空中，形成细小水滴喷洒。在光伏电站泵房内设置喷灌专用水泵，水进入管网前设置过滤器。喷头按工作压力分为高压（大于0.5MPa）、中压（0.2～0.5MPa）和低压（小于0.2MPa）三种；按喷洒特征及结构形式分为固定式和旋转式。固定式喷头分为折射式、缝隙式及离心式三种；旋转式喷头由旋转密封机构、流道和驱动机构组成，按驱动喷体方式又分为反作用式、摇臂式和叶轮式三种。光牧互补项目中可采用摇臂式可控角铜喷头，这类喷头运行可靠，工作压力低，雾化效果好，喷洒半径大，喷灌强度低，喷洒图形为圆形及扇形，是应用最广的一种喷头。喷灌管网布置根据光伏板布置情况敷设，采用分区喷灌，管网以距离短、分布均、各区尽可能平衡为原则。喷灌管网采用塑料供水管。
牧光互补设计实例
以1MW光伏区为例，占地面积4.8万m2（72亩），每组光伏板投影面积48m2，区域内布置有光伏板共计300组，光伏板总投影面积为1.44万m2，仅占总面积的约30%。有效闲置土地面积约3.36万m2（50.4亩）。在区域中部敷设主管道一根，在两排光伏板间敷设支管道，管道距光伏板基础2m，支管道上设置喷灌喷头，每组光伏板前设置2个摇臂式可控角铜喷头，既冲洗光伏板，又灌溉牧草，喷头参数：R=8.5m，Q=0.35m3/h，P=0.2MPa。喷灌泵流量45m3/h，扬程为50m，区域内共设喷头600个，分成5个区，每个区轮流冲洗。每个喷头流量为0.35 m3/h，每次冲洗时间为10分钟，经计算，每次冲洗总用水量为35m3，最大小时用水量为42m3/h。
光牧互补经济效益
牧草种植收益：该区域可种植牧草50亩，每亩牧草年产量5000公斤，每公斤市场价格0.6元，每年可增收15万元；发电效率提高：光牧互补后，减少了地面沙土的飞扬，使光伏板更加清洁，同时，由于喷灌系统的设置，提高了对光伏板的冲洗效率和次数，使光伏板处于清洁的工作状态，提高发电效率10%。按发电年利用小时数1500小时，每1MW光伏板每年可多发电15000度，可增加利润10万元。节约人力及运营成本：普通光伏电站光伏板冲洗作业以1MW为例，光伏板共300套，按每人每天清洗40套，则需要8人工作1天，每人按每天250元劳务费计算，人工费用2000元，另外，水车折旧及油耗费用合2500元。按10天冲洗一次，每年费用16万。而光牧互补项目实施后，喷灌冲洗无需人工，可实现每天冲洗，每1MW分五个区域冲洗，每个区域每天仅需冲洗10分钟，每次冲洗仅耗电约40度，故每次冲洗费用仅为50元左右，全年总费用在1万元以内。因喷灌冲洗可每天进行，冲洗效果远优于人工冲洗10天一次，大大提高了发电效率和设备寿命。经比较，喷灌自动冲洗每年节省人工费用15万元。节约水资源：人工清洗按每平米用水量2L/m2.次，一次冲洗水量30m3，按每10天冲洗一次，年用水量1100m3；如采用喷灌冲洗，喷头共600个，喷头流量0.35m3/h，每次用水量35m3，由于牧草需要每天进行灌溉，所以每天进行喷灌冲洗，年用水量约12.8m3，喷灌冲洗比人工冲洗每年多耗水11.6万m3，水费约4万元。初投资：喷灌冲洗设置水泵、管网、阀门、喷头等，材料及施工投资约7万元，而普通光伏区需购买水车及软管、喷枪、压缩机等，每1MW折合费用约3万元。
综上所述，光牧互补工程实施后，每年提高发电收益10万元；牧草收益15万元，节省人工费用15万元，扣除第一年投资成本4万元及水费4万元，每1MW光牧互补区域可增收32万元，后续每年可增收36万元。如整个光伏发电工程均采用光牧互补形式，那么，每年可增收近千万元。
【关键字】：喷灌，光伏发电，牧草种植，冲洗光伏板，灌溉牧草
光牧互补是光伏发电与牧草种植相结合的新型设计理念，在光伏电站内，上层设置光伏板发电，光伏板下及光伏板间种植牧草，使原本闲置的土地得以充分利用。不但增加了牧草收益，且牧草的种植起到了防风固沙，减少水土流失，美化环境等作用。光伏板冲洗采用先进的喷灌技术，即提高了组件清洗效果，大量减少了用水，节省人工，同时，冲洗水又起到了灌溉牧草，使水得到重复利用，真正做到一举多得。
随着能源消耗的不断增加，太阳能作为一种清洁的、可再生的且无穷尽的新型能源，越来越引起高度重视，光伏发电也得到了蓬勃的发展。光伏发电主要由太阳能电池阵列及附属设施组成。太阳能电池由下部支架及上部太阳能电池板构成，占地面积巨大。土地利用率仅为30%左右，土地利用问题已经成为制约光伏发电项目的主要因素。与此同时，我国畜牧业由于自由放牧严重地破坏草场资源，饲养量大大超出了草场的承载能力，国家出台了以草定牧，定点圈养的强制政策，牧草种植迫在眉睫。光牧互补达到光牧同设、电草共收，互利互补，完美结合的效果，使光伏电站真正成为绿色、清洁、环保、高效、多产的优质项目。
光伏板冲洗是光伏发电运行最难以解决的问题之一。在我国青海、新疆等太阳能资源丰富的地区多沙尘肆虐，大量沙土覆盖于电池板表面，影响光线透射，减少接收辐射量，同时，在光伏板局部形成热斑效应，可能烧毁组件。电站年度发电量将降低10%，造成巨大损失。光伏板冲洗多采用水车拉水人工移动冲洗，此方法冲洗效果好，成本低，无需施工，但需要大量人工和设备、汽油等，耗水量大，且人有触电危险。在光牧互补项目中，设置喷灌设施对光伏板自动喷洒清洗，此方法喷洒均匀，耗水量仅为人工冲洗的10%左右，无需人工，不受时间、天气等因素限制，可大面积同时作业，冲洗速度快，效率高，运行费用低。同时，在冲洗过程中也对牧草实现了灌溉，水资源得到了重复利用，节约用水。噴灌技术是采用喷灌设备，使水形成细小水滴或水雾喷向作物的一种新型灌溉方式。系统由水源、加压设备、过滤设备、阀门、管道及喷头组成。喷头通过收缩管嘴将有压水喷射到空中，形成细小水滴喷洒。在光伏电站泵房内设置喷灌专用水泵，水进入管网前设置过滤器。喷头按工作压力分为高压（大于0.5MPa）、中压（0.2～0.5MPa）和低压（小于0.2MPa）三种；按喷洒特征及结构形式分为固定式和旋转式。固定式喷头分为折射式、缝隙式及离心式三种；旋转式喷头由旋转密封机构、流道和驱动机构组成，按驱动喷体方式又分为反作用式、摇臂式和叶轮式三种。光牧互补项目中可采用摇臂式可控角铜喷头，这类喷头运行可靠，工作压力低，雾化效果好，喷洒半径大，喷灌强度低，喷洒图形为圆形及扇形，是应用最广的一种喷头。喷灌管网布置根据光伏板布置情况敷设，采用分区喷灌，管网以距离短、分布均、各区尽可能平衡为原则。喷灌管网采用塑料供水管。
牧光互补设计实例
以1MW光伏区为例，占地面积4.8万m2（72亩），每组光伏板投影面积48m2，区域内布置有光伏板共计300组，光伏板总投影面积为1.44万m2，仅占总面积的约30%。有效闲置土地面积约3.36万m2（50.4亩）。在区域中部敷设主管道一根，在两排光伏板间敷设支管道，管道距光伏板基础2m，支管道上设置喷灌喷头，每组光伏板前设置2个摇臂式可控角铜喷头，既冲洗光伏板，又灌溉牧草，喷头参数：R=8.5m，Q=0.35m3/h，P=0.2MPa。喷灌泵流量45m3/h，扬程为50m，区域内共设喷头600个，分成5个区，每个区轮流冲洗。每个喷头流量为0.35 m3/h，每次冲洗时间为10分钟，经计算，每次冲洗总用水量为35m3，最大小时用水量为42m3/h。
光牧互补经济效益
牧草种植收益：该区域可种植牧草50亩，每亩牧草年产量5000公斤，每公斤市场价格0.6元，每年可增收15万元；发电效率提高：光牧互补后，减少了地面沙土的飞扬，使光伏板更加清洁，同时，由于喷灌系统的设置，提高了对光伏板的冲洗效率和次数，使光伏板处于清洁的工作状态，提高发电效率10%。按发电年利用小时数1500小时，每1MW光伏板每年可多发电15000度，可增加利润10万元。节约人力及运营成本：普通光伏电站光伏板冲洗作业以1MW为例，光伏板共300套，按每人每天清洗40套，则需要8人工作1天，每人按每天250元劳务费计算，人工费用2000元，另外，水车折旧及油耗费用合2500元。按10天冲洗一次，每年费用16万。而光牧互补项目实施后，喷灌冲洗无需人工，可实现每天冲洗，每1MW分五个区域冲洗，每个区域每天仅需冲洗10分钟，每次冲洗仅耗电约40度，故每次冲洗费用仅为50元左右，全年总费用在1万元以内。因喷灌冲洗可每天进行，冲洗效果远优于人工冲洗10天一次，大大提高了发电效率和设备寿命。经比较，喷灌自动冲洗每年节省人工费用15万元。节约水资源：人工清洗按每平米用水量2L/m2.次，一次冲洗水量30m3，按每10天冲洗一次，年用水量1100m3；如采用喷灌冲洗，喷头共600个，喷头流量0.35m3/h，每次用水量35m3，由于牧草需要每天进行灌溉，所以每天进行喷灌冲洗，年用水量约12.8m3，喷灌冲洗比人工冲洗每年多耗水11.6万m3，水费约4万元。初投资：喷灌冲洗设置水泵、管网、阀门、喷头等，材料及施工投资约7万元，而普通光伏区需购买水车及软管、喷枪、压缩机等，每1MW折合费用约3万元。
综上所述，光牧互补工程实施后，每年提高发电收益10万元；牧草收益15万元，节省人工费用15万元，扣除第一年投资成本4万元及水费4万元，每1MW光牧互补区域可增收32万元，后续每年可增收36万元。如整个光伏发电工程均采用光牧互补形式，那么，每年可增收近千万元。