1.前言
随着我国经济发展，养殖业也在向规模化、生态环保的向高密度、集约化、机械化的现代化方向发展。国家提出“碳达峰、碳中和”的目标实施下，光伏发电养殖业应用也越来越多，对推动生态环境建设、改善能源结构等发挥积极作用。
2.光伏发电系统技术
光伏发电是利用半导体的光生伏打效应将光能直接转化为电能的一种技术。光伏发电系统可分为储能型离网光伏发电系统和并网型光伏发电系统。
2.1储能型离网光伏发电系统
储能型离网光伏发电系统主要有光伏阵列、充放电电控制器、逆变器、储能电池和负载等部分组成。应用于大型电站储能调峰、太阳能路灯以及在电网无法连接到的山区居民或分散的牧区等偏远地区的生活用电等。
2.2并网光伏发电系统
并网光伏发电系统有集中式大型并网光伏系统，也有分散式小型并网光伏系统。集中式大型并网光伏电站一般都是国家级电站，主要特点是将所发电能直接输送到电网，由电网统一调配向用户供电。但这种电站投资大、建设周期长、占地面积大。而分散式小型并网光伏系统，特别是光伏建筑一体化发电系统，可就地发电、就地使用，一定范围内减少了电力运输过程产生的费用和损耗。一般有下列几种形式。
2.2.1自发自用余电上网并网光伏发电系统
当光伏系统发出的电能比负载耗电大时将剩余电能并入公共电网，向电网供电（卖电）；当光伏系统提供的电力不足即所发的电低于负载耗电量时，由电网向负载供电（买电）。
2.2.2自发自用并网光伏发电系统
自发自用并网光伏发电系统即光伏发电系统所发的电自发自用，即使发电充裕也不向公电网供电，但当太阳能光伏系统供电不足时，则由公共电网向负载供电。
2.2.3切换型并网光伏发电系统
切换型光伏并网发电系统，是带有储能装置具有自动运行双向切换功能的光伏并网发电系统。当光伏发电系统因多云、阴雨天及自身故障等导致发电量不足时，切换器能自动切换到电网供电一侧，由电网向负载供电；当电网突然停电时，光伏发电系统的切换器自动切断电网，使之与电网分离成为独立光伏发电系统工作状态。还有些切换型光伏发电系统作为重要负载应急电源，在市电断电时断开一般负载的供电，接通对应急负载的供电。
3.现代养殖场能耗设备
规模化现代化的养殖需要各种机械化、自动化设备替代人工以提高产量和产品质量，但也成为养殖业方面的耗电增加。养殖业常用的设备有：循环水泵、排灌水泵，混合饲料搅拌机、增氧机、饲料投放机、各类风机、空调、用于智能化养殖，监控养殖场温湿度、水质等各种参数。
4. 养殖业光伏发电应用
生态养殖场都搭建一些设施，如鸡舍、鸭舍、鱼塘大棚等，有利于太阳能光伏应用。在这些设施上安装太阳能板，一地两用，提高土地利利用率，发出电驱动养殖场的设备。养殖业安装太阳能光伏发电要结合养殖场的实际情况，根据畜、禽、水产类的种类以及规模和自身投资情况选择太阳能光伏发电的模式。如奶牛场适合做地面电站，电站下面种苜蓿，一举两得；如果是室内养殖或有大棚的养殖，可以做屋顶分布式的光伏，自发自用余电并网。
5.实际应用案例
本应用案例是海边的一个养殖基地，主要是养殖虾、海鱼等。其主要用电设备和工作情况是：①3个养殖池，每个养殖池有1台1.5kW循环水泵每天白天工作12小时，1台0.75kW循环水泵每天工作24小时；②3台7.5kW充气泵，其中2台同时工作、1台备用，气泵每天24小时工作；③其它空调、照明等预计6.5kW。当地太阳能辐射情况如表1.
5.1太阳能发电系统及装机功率选择
该基地自有变压器，配有柴油发电机，每个养殖池都盖有棚架，适用安装太阳能电池板。卖电给电网公司的话需要升压变压器并入电力高压电网，投资较大，而该基地经变压器后的低压电网未对周边其他养殖户供电，只是内部使用，自发自用余电上网太阳能发电系统也不太适用，太阳能发电只能在内部消化。太阳能发电系统的发电功率应与白天运行的负载基本匹配，以避免弃电过多造成浪费。基地设备每天白天运行的总功率为26.25kW，按8小时计，每天白天耗电量为212 kW•h。为使太阳能电池板发电最大功率尽量接近负载功率，选择太阳辐射量最高的6月份作为计算数值。根据光伏并网发电系统发电量公式计算：
发电量Q=P×R×ηs/Ro
P——系统直流总功率
R——斜面上太阳总辐射
ηs——光伏系统发电效率
Ro——标准日照辐射强度，1kW/m2
光伏系统发电效率ηs由下列公式计算：
ηs=K1×K2×K3×K4×K5
K1——太阳能电池运行修正系数0.90
K2——灰尘引起太阳能电池板透明度的及温升导致功率下降修正系数0.90
K3——太阳能电池板朝向及倾斜角修正系数0.93（本工程朝南安装）
K4——线路耗损修正系数0.97
K5——逆变器效率0.988
由上述可知ηs=0.723。
本工程光伏发电系统总功率为44.4kW，取45 kW。
5.2系统运行分析
本基地光伏发电系统装机容量为45kW，太阳能电池板安装的倾角与大棚一致，约为20º，投入使用后2021年各月发电量如下。
表2 发电量计算结果
图1 2021年5月各日发电量
以5月份发电量为例，图2为2021年5月19日发电情况，当日发电量为224.3kW•h，该天10：00和13：55太阳能发电系统功率分别为26.34 kW、26.67 kW，与每天白天运行的负载总功率为26.25kW基本一致，在这时间段内太阳能发电功率均超过天白天运行的负载总功率，最高功率在13：45为33.34 kW，扣除逆变器至负载的线损后功率为26.74 kW，与负载总功率基本持平，太阳能发电系统所发电量均被负载消耗。若当日太阳能发电系统发电功率超过33.34 kW，由于负载不消耗电量，多余的部分就变成弃电，能量在太阳能电池板内转化成热量，温度升高，太阳能发电系统效率下降，也影响太阳能电池板的寿命。
图2 2021年5月19日发电情况
6.经济效益分析
本工程装机容量为45kW，共投资33万元，主要投资为太阳能板、太阳能板支架、并网控制器、开关柜、电线电缆、安装人工费等。2021年发电为54412.4 kW•h，当地电价为0.9元/ kW•h，2021年节省电费约4.9万元，二氧化碳减排量为54.249吨，若扣除每年10%作为维护与维修资金则7.5年可回收投资成本。从投资的经济和节能减排角度考虑,具备一定的投资可行性。
7.结论
对于太阳能并网发电系统应用与养殖业，应根据当地太阳能资源及结合投资及养殖情况确定太阳能发电系统。对于无储能的自发自用并网太阳能发电系统，根据白天运行负载功率和安装斜面太阳能辐射量来确定太阳能发电系统的装机容量，避免装机容量过大，发电量过盈，不但影响系统效率而且造成浪费投资浪费。
参考文献
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