【摘 要】
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世界的不可再生能源形势变得逐渐严峻,以光伏为代表的新能源形式得到广泛开展应用,世界各国的光伏装机容量越来越大,而光伏电站的大量建设实施对局部地区的生态效应逐步呈现,对光伏电站的环境影响研究亟需开展。本文运用有限元模拟仿真和通径分析的方法,从光伏电站内温度场和气流场特征、光伏电站内土壤温湿度特征、光伏电站内植被生长分布特征和成因分析三个方面开展了研究,可为“光伏—生态”的绿色可持续发展提供理论依据。
【基金项目】
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青海省科技厅项目“高海拔环境下光伏电站组件质量评估及衰减机制研究”,项目编号为 2019-ZJ-7002;
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世界的不可再生能源形势变得逐渐严峻,以光伏为代表的新能源形式得到广泛开展应用,世界各国的光伏装机容量越来越大,而光伏电站的大量建设实施对局部地区的生态效应逐步呈现,对光伏电站的环境影响研究亟需开展。本文运用有限元模拟仿真和通径分析的方法,从光伏电站内温度场和气流场特征、光伏电站内土壤温湿度特征、光伏电站内植被生长分布特征和成因分析三个方面开展了研究,可为“光伏—生态”的绿色可持续发展提供理论依据。主要工作如下:1.运用土壤烘干称重实验、密度测量实验、粒度激光测定、X-射线衍射测定和能谱测定等方法确定光伏电站内土壤参数,运用权重计算和模型假设等方法确定光伏阵列参数,建立光伏电站的有限元模型。在环境温度为20℃、空气流速为0.1m/s或5m/s、辐照度为1000W/m~2的外部条件下,对模型进行仿真并进行了背板温度实验验证。结果表明:(1)在风速为0.1 m/s时,光伏阵列最高温度为41.98℃,在风速为5 m/s时,光伏阵列最高温度为39.8℃;(2)光伏阵列向上部空间形成一个温度辐射区域,在空间高度为4.75m时的温度与环境温度基本相同;(3)光伏阵列对气流有遮挡作用,阵列背面流速显著低于阵列上方。2.综合电站内的土壤湿度特征和光照条件,可以将电站划分成6种微生境区域,运用物联网平台定时采集各区域土壤温湿度数据。结果表明:(1)一年内土壤温度和湿度最低值在1月中旬左右出现;(2)在不同季节,光伏电站各区域每天的土壤温度均呈“正弦”式周期变化;(3)冬季光伏阵列下方区域的土壤温度高于阵列间隔处区域,夏季各区域间的温度基本一致;(4)一年内各个时段光伏电站内区域3的土壤湿度均高于别的区域。3.通过样地调查分析光伏电站内7种植物在不同微型生境区域内的生长高度和分布密度的显著性差异情况;运用通径分析的方法定量分析了5种环境因子分别对14个植被因子的直接决定系数,并分析了14个植被因子之间的相互决定系数;结合植被的生长习性定性分析了植被在各区域生长分布的根本原因。结果表明:(1)光伏阵列间的植被的高度与阵列下方各区域内的植被高度存在显著性差异(P<0.05),且前者高于后者;(2)自光伏阵列前端至另一个光伏阵列前端内的植物高度呈周期变化,先降低后增高,最低点在阵列中前端至阵列中端之间;(3)阵列中前端和阵列中后端的植被密度显著低于其它区域(P<0.05)。(4)对于不同的植物而言,影响其高度和密度的环境因子各不相同,但其中对高度决定程度相对较高的是环境温度,对密度决定程度相对较高的是土壤湿度;(5)各种植被的生长分布情况也会对别的植被生长造成影响,即存在种间促进和种间竞争的现象;(6)光伏阵列的存在促进了不同微生境的形成,不同植被在不同微生境下的差异化生长情况的根源在于植被的生长习性。
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