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農(nóng)業(yè)光伏（APV）的發(fā)展受到多方面驅(qū)動，包括能源轉(zhuǎn)型需求、土地利用效率提升、作物產(chǎn)量增加、經(jīng)濟效益提高及氣候適應(yīng)能力增強。隨著全球向脫碳電網(wǎng)轉(zhuǎn)型，如美國預(yù)計到2050年將大規(guī)模安裝陸基光伏，土地資源的稀缺促使研究者探索高效土地利用方法，APV系統(tǒng)因此成為重要研究方向。APV不僅通過太陽能利用實現(xiàn)土地生產(chǎn)，還支持農(nóng)業(yè)活動，農(nóng)民可通過共享土地獲得額外收入，同時維持農(nóng)業(yè)主要功能。APV系統(tǒng)的成功整合需考慮氣候、配置、作物、兼容性和協(xié)作等關(guān)鍵因素，這些因素構(gòu)成了APV發(fā)展的基本框架。

此外，APV系統(tǒng)通過太陽能組件遮陽降低蒸發(fā)率，保持土壤水分，提高水資源利用效率，尤其在干旱地區(qū)效果顯著。同時，太陽能組件的集成創(chuàng)造保護性小氣候，減輕作物受極端天氣影響。然而，光伏組件的定位和布置對底層作物光照有顯著影響，傳統(tǒng)不透明晶硅光伏組件可能改變微氣候。為此，透光光伏組件（STPV）技術(shù)成為潛在解決方案，通過可調(diào)透光度等技術(shù)提供最佳植物生長條件。隨著研究深入，STPV技術(shù)有望在全球不同作物類型和氣候條件下成為最佳實踐，具有非常巨大的市場應(yīng)用前景。

科學(xué)家來自科羅拉多州立大學(xué)對位于具有不同透光度的光伏組件下方的蔬菜作物生長進行了實地研究。蔬菜生長在薄膜下，透光碲化鎘組件(St-CdTe)的透光度為40%，雙面單晶硅組件(BF-Si)的透明度為5%，不透明多晶硅組件(O-Si)的透明度為0%?！?/p>

透光光伏組件(STPV)技術(shù)已經(jīng)成為一種潛在的解決方案，可以減輕種植系統(tǒng)中濃蔭的負(fù)面影響，同時保持高模塊密度，”學(xué)者們說?！皳?jù)我們所知，這是第一個在灌溉菜地環(huán)境中評估組件透明度類型的重復(fù)研究實驗?！?/p>

該實驗在2020年和2021年兩個生長季進行。研究地點位于美國科羅拉多州柯林斯堡的一個指定研究領(lǐng)域?？偟膩碚f，測試了六種蔬菜的生長:墨西哥胡椒、甜椒、萵苣、西葫蘆、塔斯馬尼亞巧克力番茄和紅色賽車番茄?！?/p>

整個場地有三排種植——北、中、南，”該小組解釋說?！叭n苣、辣椒和番茄分兩排種植在0.9米高的畦中，在北排和南排用黑色塑料薄膜覆蓋。兩年都只在中間一行種植南瓜，中間間隔1.2米。”

至于光伏組件，科學(xué)家們每種都用了三個。它們安裝在朝南35度的固定位置，模塊底邊離地1220毫米，背面高度2360毫米。透光碲化鎘組件的額定輸出功率為57瓦，雙面單晶硅組件為360瓦，多晶硅組件為325瓦。

“包括光伏陣列和對照地塊在內(nèi)的12個作物支線地塊中的每一個都跨越了4.3米的寬度，相鄰支線地塊之間的間距為4.3米，”研究人員說?！坝捎趩螛O安裝配置，組件投射的陰影整天都在移動。這樣，作物在一天的早些時候和晚些時候都可以直接接受陽光，在一天的高峰時段和模塊下方可以獲得最大的遮蔭?！?/p>

根據(jù)結(jié)果，所有三種組件類型下的西葫蘆顯示出明顯低于對照地塊的產(chǎn)量，無論組件透明度類型如何。而在對照地塊中，在全日照條件下，南瓜每株產(chǎn)量為5.1千克，在雙面單晶硅組件方案中為3.2千克，在多晶硅組件方案中為3.2千克，在透光碲化鎘組件方案中為4.1千克。

其他蔬菜在40%透光率碲化鎘組件處理下具有與對照相等或更高的平均產(chǎn)量。墨西哥胡椒在全日照下每株產(chǎn)量為155克，在雙面單晶硅組件下為161克，在多晶硅組件下為155克，在透光碲化鎘組件下為162克；而甜椒在全日照下每株產(chǎn)量為295克，在雙面單晶硅組件下為294克，在多晶硅組件下為278克，在透光碲化鎘組件下為346克。

在全日照條件下，生菜每頭重量為105克，雙面單晶硅組件條件下為126克，多晶硅組件條件下為111克，透光碲化鎘組件條件下為129克。塔斯馬尼亞巧克力番茄在全日照下平均每株926克，在雙面單晶硅組件下1060克，在多晶硅組件1069克，在透光碲化鎘組件下1278克。最后，紅色賽車番茄在全日照下每株含867克，在雙面單晶硅組件下每株含733克，在多晶硅組件下每株含903克，在透光碲化鎘組件下每株含962克。

研究人員總結(jié)道:“使用透光碲化鎘光伏組件優(yōu)化農(nóng)業(yè)光伏陣列，可以增加農(nóng)業(yè)產(chǎn)量，同時保持傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)光伏系統(tǒng)中對通電樹冠的額外保護?！?/span>“需要進行更多的研究，以更好地了解與蔬菜作物生產(chǎn)相比增加組件透光度之間的經(jīng)濟權(quán)衡，同時考慮組件雙面性增加的能源產(chǎn)量。進一步的研究應(yīng)探索模擬，不同光伏組件透光率和配置對半干旱氣候下作物產(chǎn)量、土壤水分和蒸散率的影響。”