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農(nóng)業(yè)光伏（APV）的發(fā)展受到多方面驅(qū)動(dòng)，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(jì)效益提高及氣候適應(yīng)能力增強(qiáng)。隨著全球向脫碳電網(wǎng)轉(zhuǎn)型，如美國預(yù)計(jì)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(shí)現(xiàn)土地生產(chǎn)，還支持農(nóng)業(yè)活動(dòng)，農(nóng)民可通過共享土地獲得額外收入，同時(shí)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(shí)，太陽能組件的集成創(chuàng)造保護(hù)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(shí)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(jìn)行了實(shí)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%。“

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(shí)保持高模塊密度，”學(xué)者們說?！皳?jù)我們所知，這是第一個(gè)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(shí)驗(yàn)?！?/p>

該實(shí)驗(yàn)在2020年和2021年兩個(gè)生長季進(jìn)行。研究地點(diǎn)位于美國科羅拉多州柯林斯堡的一個(gè)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。“

整個(gè)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(gè)。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(gè)作物支線地塊中的每一個(gè)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。“由于單極安裝配置，組件投射的陰影整天都在移動(dòng)。這樣，作物在一天的早些時(shí)候和晚些時(shí)候都可以直接接受陽光，在一天的高峰時(shí)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(shí)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(hù)?！?/span>“需要進(jìn)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(jì)權(quán)衡，同時(shí)考慮組件雙面性增加的能源產(chǎn)量。進(jìn)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?！?br/>