Agrovoltaics是一個(gè)太陽(yáng)能電池板和糧食作物在同一塊土地上共存的系統(tǒng)，它恰恰屬于后一類。

 

      弗勞恩霍夫太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所的創(chuàng)始人阿道夫·戈茨伯格(Adolf Goetzberger)和阿明·扎斯特羅(Armin Zastrow)在1981年開(kāi)創(chuàng)了這一理念。

 

      當(dāng)時(shí)，光伏發(fā)電的價(jià)格昂貴，電腦也很少見(jiàn)。因此，他們研究了可編程袖珍計(jì)算器上的兩用系統(tǒng)的方程式，并發(fā)表了一篇名為Kartoffeln unterm Kollektor(面板下的馬鈴薯)的論文。

 

      阿道夫·戈茨伯格后來(lái)指出，這是一個(gè)很容易接受的原因，因?yàn)轳R鈴薯在一點(diǎn)點(diǎn)陰影下生長(zhǎng)得更好。

 

      三十五年后，世界似乎已經(jīng)為他們的想法做好了準(zhǔn)備。

 

      自2010年以來(lái)，太陽(yáng)能電池板的價(jià)格暴跌了50%以上，許多農(nóng)民發(fā)現(xiàn)在巨大的太陽(yáng)能電池陣列之下種植作物更有利可圖。

 

      對(duì)于任何一個(gè)農(nóng)民來(lái)說(shuō)，這種轉(zhuǎn)變具有經(jīng)濟(jì)意義。但是，它逐漸地建立了一場(chǎng)可能破壞全球糧食安全的游戲。

 

 

 

      Agrovoltaics正是擺脫困境的一種方式。也就是說(shuō)，如果它能夠滿足世界對(duì)食物和能源的貪婪欲望。其中存在一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：農(nóng)民可以在太陽(yáng)能電池板下獲得相同的食品生產(chǎn)嗎?

 

      有越來(lái)越多的研究表明，它們可以。

 

      太多的陰影會(huì)傷害莊稼，太少會(huì)損害發(fā)電量。太陽(yáng)能電池板之間的適當(dāng)間距以及陣列的傾斜是獲得正確的電力和作物生產(chǎn)組合的關(guān)鍵。

 

      2010年，Christian Dupraz和他在法國(guó)國(guó)家農(nóng)業(yè)研究所的同事建立了蒙彼利埃附近的第一個(gè)農(nóng)業(yè)研究農(nóng)場(chǎng)。

 

      他們?cè)诔渥愕年?yáng)光下種植了兩種作物，而另一種作物則采用標(biāo)準(zhǔn)密度的光伏陣列，這種電池產(chǎn)生的電量最多。第三季作物在半密度陣列下生長(zhǎng)，這使得更多的光通過(guò)太陽(yáng)能電池板。

 

      在三個(gè)生長(zhǎng)季節(jié)結(jié)束時(shí)，在全密度面板下種植的作物已經(jīng)損失了近50%的生產(chǎn)力。這并不特別令人驚訝。值得注意的是，半密度板下的植物與完全日照下的植物一樣多產(chǎn)，甚至更多。

 

      研究員 HélèneMarrou解釋說(shuō)，生菜通過(guò)增加葉片大小來(lái)適應(yīng)低光照。她還在2013年的一篇論文中寫道，在一個(gè)變暖的世界里，供水可能供不應(yīng)求，太陽(yáng)能電池板下的陰影植物可以減少對(duì)水的需求。

 

      “我們?cè)谶@個(gè)實(shí)驗(yàn)中表明，用PVP(光伏發(fā)電系統(tǒng))遮蔽灌溉的蔬菜作物可以節(jié)省14%到29%的蒸發(fā)水，這取決于產(chǎn)生的陰影水平和作物種植。”

 

      在法國(guó)的研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，弗勞恩霍夫研究所的德國(guó)研究人員 阿道夫·戈茨伯格(Adolf Goetzberger)正式啟動(dòng)已經(jīng)開(kāi)始討論大型農(nóng)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)的可行性問(wèn)題。

 

      在德國(guó)康斯坦茨湖附近三分之一公頃的農(nóng)田上，他們安裝了720個(gè)雙面太陽(yáng)能電池板，這意味著它們可以捕捉來(lái)自上方和下方的光線。

 

      在法國(guó)，他們的面板安裝離地面很高，讓最多的日光可能達(dá)到農(nóng)作物并且使大型農(nóng)場(chǎng)設(shè)備陣列下移動(dòng)。

 

      2016年9月，研究人員將太陽(yáng)能試驗(yàn)工廠連接到電網(wǎng)，并在陣列下種植冬小麥、芹菜、馬鈴薯和三葉草。在第一年之后，食物和電力的總產(chǎn)量比每?jī)善椒矫资斋@的食物和電力高出60%。

 

      與在陽(yáng)光下生長(zhǎng)的三葉草相比，三葉草做得最好，生產(chǎn)力僅下降了約5%。與沒(méi)有太陽(yáng)能電池板的試驗(yàn)地塊相比，馬鈴薯，小麥和芹菜的產(chǎn)量降低了約19%。

 

      弗勞恩霍夫研究所的學(xué)生助理Benedikt Klotz解釋說(shuō)：“整體發(fā)電遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)農(nóng)業(yè)損失。”

 

       這些面板提供了足夠的能量，可為62個(gè)家庭供電一年。Klotz說(shuō)，目標(biāo)是在未來(lái)提升這一目標(biāo)。該試點(diǎn)研究計(jì)劃持續(xù)三年。

 

      “最終，我們希望引領(lǐng)APV(agrophotovoltaics)進(jìn)入大規(guī)模建設(shè)的行業(yè)準(zhǔn)備階段。”

 

      假設(shè)，美國(guó)種植的所有萵苣都轉(zhuǎn)變?yōu)檗r(nóng)業(yè)光伏系統(tǒng)，它可能會(huì)使該國(guó)整個(gè)裝機(jī)容量增加一倍。

 

      那么這有多大呢?這是最近一些模型研究所解決的問(wèn)題。

 

      例如，密歇根技術(shù)大學(xué)的工程師Joshua Pearce想知道如果太陽(yáng)能電池板安裝在印度的葡萄農(nóng)場(chǎng)會(huì)發(fā)生什么。

 

      考慮到葡萄的耐蔭性，他和同事創(chuàng)建了一個(gè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)的計(jì)算機(jī)模型，插入了數(shù)字，發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)相比，印度葡萄農(nóng)場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值可以增加15倍以上，葡萄產(chǎn)量沒(méi)有下降。如果土地的這種雙重用途發(fā)生在印度，那么能源發(fā)電可能足以為1500萬(wàn)人提供電力。

 

      Pearce及其同事還研究了美國(guó)的萵苣種植。并假設(shè)如果美國(guó)的所有生菜生產(chǎn)都轉(zhuǎn)換為農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，光伏發(fā)電可以增加40到70千兆瓦。

 

      從這個(gè)角度來(lái)看，這個(gè)數(shù)字幾乎是2017年底美國(guó)整個(gè)光伏發(fā)電裝機(jī)容量的兩倍。