太阳能的灵活性可以成为农业的收益

太阳能对土地的旺盛需求意味着，随着安装设施的持续增长，该行业将越来越与其他重要问题，特别是农业产生冲突。伴随着警告，即需要采取一种整体方法来解决全球粮食，能源，水的关系，以防止三者中的任何一种短缺，因此，找到一种与农民友好相处的方法已成为许多太阳能行业日益关注的问题。

上个月，联合国粮食及农业组织(粮农组织)与国际可再生​​能源机构签署了一项谅解备忘录，以期扩大合作范围和开展知识交流，这突显了人们的最高关切。在两个部门之间。

“可再生能源对于农业食品系统的转型，气候适应力和零净战略至关重要。”粮农组织总干事曲冬雨在一月份宣布合作时说道。“通过我们的合作，我们旨在产生和共享知识，创新产品和技术以及数据和信息。该协议将使我们能够在粮农组织的举措中加强可再生能源的作用。”

Agrivoltaics(AV)将太阳能发电整合到已经用于农业的土地中，不仅有望解决因土地短缺而引起的担忧，而且还开始显示出有益的协同作用以及对粮食和能源生产的潜在好处。对于少数项目而言，事实证明，简单地允许绵羊在PV装置下放牧草地是一种有效的合作方式，面板结构为动物提供了遮荫，而绵羊则无需额外成本即可进行植被管理。

然而，将太阳能与农作物结合起来是一件更加复杂的事情。尽管成功的项目已经在进行中-例如2021年1月的光伏杂志上刊登了Doral Energy的以色列太阳能和鳄梨种植的“果园发电”概念-但仍有许多工作要做，以充分了解可能性，利益和限制在这里。

目前，研究重点是来自农业方面的关注。了解光伏装置的存在将如何影响作物生长，浇水和其他工作方式，最终影响作物产量，这一点至关重要。鉴于每种作物和每个气候区域的情况都将大不相同;并且需要针对多种光伏系统布局进行测试，收集数据以获得这种理解并非易事。

作物适宜性

确定要与PV整合的农作物是首先要解决的问题。到目前为止，许多研究和装置都集中在已知具有良好阴影耐受性的植物物种上。德国研究所Fraunhofer ISE的农业光伏部门负责人Max Trommsdorff列举了蓝莓和其他多年生植物为典范，这些作物相对来说并不复杂，可以在与太阳能光伏装置共享的土地上生长。

但是，对于许多其他农作物，要对影响植物生长的所有因素进行建模(日晒，温度，风，土壤含量，水供应等)，然后需要在此模型中增加光伏装置的影响。对于许多植物类型而言，这种生长模型根本就不存在，从而为农用光伏研究人员创造了更多的工作。Trommsdorff说：“对于广泛使用的农作物，例如小麦或油菜籽，有一些非常有效的植物生长模型。”“但是，咖啡，啤酒花或芦笋等特种作物，通常是我们感兴趣的应用类型，在农业科学中的作用较小，这意味着您找不到许多合适的生长模型。”

作物的种植和收割方法也要考虑，也很重要：光伏装置通常成排排列，这与成行种植的农作物产生了协同作用。而且，如果使用大型机械，这可能意味着更少的可用土地来建造光伏装置，而没有安装结构阻碍机械的使用。特罗姆斯多夫(Trommsdorff)指出，但是，在某些情况下，这可以并入项目设计中，行之间的绿色区域用作“生物多样性带”。

法国开发商Sun'R正在研究91.2兆瓦的农业光伏项目，该项目在法国的两轮创新光伏技术特别招标中中标，今年开始与梨，杏和桃子结合进行研究和试点安装–已经发现了截然不同的结果。每种作物。该公司的研究人员操作着三个实验性的AV单元，每个单元的面积为几百平方米。在这些单元中，传感器收集作物生长过程中的颗粒数据，监视诸如分支直径和叶片温度之类的参数，比较有无太阳能的样地数据。他们现在正在努力完善自己的方法，并了解哪些是最重要的监控参数。

Sun'R在法国南部开展业务，到目前为止，重点一直放在葡萄树上。在这里，已经发现了一些种植者的潜在优势，使用光伏装置可以一定程度地控制照射到植物上的光量。

对于葡萄来说，了解糖，酒精和酸的含量非常重要。这些因素将改变葡萄酒的质量和口味。” Sun'R造型工程师Jean Garcin解释说。“我们已经证明，额外的阴影实际上可以提高葡萄的品质，特别是在法国更南部的地区以及欧洲南部通常葡萄藤中酒精含量较高的其他地区。”

同时，Sun'R与苹果合作发现，虽然一年中有一段时间有些苹果从树上掉下来，但阴影过多会导致过多的苹果掉下来并导致农作物减产。对于樱桃来说，大雨会严重损害农作物，因此需要更大的面板和更大的覆盖范围。Garcin说：“一种作物有很多这些特异性，而另一种作物没有。“这就是为什么我们必须使光伏装置适应每种工厂类型的原因。”

系统设计

鉴于农作物之间的生长情况截然不同，光伏发电将需要在系统设计方面继续保持灵活性，以使农用光伏发电实现增长。对于组件本身，不需要彻底的更改。模块通常安装在离地面三到五米的结构上，但是土地的综合利用通常足以抵消由此而产生的额外钢铁成本。对于双面模块，增加的安装高度具有减少背面阴影的好处。

特定于行业的解决方案，例如为渔业或光伏综合温室设计的浮动光伏系统，正处于不同的开发阶段。另一种逐渐获得发展的系统类型也依赖于垂直安装的，东西向的双面模块，从而完全消除了PV对作物生长的干扰。将来，半透明甚至光谱选择性的光伏电池是一个研究领域，可以为农用光伏发电提供极大的可能性。目前，研究人员和开发人员正在努力使现有的主流光伏技术适应农业环境，与标准的地面安装在系统级别，模块的高度和间距以及操作方面存在重大差异。跟踪器。

对于标准的朝南阵列，面板投射的阴影不均匀也会对作物生长造成问题。Fraunhofer ISE的Trommsdorff解释说：“通过倾斜的，朝南的农用光伏阵列，在地面上投射的阴影非常不同。”“因此，它不适用于均匀的农作物冠层。”解决这一问题的一种解决方案是种成排的不同农作物，但在大多数情况下，在光伏而不是农业方面进行适应被证明是更实际的。

东西向定位是减轻此阴影问题的一种方法，并且根据作物的长期和短期需求，使用跟踪器还可以进一步更改面板的角度。Sun'R正在开发一种软​​件算法AV Studio，该算法可以模拟电力生产和面板下方的微气候，并且可以与植物生长模型进行交互以计算作物的理想倾斜角。该公司为面板控制开发了三种基本策略，这些策略可以应用于给定作物的需求。第一种，它称为“战略控制”，是在一年中根据作物生命周期不同阶段的需求进行测量的。其次是“战术控制”，这是一整天的情景，由太阳的路径和天气预报数据主导。最后，

光伏系统的预期寿命也可能给农用光伏发电带来挑战。轮作周期对于保持土壤健康在农业中至关重要，为此，不同地区的策略也大不相同。但是，如果根据特定农作物的要求设计了可放置20年或更长时间的光伏系统，那么农民可能会受到限制，无法在其下种植。Sun'R的AV Studio将在此处提供一种解决方案-允许工程师简单地对跟踪器进行重新编程，以满足不同的需求。Trommsdorff还提到了移动光伏系统的可能性，该解决方案可以简化许可流程，可以每年拆散并随农作物种植。

区域气候

AV的最大好处是在温暖干燥的气候中。Sun'R在法国南部的工作就是一个很好的例子，意大利和南欧其他地区也看到了成功的项目。通常，更多的阳光意味着更多的PV产出，并且在一天中最热的部分植物更有可能受益于阴影。在这样的区域，AV设备的覆盖范围还可以帮助防止蒸发并减少对水的需求。

较寒冷，较湿润的地区的农业也可以从与光伏的整合中受益。弗劳恩霍夫(Fraunhofer ISE)正在将农用光伏技术与雨水收集技术进一步结合，该面板还可以帮助防止霜冻，并有可能延长多个地区的生长期。特罗姆斯多夫(Trommsdorff)警告说，结霜有两种不同的机制，错误使用太阳能光伏发电的方法会使情况变得更糟。他解释说：“有两种不同的霜冻–一种是在地面上有'湖'冷空气，另一种是在地面上仅反射了热量。”“在第二种情况下，光伏面板将有助于保持温暖并防止霜冻。但首先，它们可以减少空气流通并实际上造成更大的霜冻破坏。”

尽管已经在世界范围内部署了数千兆瓦的农用光伏发电设备，但在该领域工作的人们却热衷于指出，这一概念仍远未实现其全部潜力。依靠私营部门的投资还为时过早。而且，非常需要支持发展的政策，例如法国对创新光伏技术的招标，以不断发展我们对农业和太阳能光伏在共享同一片土地时如何相互影响的理解，以及随之而来的新技术。 。