农业光伏如何实现双赢？

由于未来15年全球人口预计将增加12亿，对肉、蛋、奶制品的需求也将不断增加。这一需求将需要满足超过70亿人的粮食供应，以及农作物所需淡水的百分比，以及持续增长速度甚至超过人口增长速度的电力需求。面对这一系列挑战，我们需要考虑如何采取有效措施应对。我们可以将它们结合起来吗？让我们来看看在农田中添加太阳能以及它带来的一些随之而来的好处和挑战。

 问题在于 太阳能电池板 是它们需要很大的空间来产生大量的电力。农业光伏发电又称APV，通过在太阳能电池板的掩护下进行耕种，将农业与发电结合起来。太阳能电池板的主要问题是下面的地面无法使用，主要是因为电池板之间的空间很小，不足以让现代农业设备通过。当太阳能电池板之间留出更多空间时，就可以在那里种植农作物，甚至可以放牧鸡、鹅、羊等小型牲畜。这些动物有利于太阳能发电，因为它们降低了维持植被生长的成本，并且不会对电池本身造成任何风险。

然而，行之间的土地将在一天中的某些时间内被遮荫。目前正在积极研究许多变体，其中面板可以安装有执行器而不是固定面板，允许面板向一个或两个方向倾斜，从而实现太阳能和植物生长的优化。这对于某些作物的早期生长阶段尤其重要。直接在面板下方种植农作物怎么样？您可能认为太阳能电池板在植物上投射阴影是一件坏事，但光合作用的工作方式使事情变得有趣。植物在阳光的帮助下利用二氧化碳生长和繁茂。当达到一定的阈值（称为光饱和点）后，植物无法吸收更多的能量，因此需要通过蒸发水分来消除多余的能量。如果我们过于简单化，我们可以将植物分为两类：遮荫植物，当与太阳能电池板结合使用时特别有用，因为太阳能电池板明显阻挡了一些可用的阳光。如今，阳光植物有时被称为不耐荫植物。这些植物需要更多的阳光，但它们也可能会受到过度阳光照射的影响。当任何植物达到阈值时，它们都会像人类一样遭受“晒伤”和“热应激”，导致水分蒸发增加。

根据德国太阳能研究所的一份报告，几乎所有农作物都可以在太阳能电池板下生长。然而，在阳光不足的地区，需要阳光的植物，例如小麦和小米，需要充足的阳光才能生长良好，可能会出现一些产量损失。研究人员正在研究哪些面板和环境最适合种植哪些作物。有些植物需要面板之间有更大的间隙，有些植物需要改良面板，而有些豆类则需要选择较短的品种。农业光伏发电的主要耐荫作物都取得了巨大成功，农贸市场上随处可见的生菜、菠菜、土豆、西红柿等作物都长势良好，这让我们看到了农业光伏发电的潜力。在2016年至2018年在德国康斯坦湖地区进行的RESOLA项目中，他们证明，在2016年相对湿润和寒冷的年份，APV作物产量比太阳能发电场低25%，但在2017年和2018年干燥炎热的年份，APV作物产量超过了参考田，这表明APV可能会改变炎热和干燥地区的游戏规则。

让我们把目光转向荷兰，虽然面积不大，但却是全球第二大食品出口国！他们将植物种植在太阳能电池板的正下方，并将太阳能电池板朝东和朝西交替排列。这可以最大限度地提高太阳能产量，同时还能保护植物免受强风的影响。

在该条件下生产的水果的数量和质量 面板与传统塑料隧道生产的产品相同或更好。对于农民来说，一个主要好处是节省了管理塑料隧道的工作量，因为塑料隧道很容易被冰雹和夏季风暴损坏。在这种情况下，水果可能会因损坏而无法出售，但无论如何还是必须收到。美国能源部的研究表明，95%的光伏组件可以抵御冰雹而不会损坏。太阳能电池板下方的温度低了好几度，不仅让农场工人心情更加愉悦，而且与参考田地相比，灌溉用水减少了50%。农作物及其有限的水分蒸发实际上使面板保持凉爽。太阳能电池板实际上不喜欢热量，因为它会降低其能源效率；面板温度越低，提供的能量就越多。因此，仅凭这一点，农业光伏似乎是一个制胜策略。如果我们将农业用电的一小部分转化为农业光伏发电，就可以轻松满足我们的大部分能源需求。凭借减少水消耗的额外好处，农业光伏还可以改变世界炎热和干旱的游戏规则。

那么，是什么阻止我们大规模推出这个具有双重用途、改变游戏规则的系统呢？有什么问题吗？能源生产与农业不同，这可能会阻碍农民接受这项技术，但可悲的是，实际的障碍很平常，而且有些令人沮丧。最终，它不在我的后院选择和自由市场中。让我们从回避群体开始，并非所有可再生能源解决方案都受到热烈欢迎。一个典型的例子显然就是你家附近的核电站会遭到抵制。因此，为了保持适当的当地支持，农业光伏系统最好由当地农场、能源合作社区或区域投资者运营。作为农业政策的一部分，欧盟为主要用于农作物的土地提供直接付款。因此，一个重要的问题是农田是否会因为农业光伏的使用而失去财政支持的资格。土地是否主要用于农业对其用途具有决定性作用。在欧盟，根据建筑法规，农业光伏系统通常被视为物理结构，因此需要建筑许可。例如，在德国，农村地区通常禁止这样做，除非不与一系列公共利益发生冲突。不过，农业光伏尚未被纳入公益清单。

农业光伏发电是一个非常有前景的概念，应该主要部署在能够产生协同效应的地区，可以减少农作物生产的用水需求。如果对太阳能的监管能够得到改善，我们就能克服偏见，这将有助于我们的粮食供应，并使我们转向更清洁的能源。