埃?湯普森博士（格林威治大學(xué)）、光伏公司波利索爾以及肯特郡的休?洛農(nóng)場近期開展的研究項(xiàng)目，一直在探索英國軟水果農(nóng)場在生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)作物的同時(shí)利用太陽能發(fā)電的潛力 。

通過在溫室和塑料大棚中改造使用半透明光伏材料，這些項(xiàng)目展示了太陽能發(fā)電和作物種植如何在同一塊土地上成功共存，而且無需為新建筑結(jié)構(gòu)投入成本。

這種方法有望提高可持續(xù)性、減少土地需求并降低務(wù)農(nóng)成本，而且該項(xiàng)目引起了廣泛關(guān)注，大型種植商和超市紛紛前來參觀相關(guān)設(shè)施。

作為該項(xiàng)目的一部分，格林威治大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)還在評估使用各種顏色的半透明玻璃太陽能板對作物生長的影響，因?yàn)檫@些太陽能板能夠?qū)⒐獠ㄩL分配用于植物光合作用或發(fā)電。

這項(xiàng)工作延續(xù)了與其他學(xué)術(shù)光合作用研究人員的長期合作，之前他們曾開展過關(guān)于綠葉蔬菜的試驗(yàn)研究。

研究方法和 BF5 傳感器

該團(tuán)隊(duì)的大部分研究在休?洛農(nóng)場（圖 1）進(jìn)行，這是肯特郡一家知名的商業(yè)軟性水果種植農(nóng)場。

英國公司波利索爾有限公司為該項(xiàng)目挑選了專門的農(nóng)業(yè)科技太陽能板材料。

在成功完成安裝試驗(yàn)后，農(nóng)場工作人員會根據(jù)需要安裝和移動塑料大棚上的光伏設(shè)備。

塑料大棚的屋頂曲面上間隔安裝了細(xì)長的柔性光伏材料條帶。該團(tuán)隊(duì)正在試驗(yàn)不同的光伏條布置方式和間隔寬度，以形成特定的遮蔭模式。

作物在幾個塑料大棚場地中進(jìn)行種植，這里的一個關(guān)鍵研究目標(biāo)是確定光伏材料（以及它們產(chǎn)生的遮蔭）對植物生長、健康和產(chǎn)量的影響。

Delta-T 設(shè)備公司的 BF5 陽光傳感器在準(zhǔn)確評估穿透塑料大棚的太陽輻射量方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，無論是在有色光伏條直接遮蔭的區(qū)域還是未遮蔭的區(qū)域。

這些數(shù)據(jù)使研究團(tuán)隊(duì)能夠?qū)⒅参锷L特征與到達(dá)試驗(yàn)區(qū)域的光的數(shù)量和質(zhì)量進(jìn)行比較，以研究農(nóng)光互補(bǔ)作物。

BF5是一款緊湊、無活動部件的儀器，能夠測量直接和散射太陽輻射，并且可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要輕松重新定位。

該團(tuán)隊(duì)在現(xiàn)場部署了兩個 BF5 傳感器，以便可靠地測量全天的太陽輻射。

一個 BF5 安裝在塑料大棚內(nèi)的無遮蔭區(qū)域，另一個位于光伏遮蔭區(qū)域。這種方法使團(tuán)隊(duì)能夠進(jìn)行絕對輻射測量，并計(jì)算通過塑料大棚的光伏面板部分和非光伏面板部分到達(dá)作物的光照水平差異，示例數(shù)據(jù)見圖 4、圖 6 和圖 7。

手持式光度計(jì)也用于大棚內(nèi)外的多個關(guān)鍵位置，以進(jìn)行定點(diǎn)測量，示例數(shù)據(jù)見圖 5。

光伏板產(chǎn)生的電力被輸送到一個大型電池中，它可以滿足多種電力需求，從灌溉、電動車輛或機(jī)器人系統(tǒng)的供電。

該團(tuán)隊(duì)目前的研究結(jié)果

太陽能板的改造

“在現(xiàn)有建筑上加裝太陽能板比從頭開始建造新結(jié)構(gòu)更具成本效益。這種方法還通過同時(shí)生產(chǎn)農(nóng)作物和發(fā)電最大化了土地利用，而不是將寶貴的農(nóng)業(yè)用地用于專門的太陽能裝置。在我們的試驗(yàn)中，所有光伏系統(tǒng)都被改造安裝到現(xiàn)有的溫室和塑料大棚結(jié)構(gòu)上。

太陽能板對作物的環(huán)境影響

“太陽能板提供的遮蔭已被證明可以提高受保護(hù)作物系統(tǒng)的水分利用效率。在夏季，軟性水果甚至可能因直射陽光過多而受損，而且即使在英國，植物通常也會接收到過量的光合作用所需的光照。濕度和溫度會有輕微變化，但對作物及其生長環(huán)境的影響很小。

我們確實(shí)注意到在分子水平上光合作用發(fā)生了變化。彩色遮蔭尤其會因作物類型不同而產(chǎn)生差異，正如以前使用彩色LED燈所報(bào)道的那樣。我們正在積極研究如何在這些有色玻璃系統(tǒng)中控制有益的作物營養(yǎng)變化，并評估哪些作物最兼容。

一些作物在遮蔭下茁壯成長，而其他作物可能根本不適合這種系統(tǒng)。”

能源產(chǎn)量

“柔性太陽能板的發(fā)電量取決于覆蓋屋頂面積的大小，而我們的布置方式受下方種植作物選擇的影響。保守估計(jì)表明，我們目前安裝在四個大型塑料大棚部分區(qū)域的草莓種植區(qū)上方的安裝設(shè)施，每公頃每年可產(chǎn)生約 100 至 130 兆瓦時(shí)的電量?！?/span>

彩色太陽能板的影響

“我們的彩色半透明光伏板允許光譜中更多橙色和紅色光譜到達(dá)植物，同時(shí)將藍(lán)色波長轉(zhuǎn)化為電能。在我們之前的項(xiàng)目中，我們發(fā)現(xiàn)葉菜類作物在高紅光比例下蛋白質(zhì)含量更高。我們正在探索這些對更廣泛作物的影響，并在更大規(guī)模的試驗(yàn)中測量太陽能產(chǎn)量?！?/span>

這種能源發(fā)電系統(tǒng)的益處

“該系統(tǒng)通過發(fā)電帶來經(jīng)濟(jì)效益，所發(fā)電力可以出售給電網(wǎng)，用于抵消農(nóng)場的電力消耗，或支持電動自動化設(shè)備的運(yùn)行。我們目前正在進(jìn)行評估，以了解農(nóng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的能源輸出減少電力使用的潛力，隨著項(xiàng)目的推進(jìn)，將有更多深入見解。

能源需求在一年中會波動。在夏季，農(nóng)場和太陽能系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)行，為水泵、紫外線處理設(shè)備、采摘機(jī)器人、土地維護(hù)設(shè)備及其他車輛和機(jī)械提供動力?！?/span>

使用BF5陽光傳感器

“BF5 無縫地為我們提供了開展這項(xiàng)研究所需的可靠太陽輻射數(shù)據(jù)。它的讀數(shù)對于擴(kuò)展手持式定點(diǎn)測光儀的功能至關(guān)重要，其堅(jiān)固緊湊的外形使其能夠快速輕松地放置在感興趣的關(guān)鍵位置。”