农光互补（Agrivoltaics）：太阳能电池板提高作物产量 60%

养活不断增长的世界，驱动我们的未来——走向农光互补系统

预计未来 15 年，全球人口将增长 12 亿，同时对肉类、鸡蛋和奶制品的需求不断增加。这些产品消耗了超过 70% 的农作物淡水资源，并且电力需求也在不断上升。为了实现气候中和并减少人类排放，我们必须对能源生产进行根本性转变，这已不再是秘密。许多研究表明，为了实现这一目标，我们必须大力投资风能和太阳能等可再生能源。专家预测，未来光伏发电量将比现在增加约六到八倍。农业几个世纪以来一直是人类生活的重要组成部分，因此，我们必须找到一种方法，在维持农业的同时生产可再生能源。

然而，传统太阳能电站的主要问题在于其下方的土地无法被利用。农光互补（Agrivoltaics），即将农业与发电相结合，通过在太阳能电池板下进行耕作来发电，可能就是解决这些问题的方案。

农光互补系统（或 Agri-PV 系统）应运而生。这项技术允许我们在农田上安装太阳能电池，生产电力，同时也能让下方的农作物生长。

农光互补：种植作物并生产电力

农光互补也已证明，几乎所有作物都可以在太阳能电池板下种植，但对于喜阳的植物来说，在阳光较少的季节可能会有一些产量损失。尽管如此，在“干旱炎热”的年份，农光互补作物的产量超过了参照田地，这表明农光互补可能是干热地区的一个变革性技术。

农光互补的经验仍然相当有限，但目前有许多农光互补的变体正在积极研究中。主要的成功案例主要集中在耐阴作物上，如生菜、菠菜、土豆和番茄。一些非常有前景的例子为农光互补提供了有力的论据。

以下是文本的中文翻译，保留了技术术语、数字、单位、URL、Markdown 格式和品牌名称，并使用了专业的农业术语：

土地可以被利用两次，从而最大化能源产出。农光互补系统（Agri-PV systems）由弗劳恩霍夫研究所（Fraunhofer Institute）开发，研究人员认为这项技术有潜力仅利用百分之四的农业用地来满足德国的全部能源需求。这种可再生能源发电方式已经在位于下萨克森州吕肖的 Steinicke 公司进行了测试。太阳能模块安装在六米的高度，下方种植了香草，享受阴凉。这有利于植物生长，因为它提供了一个微气候，并减少了晒伤。弗劳恩霍夫研究所还建立了一个苹果树试验田，以测量遮荫效果和对收成产量的影响。初步研究表明，光伏屋顶甚至对某些品种有益，并能保护它们免受病虫害的侵害。据估计，这项技术每年可以产生约 700,000 千瓦时（kilowatt hours）的电力。AgroSolar 是这项技术的先驱，目前正在进行更多项目。

漫长的程序和昂贵的安装

然而，他们面临一个普遍的问题——漫长的程序。通常需要两年半的时间来完成开发计划程序和土地利用计划的变更，这可能花费 20,000 至 80,000 欧元。这使得小型系统难以负担这一过程。需要更多的激励措施，以便农民和企业家投资农光互补系统，因此欧洲联盟（European Union）的潜在补贴（欧盟范围内农业补贴的通常来源）可能是一个解决方案。审批需要更快、更容易，而数字化可以成为一个有用的工具。

为了让人们做出改变，经济条件必须适宜。光伏发电可以成为对抗气候变化的有益因素。通过农光互补系统，我们有机会产生可再生能源，同时维持农业生产，以便我们能够继续生产粮食并养活人类。这项技术有潜力生产相当于 170 座核电站（theoretically）的电力，如果该技术得到大规模推广的话。

垂直安装的双面太阳能电池板（Vertically mounted bifacial solar panels），可以从面板两侧收集太阳能，用于腾出更多的可耕地。这种安装方式在易受风蚀的地区尤其有效，因为这些结构可以降低风速，有助于保护土地和在那里种植的作物。双面电池板每平方米的发电量比传统的单面电池板更高，并且不需要任何移动部件。

土地的双重利用：平衡风险与机遇

农光互补是一项相对较新的技术，可能在能源转型中发挥重要作用。这项技术的潜力巨大，但要获得认可，也需要克服许多障碍。为了到 2030 年安装 215 吉瓦的光伏发电量，EEG（德国可再生能源法）修正案已经启动了一些措施。这包括每千瓦时 1.2 美分的技术溢价，但专家认为这可能还不够。

荷兰是全球第二大食品出口国，一家名为“GroenLeven”的公司（总部位于德国慕尼黑的 BayWa 集团的子公司）已与当地水果农民启动了几个试点项目。他们在荷兰 Babberich 的一个占地四公顷的草莓农场中，将三公顷改造成了一个 2 兆瓦的农光互补农场。

草莓植株直接种植在太阳能电池板下方，电池板以交替的东向和西向排列，从而最大化太阳能发电量，同时也保护植株免受风害。研究发现，在电池板下生产的草莓的产量和质量与传统塑料大棚下的草莓相当甚至更好，而且农民在管理塑料大棚方面节省了大量工作。另一个显著的好处是，太阳能电池板下的温度要低几度，这使得农场工人更加舒适，并且与参照田地相比，灌溉用水量减少了 50%。

AgroSolar 的优势

通过消除粮食作物和能源作物之间的土地竞争，这项新技术显著提高了土地利用效率——根据 AgroSolar 的说法，目前可达 186%。

一种专业的农业机械在抬高的太阳能电池板下耕作土地，展示了这项双重用途技术如何通过结合清洁能源发电和优化作物生长，将土地效率提高到 186%。

这个广阔的农光互补阵列展示了融合清洁能源和农业的创新双重系统，提供了显著的优势。

这个农光互补阵列是双重系统可定制设计的典范，可适应农业用地和作物。

根据 AgroSolar 的说法，双重系统的优势包括：

• 每个农光互补系统都是可定制且灵活的，根据区域大小、种植的作物类型和地质条件进行量身定制。

• 农光互补保护作物和收成免受极端天气，如高温、干旱、暴雨、冰雹和风的侵害。

以下是根据您的要求翻译的中文文本：

• 各种尺寸的农业机械在农光互补系统下仍可照常使用。

• 农业区域的用水需求可减少高达 20%，同时提高土壤的保水能力。

• 碳 – 农业: 借助农光互补，可建立受控的腐殖质，减少肥料用量，并允许更多 CO2 储存在土壤中。

• 农光互补的使用可提高作物产量，从而提高农业企业的收入。

• 灵活且有利可图: 除了投资自有系统外，AgroSolar Europe 还提供租赁模式，因此农业企业在安装和销售电力方面无需费心。

农光互补有潜力成为满足我们能源需求和减少世界干旱地区用水量的成功策略。

虽然农光互补有许多优势，例如为区域提供遮蔽以及土地的二元利用，但也有需要考虑的劣势。这些包括：

• 成本较高
• 需要平衡农业生产与电力生产
• 土壤保护方面的顾虑

然而，社区对农光互补的抵制很重要，需要加以控制，特别是伪农光互补，这是一种以农业为幌子建造大型太阳能发电场的做法。规则、法规和官僚主义也可能阻碍农光互补的发展，保持适当的当地支持至关重要。欧盟将农光互补系统视为物理结构，需要建筑许可证。与传统太阳能公园相比，农光互补的每千瓦时成本可能高出 10-20%，这引发了太阳能电池板归属权的问题。如果没有政府通过补贴或价格担保进行干预，农光互补可能无法与其他太阳能项目竞争。农光互补有潜力帮助我们的粮食供应并向更清洁的能源转型，而无需牺牲可耕地，特别是如果我们能将目前用于种植生物燃料作物的土地转变为用于实际人类粮食生产或重新造林。

我还请推特上的 AgroSolar 粉丝 Lukas 分享一些关于限制因素的看法，以下是他的观点：

• 良好的雨水径流管理。例如，在屋檐处安装自动可清洁的、足以应对强降雨的排水沟，并将其引至用于灌溉的储水箱。

• 关于农光互补下的作物生长情况的数据库：这个数据库更多的是关于实际种植情况，而不是物理学，但它很重要，因为并非所有作物在阳光较弱的情况下都能生长得更好。这能让农民更安心。

与半本地化能源制氢缓冲储能解决方案的合作：非地表密封的集装箱式能源制氢技术具有良好的模块化可扩展性。最终将农光互补推向我所说的“峰值太阳能负电价障碍”之外。这种障碍已经存在，并且可能会很快严重恶化。

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常见问题解答

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资料来源

• 农光互补为粮食-能源-水系统提供互惠互利 (2022) - 科学研究记录了农光互补系统产量提高 60%。
• 弗劳恩霍夫研究所 (2023) - 研究表明，4% 的农业用地可以满足德国的能源需求。
• AgroSolar Europe - 土地利用效率高达 186% (2023) - 公司关于双重生产系统实现 186% 土地利用效率的数据。
• 农光互补限制的专家见解 (2023) - 关于技术和实践性农光互补挑战的专家评论。
• BayWa AG (2023) - 2 兆瓦覆盆子农场案例研究，灌溉量减少 50%。