打造垂直面板帮助太阳能和农业实现共存

NEXT2SUN

德国初创公司NextSun的预期是希望为一些土豆和干草等农业作物共同安置垂直太阳能电池板。随着德国的几个项目完成，佛蒙特州（https://next2sun.com/en/agripv/agrivoltaics-project-vermont/）的一个新装置正在建设中，该公司希望将传统农业与太阳能（https://spectrum.ieee.org/tag/solar-power）相结合，并将土地同时用于两个目的。

农业光伏（https://spectrum.ieee.org/tag/agrivoltaics）是指将土地用于农业和太阳能发电，其主要优点是最大限度地减少对土地的总体需求。而这其中的挑战在于，通常安置于地面位置的传统太阳能电池板无法用于此目的。毕竟，植物本身需要土壤、阳光和空间来生长。

为了解决这个问题，Next2Sun的重点放在了垂直安装的特殊双面太阳能模块，这些模块可以有效地从面板的正面和背面收集阳光。这一战略在土地昂贵的地区以及总体空间有限的地区和国家尤其有用。这种方法其必然性似乎很明显：美国能源部（https://www.energy.gov/eere/solar/articles/potential-agrivoltaics-us-solar-industry-farmers-and-communities）提出，用于太阳能和农业的土地相似，这意味着如果太阳能使用量继续增长，这些行业可能会发生冲突。

“在人口密度高的德国，关于我们可以使用多少土地进行光伏发电的讨论已经进行了大约10年，”成立于2015年的NextSun管理委员会成员Heiko Hildebrandt解释道，“很多人都在寻找解决方案，显然，农业光伏就是一个解决方案。”

更有效地利用土地并不是农业光伏的唯一好处。Hildebrandt解释说，农田上使用的垂直太阳能电池板可以在早上和晚上收集能量，这与其他太阳能发电厂的能量相平衡。此外，垂直面板不太可能受到暴风雪的影响。

研究农业光伏的研究人员还认为，通过农业光伏种植的作物可能会更好地抵御极端天气，包括高温和降水。它也朝着另一个方向发展：伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校可持续发展、能源和环境研究所所长、教授Madhu Khanna指出，在安装太阳能电池板的地方，种植植被可以改善土壤健康，草可以支持动物放牧。

至少对于NextSun来说，这个概念已经被证明是成功的。经过一些实验，该公司于2018年在德国进行了首次示范，将干草和青贮饲料的种植与可提供2兆瓦电力的太阳能电池模块相结合。该公司表示，这足以养活700户家庭。两年后，该公司调试了其第一家商业工厂，该工厂将干草和青贮饲料农场（同样位于德国）与提供超过4兆瓦电力的面板相结合。

现在，该公司正将目光转向美国，从佛蒙特州宣布的新安装开始（https://www.businesswire.com/news/home/20231221552696/en/Next2Sun-and-iSun-Build-First-Vertical-Agrivoltaics-System-in-the-USA）。该项目是与一家名为iSun的美国太阳能公司合作的，占地近4英亩，种植胡萝卜、甜菜根和藏红花作物。该项目得到了德国联邦经济事务和气候行动部（German Federal Ministry for Economic Affairs and Climate Action）的支持，将于2024年初开始建设。

尽管如此，农业光伏仍有一些局限性。虽然某些作物，如干草和土豆，非常适合农业光伏发电，但其他作物，如玉米，最终可能会堵塞面板。也不是所有的太阳能电池板都能工作。Hildebrandt说，NextSun的农业光伏技术需要能够有效收集两侧阳光的双面太阳能电池板，而在公司正式成立之前，这些太阳能电池板有些难以购买。伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校教授Khanna说，农业光伏发电的太阳能电池板的高度需要很高，这会使它们更加昂贵。

同时，农业光伏项目总体上仍有许多悬而未决的问题。Khanna解释说，农民和开发商需要合作，建立新的成本分担合同关系，同时也要解决责任和保险问题。与此同时，实际部署和使用这类系统的最佳管理实践仍有待开发。

威斯康星大学麦迪逊分校研究农业生物的水资源工程教授Steven Loheide表示：“我们需要更好地了解水文和生态过程如何应对光伏阵列下方和周围存在的新型遮阳和水再分配机制，以便通过产生共同利益来利用协同机会，同时防止意外但不一定不可预测的后果。”