69%晶体硅光伏组件助番茄产量猛增38%！农光互补新机遇

69%-Transparent Crystalline Silicon PV Modules Boost Tomato Yields by 38% in Agrivoltaic Greenhouses

背景概述

近年来，随着光伏发电技术的不断发展，农光互补作为一种结合光伏发电与农业种植的新模式，逐渐受到关注。加拿大的一项最新研究表明，透明度达69%的晶体硅半透明光伏组件，不仅能够为温室提供电力支持，还能通过生成有益的部分遮光效果，将番茄的产量提高38%。

此外，研究还显示，将屋顶光伏系统与热泵结合，可彻底取代化石燃料供暖方式，为农光互补创造更高的可持续性。

研究详情：光伏技术与种植绩效

这项研究由加拿大西安大略大学的研究员领导，主要对Red Robin番茄的多种种植模式进行了试验，包括使用44%和69%透明度的晶体硅光伏组件、53%和69%透明度的发光太阳能聚光器，以及50%透明度的红色和蓝色薄膜光伏组件。

测试结果显示，尽管不同透明光伏组件的遮光特性各有不同，但69%透明度的晶体硅组件带来了最显著的产量提升。这些组件在维持植物叶片叶绿素含量和健康生长方面，与传统非光伏温室条件相比差异甚微，但却显著提高了番茄收成。

研究通过开源建模工具EnergyPlus、Python和SAM构建了模拟模型，分析了搭载屋顶农光互补系统的大型温室运行方式。研究表明，当将传统燃气加热设备替换为热泵时，可完全避免化石燃料的使用，年耗电量仅增加约1.5倍。同时，在搭配69%透明度光伏组件后，温室整体实现了电气化，但组件仅满足了全年约13%的电力需求，预示着如果要实现完全自给自足，还需部署更多农光互补光伏系统。

核心发现：农光互补的潜力与挑战

据研究团队介绍，虽然此前已有实验和模拟表明光伏技术可以为配备热泵的温室提供部分或全部能耗，但尚未深入考察屋顶安装的半透明光伏组件对植物生长的直接影响。

在研究过程中，团队对农光互补试验、温室能量建模、热泵集成、半透明光伏建模和综合系统分析五个层面展开研究。从传统燃气供暖温室，到采用热泵的电气化温室，再到结合屋顶半透明光伏组件的农光互补温室，实验涵盖了三种典型场景。

所有试验均在加拿大安大略省伦敦市的WIRED设施内进行。实验采用两座结构一致的番茄温室，在19周的时间里测试了多种光伏条件下Red Robin番茄的生长表现。所测试的光伏技术包括晶体硅、碲化镉薄膜和发光太阳能聚光器组件，透明度和光谱特性各异。实验中的植物生长条件完全一致，仅光强和光谱由光伏组件的遮光特性影响。此外，试验环境中还加入了补光LED、蒸散作用风扇、湿度控制和通风设备，以模拟实际温室运行环境。

综合评价：能源效率与环境效益

试验通过能量强度、用电量与燃气消耗、运营成本减少、温室产量及碳排放削减等关键指标，对整体系统性能进行了评估。研究结合当地电价、天然气价格以及基于安大略省的电力与燃气排放因子，完成了经济与环境影响分析。

结果表明，在所有实验条件下，健康的圣女果均可正常生长，且大部分光伏处理方式的植物生产力能与非光伏温室条件持平，甚至更高。其中，透光率为69%的晶体硅组件表现最佳，带来的番茄产量提升最为显著，与传统条件相比，最高增幅达74%。实验显示，这种部分遮光效果在避免过度光照和热应激带来的负面影响方面，起到了积极作用。