埃?湯普森博士（格林威治大學）、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構投入成本。

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

作為該項目的一部分，格林威治大學的研究團隊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，因為這些太陽能板能夠?qū)⒐獠ㄩL分配用于植物光合作用或發(fā)電。

這項工作延續(xù)了與其他學術光合作用研究人員的長期合作，之前他們曾開展過關于綠葉蔬菜的試驗研究。

研究方法和 BF5 傳感器

該團隊的大部分研究在休?洛農(nóng)場（圖 1）進行，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備。

塑料大棚的屋頂曲面上間隔安裝了細長的柔性光伏材料條帶。該團隊正在試驗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行種植，這里的一個關鍵研究目標是確定光伏材料（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 設備公司的 BF5 陽光傳感器在準確評估穿透塑料大棚的太陽輻射量方面發(fā)揮著關鍵作用，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)使研究團隊能夠?qū)⒅参锷L特征與到達試驗區(qū)域的光的數(shù)量和質(zhì)量進行比較，以研究農(nóng)光互補作物。

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)實驗需要輕松重新定位。

該團隊在現(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。這種方法使團隊能夠進行絕對輻射測量，并計算通過塑料大棚的光伏面板部分和非光伏面板部分到達作物的光照水平差異，示例數(shù)據(jù)見圖 4、圖 6 和圖 7。

手持式光度計也用于大棚內(nèi)外的多個關鍵位置，以進行定點測量，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、電動車輛或機器人系統(tǒng)的供電。

該團隊目前的研究結果

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構更具成本效益。這種方法還通過同時生產(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構上。

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)上方的安裝設施，每公頃每年可產(chǎn)生約 100 至 130 兆瓦時的電量?！?/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植物，同時將藍色波長轉(zhuǎn)化為電能。在我們之前的項目中，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備的運行。我們目前正在進行評估，以了解農(nóng)光互補系統(tǒng)的能源輸出減少電力使用的潛力，隨著項目的推進，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)滿負荷運行，為水泵、紫外線處理設備、采摘機器人、土地維護設備及其他車輛和機械提供動力?！?/span>

使用BF5陽光傳感器

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