西班牙和歐洲大部分地區太陽能的擴張引發了一個重大難題： 如何在不破壞農田的情況下繼續安裝光電板在土地資源豐富的地區，例如歐盟以外的大國，衝突較少；但在像西班牙這樣土地有限的農業國家，每一公頃土地都至關重要。
近年來，農光互補技術逐漸成為技術辯論、產業會議和公共援助計畫等場合的討論議題。 協調農業和光伏發電的實際可行的方法此外，半透明面板和農作物專用設計的新技術也推動了這一趨勢，這些技術旨在最大限度地減少遮蔭，同時又不犧牲具有競爭力的電力生產。
什麼是農光互補？為什麼它對西班牙農村地區如此重要？
當我們談到農光互補時，我們指的是這樣的系統： 它們將農業活動和太陽能發電結合在同一塊表面上。 太陽能花園這不僅僅是把麵板放在土地上，而是要設計結構、密度和麵板類型，使植物能夠獲得正常甚至更好的生產所需的光照、水分和通風。
在氣候目標日益嚴苛的背景下——歐盟的目標是到本世紀中葉實現碳中和，屆時其電力供應的很大一部分將來自再生能源——光伏發電已成為核心組成部分。光電模組價格的急劇下降（主要得益於亞洲產能過剩）促進了其廣泛應用，但也加劇了光電發電的壓力。 農業用地、畜牧用地和林地.
因此，農光互補技術開始被視為兩個先前被認為相互衝突的世界之間的一種「交會點」： 糧食安全與能源轉型西班牙的經驗表明，如果設計得當，太陽能電池板的安裝可以保護農作物免受過量輻射，幫助節約用水，並為農民提供額外的收入來源。
此外，在水資源日益緊張、熱浪頻傳的地區，這項技術的價值正日益凸顯。 氣候變遷調適工具除了在減少排放方面的作用之外。
主要技術挑戰：作物遮蔭
傳統光電系統在實際應用中面臨的主要障礙很容易理解： 這些面板會投下陰影，並非所有作物都能同樣耐受這種陰影。如果植物接收到的輻射量少於其所需量，其光合作用能力就會下降，隨之而來的是產量下降。
首批農業電壓試驗的重點在於調整太陽能板的高度、間距和傾斜角度，以營造部分遮蔭效果，並選擇對過濾光照條件相對耐受的作物。此外，能夠利用地面反射光的雙面太陽能板也開始進行測試，但這並未完全解決以下兩難： 太陽能發電和作物光照獲取.
關鍵在於找到一個 平衡 在植物獲得充足光照進行光合作用，同時光電系統能保持合理投資回報的地方，就需要開發特定的材料和設計，例如半透明或波長選擇性面板。
多項研究對指導性閾值達成共識： 大多數農作物需要大約 60% 的有效光透過率。 為了維持其正常性能。低於該值，性能損失會急劇上升；高於該值，與光伏發電整合則更有前景。
哈恩大學的提案：RearCPVbif 半透明面板
在此背景下，一支來自 哈恩大學 他們提出了一種旨在從面板設計本身解決問題的方案。他們的方案基於新一代半透明光伏組件，該組件能夠： 既能發電，又能讓作物所需的光線穿透。.
這項發表在科學平台Science Direct的研究，從兩個基本參數分析了這項技術： 平均可見光透射率 和 平均光合作用透射率實際上，這些指標衡量的是經過材料和太陽能電池後，有多少百分比的對植物有用的輻射到達面板的另一側。
所提出的創新體現在一個名為…的系統中。 RearCPVbif（背面聚光光伏雙面）這項技術屬於半透明光伏板（STPV）範疇，但採用了獨特的方法。與其他簡單地製造間隙或降低電池密度的解決方案不同，這項技術整合了… 後部的光學聚光器 模組的。
簡單來說，面板正面未直接利用的光線會被重新定向到雙面電池的背面，從而在不影響透明度的前提下提高發電量。研究人員強調，他們的設計 它的光學透明度約為 60%。該值與大多數園藝作物的光合作用循環相符。
透明度、效率和溫度：微妙的平衡
哈恩大學的研究方向與其他近年來業界評估過的「透明」方案有所不同。一方面，存在非波長選擇性面板， 它們吸收了太陽光譜的大部分。 他們透過降低材料顏色或在細胞間插入空隙來增加透明度。問題是，這種透明度通常不足以滿足作物生長需求。
另一個極端是選擇性小組， 它們優先吸收紫外線和近紅外線輻射這樣可以讓更多可見光透過，而可見光正是植物最需要的。這類解決方案為農光互補提供了更合適的基礎，儘管其工業化應用仍在發展中。
RearCPVbif方案正是基於這種選擇性邏輯，但它增加了使用後置光學聚光器來最大限度地利用可用能量，同時又不使作物生長環境變暗。據由Álvaro Varela-Albacete和Eduardo Fernández領導的研究團隊稱， 目前STPV技術尚未充分利用。 當與這種類型的濃縮器結合使用時，它在農業應用中可以表現得更好。
作者們仔細考慮的另一個面向是系統的熱性能。在農作物上安裝光伏屋頂時，一個常見的擔憂是產生熱量的風險。 不必要的溫室效應改變面板下方的微氣候。在進行的測試中，電池溫度保持在70°C以下，這是避免對週邊環境造成負面影響的重要參考點。
這些溫度限制會影響農光互補結構的性能。 不要讓屋頂變成會累積熱量的地方 過度使用，這在原本就炎熱且缺水的地區尤其敏感。
從實驗室到田間：對真實作物進行試驗，並專注於集約化園藝
這項發展的優點之一是： 它已經引起了業內公司和組織的興趣。研究人員已確認與各實體建立聯繫，以加快模組的工業規模化生產及其在實際運作中的應用。
目前，該路線圖包括在商業作物上進行試驗活動，不僅評估發電量，還將評估關鍵的農藝參數，例如產量、產品品質、灌溉需求、土壤溫度和濕度等。目標是獲得可靠的數據，以便能夠 根據每種作物和地區的具體需求調整設計.
地區如 阿爾梅利亞這些地區以集約化溫室園藝和日益普及的光伏發電為特徵，正逐漸成為此類技術的理想應用場景。在這些地區，大面積的農業塑膠和太陽能發電場並存，為混合模式的實現打開了大門，在這種模式下，部分屋頂或建築物可以兼具雙重功能。
如果試驗結果證實了初步結果，那麼採用半透明面板的農光互補系統可能成為決定性的工具。 所謂的「塑膠海洋」與名副其實的「板材海洋」並存。在不危及園藝生產的前提下。
西班牙的經驗與數據：從穆爾西亞到葡萄園和橄欖園
除了材料研究之外，西班牙也開始積累 實地經驗表明，農光互補可以發揮作用。 在實際條件下。穆爾西亞地區是進步最快的地區之一，該地區擁有高度技術化的農業，並且每年日照時間超過3.300小時。
穆爾西亞大學和多個研究中心的研究成果表明，光伏發電在農業和經濟方面均具有優勢。在專題會議上，西班牙光伏聯盟（UNEF）匯集了研究人員、政府機構和企業代表，共同分析這些模型的應用前景。 它們能為農民帶來額外收入。 而不強迫他放棄他的主要活動。
在旱地作物、葡萄園和橄欖園進行的試驗表明，面板的策略性放置可以 減少蒸散量高達30%更好地控制土壤水分流失，保護作物免受極端高溫的影響。這一切都不會降低產量，甚至在某些氣候脅迫條件下還能提高產量。
例如，在試點葡萄園中，面板的整合並未影響葡萄產量或葡萄酒質量，同時實現了… 土壤保水性增強一些研究報告顯示，橄欖園的產量增加了約 5%，此外，作物對不利天氣條件的反應也更好，這對於高度依賴橄欖園的地區來說至關重要。
同時，中央政府正在製定具體標準，以確保在這些項目中， 農業活動仍然是優先事項，並且與共同農業政策相符。這種法律確定性對於鼓勵合作社和個別農民投資農光互補解決方案至關重要，而不必擔心失去歐洲援助。
穆爾西亞作為實驗室：溫室和試驗田中的農光互補項目
穆爾西亞地區政府採取了進一步措施，明確地推廣… 農光互補能源作為優化農業用地利用的工具環境、大學、研究和海洋部強調了這項技術在太陽輻射強、灌溉農業高度發展的社區中的潛力。
穆爾西亞農業與環境研究發展研究所 (IMIDA) 協調多個開創性計畫。其中一個項目位於拉阿爾韋卡，重點研究… 溫室園藝初步結果表明，產量將有所提高，根據試驗結果，增幅在 20% 到 60% 之間，具體取決於作物種類和設施設計。
這些面板不僅為營運提供能源，而且 它們能減輕植物的熱脅迫和輻射壓力。這為引進以往難以在半乾旱氣候下種植的作物打開了大門。部分遮蔭有助於緩解溫度驟升，並更好地利用現有水分。
另一個值得關注的項目是… PS Agrovoltaica該設施安裝在聖哈維爾的埃爾米拉多爾農業示範和轉移中心 (CDTA)。它是一個約 36 千瓦的實驗性基礎設施，結合了 太陽能追蹤器、不透明組件和半透明面板同時也設有一個未安裝光伏發電裝置的對照區。
這種配置可以對環境和生產參數進行詳細監測，並能夠比較高度、方向、面板類型和結構密度如何影響微氣候和作物產量。產生的數據可作為參考。 為穆爾西亞及其他類似地區的農場設計可複製的系統.
機構支持和公共援助對農光互補項目
西班牙推廣農光互補技術不能只用技術或農業方面的原因來解釋： 公共援助發揮重要作用 為了加快投資步伐並降低農民的風險，能源多元化與節約研究所（IDAE）已啟動多項針對創新再生能源專案的專案招標。
在最新一批撥給創新再生能源的資金中，IDAE已指定 148,5億歐元，用於199個項目這些項目大多與儲能型農光互補解決方案相關。其中，約77,1萬歐元集中在62個與樹木和園藝作物種植園直接相關的項目中。
同時，超過87萬歐元已分配給73項計劃，這些計劃結合了… 農光互補和漂浮式光電發電這些投資項目裝置容量超過 160 MWp，配套儲能容量超過 180 MWh，主要資金來自歐洲復甦計畫基金，旨在證明土地和水資源混合利用模式的技術和經濟可行性。
農業合作社強調，農光互補可扮演以下角色： 為收入減少或退休金較低的農民提供收入補貼值得注意的是，光電發電在2000年代末期就已經為許多專業人士發揮了穩定作用。如今，能源價格波動和氣候壓力使得這些解決方案再次具有吸引力。
生態轉型和人口挑戰部（MITECO）堅持認為，部署工作必須在保證農業活動優先地位的前提下進行，並且 確保與CAP的監管相容性這項工作，連同國家倡議地圖和技術指南的製定，旨在為那些考慮轉向農光互補的人們提供確定性。
可衡量的效益：水資源、微氣候與新型農村經濟模式
來自西班牙和其他類似環境的試驗數據表明，該方法具有許多反覆出現的優勢。其中最常被提及的優點之一是： 改進的水資源管理面板產生的部分遮蔭可以減少蒸散作用，從而減少植物透過熱量和輻射散失的水分。
在灌溉系統中，安裝在筏上的漂浮式光電板還能帶來額外的好處：透過部分覆蓋水面， 它可以減少水分蒸發，並有助於控制藻類生長。這些都是溫暖氣候下常見的問題。同時，現場產生的能量有利於水泵的電氣化和更有效率的灌溉系統的建造。
從氣候角度來看，光伏結構下的遮蔭和通風相結合有助於… 緩解極端熱浪在夏季日益漫長乾燥的背景下，這一點尤其重要。研究人員觀察到，在某些作物中，熱脅迫的發生率較低，且在熱浪期間的生長表現較穩定。
所有這些都為農村地區帶來了經濟機會。農光互補不僅可以發電自用或出售給電網，而且 它為農民和能源公司之間新的商業模式和合作打開了大門。在面臨農業棄耕風險的地區，這類計畫被視為維持經濟活動和就業的一種方式。
聯合國光電企業聯合會（UNEF）執行長堅稱，如果土地利用規劃得當，「農業和光伏發電之間並不存在對立關係」。他指出，大部分農業用地仍將專門用於糧食生產。在他看來，真正的挑戰在於如何最大限度地利用分配給農光互補的那一小部分土地。 可作為兩種用途共存的例子.
西班牙和其他歐洲國家的農光互補發展開始表明，在太陽能電池板和農作物之間做出選擇並非不可避免：借助 RearCPVbif 半透明面板等技術、精心設計的農藝試驗以及優先考慮農業活動的援助和監管框架，這是可能的。 在同一片土地上生產清潔能源和糧食，提高應對氣候變遷的能力，並為農村地區提供新的收入來源。 在不犧牲其在食物鏈中基本功能的前提下。
