综述：开放式农田光伏农业系统的综合评述——农业与能源生产的协同发展

这篇综述系统梳理了开放式农田光伏（Agrivoltaic）系统的最新研究进展，探讨了光伏模块与农作物协同布局对作物产量、蒸散发（ET）及微气候的影响机制，提出土地当量比（LER）作为评估系统效益的核心指标，并分类比较了不同布局方案（如垂直双面、跟踪式结构）在干旱/半干旱地区的适应性，为可持续土地管理提供理论依据。

　　

开放式农田光伏系统的科学探索与实践

历史背景与研究进展
光伏农业的概念最早由德国学者Goetzberger和Zastrow于1981年提出，但直到2010年日本建成首个试验电站才进入实践阶段。法国Montpellier团队通过设置4米高、东西/南北向排列的单晶硅组件，首次量化了遮荫对生菜、小麦等作物的影响，发现50%遮荫下生菜叶片比叶面积增加但叶片数量减少的适应性现象。

遮荫与微气候的辩证关系
光伏组件通过三种机制影响作物：

1. 光资源竞争：光合有效辐射（PPFD）在组件下方降低30-70%，但半透明组件可保留植物所需的红蓝光谱（V-trough系统效率最佳）；
2. 水分调控：遮荫使土壤蒸发减少14-28%，在干旱地区使马铃薯单产提高15%；
3. 温度缓冲：组件下方日间气温波动降低2-3°C，缓解热应激（如地中海地区橄榄树坐果率提升）。

创新系统设计
目前主流布局包括：

• 垂直双面系统：适合牧草种植，LER达1.39（德国试验数据）；
• 动态跟踪式：午间调整角度可使生菜生物量增加12%（牺牲7%发电量）；
• 葡萄架集成式：组件间距优化后实现经济价值15倍增长（美国加州案例）。

作物特异性响应
通过meta分析建立的"产量响应曲线"揭示：

• 遮荫受益型：浆果类在30%遮荫下单产提高8-12%；
• 耐受型：甜玉米在低密度布局下产量持平；
• 敏感型：水稻遮荫超27%时减产显著。

经济与环境平衡
虽然光伏农业的平准化度电成本（LCOE）比传统光伏高15%，但采用：

• 钙钛矿/硅叠层组件可降本20%；
• 与防雹网结合使苹果种植总成本下降5%。

未来挑战
核心矛盾在于：

1. 高纬度地区（如北欧）是否值得推广；
2. 如何建立普适性LER评估标准；
3. 开发适应联合收割机作业的5米以上支撑结构。

最新田间试验表明，在土壤有机碳提升20%的退化农田实施光伏农业，可实现"碳封存-粮食-能源"三重收益，这为全球耕地资源紧张地区提供了创新解决方案。