半透明光伏板下光合有效辐射调控对生菜产量的影响及农业光伏政策优化研究

推荐：为解决农业光伏系统中光伏板遮光导致的光合有效辐射(PAR)减少影响作物产量的问题，研究人员通过7种透光率(10%-80%)的碲化镉(CdTe)光伏模块，在模拟夏季环境的受控条件下研究罗马生菜产量变化。结果表明80%透光率模块下生菜产量可达对照组的102%，建立了PAR与产量的对数回归模型(W=457.27ln(x)-1840.4)，为制定基于最低产量要求的动态农业光伏政策提供了实验依据，对实现联合国可持续发展目标(SDGs)中的清洁能源(SDG7)和零饥饿(SDG2)具有重要意义。

　　

随着全球气候变化加剧，传统农业正面临土地资源紧张与极端天气的双重压力。与此同时，光伏发电的大规模部署引发了"太阳能与农作物争地"的矛盾。农业光伏(Agrivoltaics)这一创新技术试图破解这个难题——通过在农田上方安装光伏板实现"上面发电、下面种地"。但光伏板的遮光效应会降低光合有效辐射(PAR)，这个关键参数直接关系到作物的"吃饭问题"。尤其对于生菜这类喜阴作物，究竟多少阳光被遮挡时产量最高？不同透光率的光伏板会产生什么影响？这些问题的答案将决定我们能否在保障粮食安全的同时加速能源转型。

加拿大西安大略大学(University of Western Ontario)的研究团队在《Journal of Cleaner Production》发表的研究给出了重要答案。研究人员设计了一套精密的受控实验，使用7种不同透光率(10%-80%)的碲化镉(CdTe)薄膜光伏组件，在模拟加拿大伦敦夏季环境的人工气候室中培育罗马生菜。通过高精度PAR传感器和称重测量，首次系统揭示了PAR与生菜产量的定量关系，并对比分析了欧洲四国农业光伏政策的优劣。

研究采用三个关键技术方法：1) 使用高压力钠灯(HPS)模拟16小时日照周期，通过7种透光率CdTe组件创建43-419 μmol/m²-s的PAR梯度；2) 采用Apogee SQ-500-SS PAR传感器(±5%精度)测量模块上下PAR值；3) 通过单因素方差分析(ANOVA)和t检验比较不同处理组的鲜重差异。实验设置6个重复样本，对照组8个样本，所有植株在1.5加仑盆中使用ProMix BX基质培养。

【PAR与生菜产量的关系】

研究获得两个关键数学模型：PAR与鲜重的对数关系(W=457.27ln(x)-1840.4，R2=0.8158)，以及光伏透光率与鲜重的二次多项式关系(W=-78.279t2+582.660t-53.358，R2=0.8246)。80%透光率模块下的生菜单株最高鲜重达424g，超过对照组平均417g，证实适当遮光可能提升产量。

【农业光伏政策分析】

对比德国(要求保持66%产量)、法国(90%)、意大利(限制40%土地覆盖)和捷克(限制10%土地覆盖)四国政策，研究发现基于最低产量要求(如德国标准)比简单限制土地面积更科学。通过情景模拟显示，采用80%透光组件覆盖全部农田外加20%不透明组件的方案，既能满足意大利40%面积限制，又能实现最高经济效益(年收入可达71,525加元/英亩)。

【讨论与意义】

这项研究首次建立了CdTe组件透光率-PAR-生菜产量的定量关系，为农业光伏系统设计提供了精确调控依据。特别重要的是，研究揭示了当前政策存在的矛盾：意大利等国基于面积限制的政策可能阻碍了既能保产又能发电的高透光率系统应用。研究人员建议采用德国式"动态最低产量标准"，并每5年修订以适应技术进步。

该研究的创新性体现在三方面：1) 首次在低PAR范围(43-131 μmol/m²-s)系统测试生菜响应，填补了户外高PAR研究空白；2) 提出"等效遮光面积"新概念，证明高透光率组件可突破传统面积限制；3) 将实验结果与联合国SDGs目标直接关联，为政策制定提供科学依据。尽管受控环境与田间条件存在差异，但这项基础研究为后续户外试验和作物扩展研究奠定了重要基础，对推动农业光伏这一"双碳"背景下的关键技术具有里程碑意义。