由謝菲爾德大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊在坦桑尼亞安裝了一個離網(wǎng)型農(nóng)光互補(bǔ)系統(tǒng)，并在肯尼亞安裝了一個并網(wǎng)型農(nóng)光互補(bǔ)系統(tǒng)。研究發(fā)現(xiàn)，這些設(shè)施不僅提升了農(nóng)作物的產(chǎn)量并節(jié)約了水資源，而且其發(fā)電成本低于國家電網(wǎng)。

國際研究團(tuán)隊評估農(nóng)光互補(bǔ)系統(tǒng)益處

研究通訊作者理查德·蘭德爾-博吉斯(Richard Randle-Boggis)在接受PV Magazine采訪時表示：“盡管東非的光伏發(fā)電潛力巨大，同時也面臨緊迫的糧食安全需求，但該地區(qū)農(nóng)光互補(bǔ)的潛力此前尚未被挖掘。而且，我們的一些研究結(jié)果與其他地區(qū)(如歐洲)的研究存在顯著差異，這主要是由于氣候條件的不同。我們很驚訝地發(fā)現(xiàn)，玉米作為當(dāng)?shù)氐闹匾魑铮诠夥宓年幱跋卤憩F(xiàn)良好，而我們原本預(yù)計它的產(chǎn)量會下降。”

他還補(bǔ)充道：“我們發(fā)現(xiàn)，在炎熱的時期，光伏板下有更多作物成功存活下來，這可能表明農(nóng)光互補(bǔ)系統(tǒng)能保護(hù)作物免受未來更惡劣氣候條件的影響。”研究團(tuán)隊原本希望通過減少用水量節(jié)約水資源，但看到“單位水量的作物產(chǎn)量”(即“滴水多收”)有所提高，且某些作物在減少灌溉用水的情況下還能實現(xiàn)更高產(chǎn)量，這一發(fā)現(xiàn)讓人振奮不已。

這項研究的論文《雙重收獲太陽能：東非農(nóng)光互補(bǔ)對能源、糧食和水資源的益處》載于《可再生與可持續(xù)能源評論》(Renewable Sustainable Energy Reviews)，研究指出，撒哈拉以南非洲地區(qū)目前對農(nóng)光互補(bǔ)在糧食-能源-水資源互聯(lián)領(lǐng)域的研究仍較為匱乏。

論文基于兩套農(nóng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)：

1.坦桑尼亞東部Morogoro

離網(wǎng)系統(tǒng)，功率36.6千瓦，安裝于可持續(xù)農(nóng)業(yè)組織(SAT)的基地。

2.肯尼亞南部Isinya

并網(wǎng)系統(tǒng)，功率62.1千瓦，安裝于農(nóng)業(yè)企業(yè)(LAS)的總部。

兩套系統(tǒng)的光伏板高架均距地面3米，板密度為50%。采用345瓦太陽能電池組件，以北向傾斜10度安裝，這樣的設(shè)計有助于排水并減少板面污垢。同時，這兩套系統(tǒng)配備了雨水收集系統(tǒng)，利用光伏板下緣的排水槽將雨水及清洗板面的水導(dǎo)入儲水罐，以補(bǔ)充現(xiàn)有的集中灌溉系統(tǒng)。

2022年6月至2023年5月期間，坦桑尼亞農(nóng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的發(fā)電量為12.55兆瓦時，據(jù)研究人員估計，這相當(dāng)于每年從坦桑尼亞國家電網(wǎng)節(jié)省5310美元電費開支。在肯尼亞，該系統(tǒng)的發(fā)電量為30.13兆瓦時，相當(dāng)于LAS每年用電量的56%。研究人員指出，與電網(wǎng)價格相比，可節(jié)省5725美元，但他們補(bǔ)充道，如果充分利用該系統(tǒng)，可節(jié)省超過1.8萬美元。

研究人員分析了坦桑尼亞的八種作物生長狀況和肯尼亞的四種作物生長狀況。一些作物，如玉米、瑞士甜菜和豆類，在光伏農(nóng)業(yè)系統(tǒng)下生長旺盛。但研究論文提出，即使是那些產(chǎn)量較低的作物，仍能為該地區(qū)帶來預(yù)期的經(jīng)濟(jì)收益。

農(nóng)業(yè)光伏系統(tǒng)提高了作物在溫暖時期的存活率。電池板遮陽也有助于提高某些作物的產(chǎn)量，并有助于減少灌溉需求，而從電池板徑流中收集雨水則進(jìn)一步減少了灌溉需求。遮陽還有助于減少水分蒸發(fā)造成的損失。

該研究的資深作者蘇·哈特利(Sue Hartley)教授說：“通過用太陽能電池板為農(nóng)作物遮陽，我們創(chuàng)造了一種微氣候環(huán)境，幫助部分農(nóng)作物增產(chǎn)，增強(qiáng)其抵御熱浪的能力，此外，遮陽還有助于節(jié)約用水，這對于一個受到氣候變化嚴(yán)重威脅的地區(qū)來說至關(guān)重要。”

研究論文在結(jié)論中指出，無論是并網(wǎng)還是離網(wǎng)，農(nóng)業(yè)光伏技術(shù)都能同時實現(xiàn)東非的多個可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，為該地區(qū)的能源安全、適應(yīng)氣候變化的糧食生產(chǎn)和水資源保護(hù)做出貢獻(xiàn)。