農光互補：節約非洲水資源

由謝菲爾德大學(xué)領(lǐng)導的研究團隊在坦桑尼亞安裝了一個(gè)離網(wǎng)型農光互補系統，并在肯尼亞安裝了一個(gè)并網(wǎng)型農光互補系統。研究發(fā)現，這些設施不僅提升了農作物的產(chǎn)量并節約了水資源，而且其發(fā)電成本低于國家電網(wǎng)。

國際研究團隊評估農光互補系統益處

研究通訊作者理查德·蘭德?tīng)?博吉斯(Richard Randle-Boggis)在接受PV Magazine采訪(fǎng)時(shí)表示：“盡管東非的光伏發(fā)電潛力巨大，同時(shí)也面臨緊迫的糧食安全需求，但該地區農光互補的潛力此前尚未被挖掘。而且，我們的一些研究結果與其他地區(如歐洲)的研究存在顯著(zhù)差異，這主要是由于氣候條件的不同。我們很驚訝地發(fā)現，玉米作為當地的重要作物，在光伏板的陰影下表現良好，而我們原本預計它的產(chǎn)量會(huì )下降。”

他還補充道：“我們發(fā)現，在炎熱的時(shí)期，光伏板下有更多作物成功存活下來(lái)，這可能表明農光互補系統能保護作物免受未來(lái)更惡劣氣候條件的影響。”研究團隊原本希望通過(guò)減少用水量節約水資源，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(shí)現更高產(chǎn)量，這一發(fā)現讓人振奮不已。

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

論文基于兩套農光互補系統的數據：

1.坦桑尼亞?wèn)|部Morogoro

離網(wǎng)系統，功率36.6千瓦，安裝于可持續農業(yè)組織(SAT)的基地。

2.肯尼亞南部Isinya

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

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

2022年6月至2023年5月期間，坦桑尼亞農光互補系統的發(fā)電量為12.55兆瓦時(shí)，據研究人員估計，這相當于每年從坦桑尼亞國家電網(wǎng)節省5310美元電費開(kāi)支。在肯尼亞，該系統的發(fā)電量為30.13兆瓦時(shí)，相當于LAS每年用電量的56%。研究人員指出，與電網(wǎng)價(jià)格相比，可節省5725美元，但他們補充道，如果充分利用該系統，可節省超過(guò)1.8萬(wàn)美元。

研究人員分析了坦桑尼亞的八種作物生長(cháng)狀況和肯尼亞的四種作物生長(cháng)狀況。一些作物，如玉米、瑞士甜菜和豆類(lèi)，在光伏農業(yè)系統下生長(cháng)旺盛。但研究論文提出，即使是那些產(chǎn)量較低的作物，仍能為該地區帶來(lái)預期的經(jīng)濟收益。

農業(yè)光伏系統提高了作物在溫暖時(shí)期的存活率。電池板遮陽(yáng)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(yáng)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(shuō)：“通過(guò)用太陽(yáng)能電池板為農作物遮陽(yáng)，我們創(chuàng )造了一種微氣候環(huán)境，幫助部分農作物增產(chǎn)，增強其抵御熱浪的能力，此外，遮陽(yáng)還有助于節約用水，這對于一個(gè)受到氣候變化嚴重威脅的地區來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。”

研究論文在結論中指出，無(wú)論是并網(wǎng)還是離網(wǎng)，農業(yè)光伏技術(shù)都能同時(shí)實(shí)現東非的多個(gè)可持續發(fā)展目標，為該地區的能源安全、適應氣候變化的糧食生產(chǎn)和水資源保護做出貢獻。