近期國際農業光電的進展現況(下)
歐盟將發布關於農業光電的指導方針，影響各國政策與市場發展
歐洲聯盟執行委員會將在本屆立法會議期間向成員國發布農業光電（Agrivoltaics）指導方針，涵蓋監管與財務層面的部署細節。這項計畫原預計於2024年發布，但在最新政策調整後，已涵蓋更廣泛的太陽能技術，例如建築整合太陽光發電（BIPV）、基礎建設整合型光電（IIPV）和浮動式太陽光電（Floating PV）。
1.農業光電法規的發展與挑戰
歐盟執委會政策官員 Ignacio Asenjo 表示，農業光電開發商因現行法規的複雜性面臨挑戰，但新的指導方針可能帶來改善。從2025年開始，歐盟將加快農業光電的法規與技術發展。
在歐洲各國，農業光電的政策推進速度不一。義大利 於2024年率先推出新技術規範，並在首次農業光電招商中分配 1.5 GW 的容量。歐盟這項政策將改變農業光電的建置模式，要求 1,370 MW 的大型專案採用高架結構。
2.動物光電農場
在德國，農業光電法規自2021年開始規範農業產量與土地使用，並於2024年新增針對畜牧業的標準。例如，規範太陽能板安裝的最小高度，以確保不影響家畜活動。德國亦推出針對小型農戶（2.5公頃以下農場）的躉購費率（Feed-in Tariff），但目前尚未獲得歐盟批准，導致農戶對政策落地失去信心。
3.地方政府對農業光電的影響
農業光電的推廣還受地方政治影響。例如在德國與荷蘭，地方政府擁有很大的決策權，而在法國，農業光電專案需經省級委員會審批。地方政府與農民協會的指導方針雖能促進農業光電因地制宜，但過度的法規變化可能削弱光電技術的模組化優勢與成本競爭力。
4.技術與市場發展
在技術方面，光電製造商 Huasun 與 Huawei 分享農業光電的發展趨勢，例如半透明光電模組的應用。另一方面，農業光電系統對逆變器也有特殊需求，包括高安全性設計，以及多 MPPT（Maximum Power Point Tracking，最大功率點追蹤）輸入，以適應靈活多變的佈局。
歐盟對農業光電的法規正逐步完善，義大利和德國等國已邁出重要步伐。然而，地方政府與農業機構的不同要求，各國仍在探索最適合的法規框架。隨著技術發展與政策推進，農業光電有望在未來成為歐洲再生能源的重要組成部分。
科羅拉多州立大學的農業光電研究：不同透明度的光電模組對蔬菜作物生長的影響
科羅拉多州立大學的科學家進行一項田間研究，研究對象是位於光電模組下的蔬菜作物生長，這些模組的透明度不同。研究中使用透明度為40%的薄膜半透明碲化鎘（ST-CdTe）模組、透明度為5%的雙面單晶矽（BF-Si）模組，以及透明度為0%的不透明多晶矽（O-Si）模組。科學家指出，半透明光電模組（STPV）技術作為一種潛在解決方案，有望減少農業系統中密集陰影的負面影響，同時保持高模組密度。該研究認為，這是首次在灌溉蔬菜田中進行的透明度對比試驗。
這項實驗在2020和2021年兩個生長季節進行，地點位於美國科羅拉多州的福特科林斯。研究測試六種蔬菜的生長情況，包括墨西哥胡椒、甜椒、生菜、夏季南瓜、塔斯馬尼亞巧克力(Tasmanian chocolate )番茄和紅賽車(red
racer)番茄。
研究結果顯示，無論光電模組透明度數值的高低，夏季南瓜的產量均顯著低於對照區。對照區的南瓜每株產量為5.1公斤，而在不同模組下的產量分別為：BF-Si模組3.2公斤、O-Si模組3.2公斤、ST-CdTe模組4.1公斤。
對於其他蔬菜，40%透明度的ST-CdTe模組下的蔬菜產量與對照區相當，甚至部分作物表現出更高的產量，但差異不具有統計學意義。例如，墨西哥胡椒在全日照條件下每株產量為155克，而在BF-Si、O-Si、ST-CdTe模組下分別為161克、155克和162克；甜椒在全日照下為295克，在ST-CdTe模組下為346克。
研究結論表明，半透明光電模組的農業光電系統能夠提高農業產量，同時為傳統的農業系統提供額外的保護層。然而，研究人員強調，需要更進一步的研究確認光電模組透明度與蔬菜作物生產之間的經濟權衡。研究結果展示半透明光電模組在農業光電系統中的潛力，能在維持農作物產量的情況下提供額外的太陽能產量。未來，隨著技術的發展，農業光電系統可提高再生能源產量的同時，為農業生產提供更多的保護。
圖1. 科羅拉多州立大學ARDEC南校區的 Sandbox 太陽能農業光電研究基地
(圖片來源：AgriSolar Cleaninghouse)
圖2. 在透明度40%的光電板下種植作物
(圖片來源：Colorado state
university)
瑞典馬拉達倫大學的研究：波長選擇性光電系統在農業光電中的應用
1.傳統光電與農作物的挑戰
瑞典馬拉達倫大學的研究人員對各種波長選擇性光電 (WSPV) 系統在農業光電 (Agrivoltaics)
中進行詳細的綜述研究。研究的主要作者 Silvia Ma Lu 表示，傳統高效能不透明矽模組會造成過多陰影，限制大多數耐蔭性差的作物光照需求。然而，植物生長過程中不需全光譜的陽光，只需光合作用活躍的區域，某些情況下，過多的光譜甚至妨礙植物的發育。因此，波長選擇性光電技術便應運而生。WSPV系統在傳遞對光合作用最有利的光波長，同時反射或吸收不那麼必要的光波長來發電。
2.波長選擇性光電技術的應用
在農業光電中，波長選擇性可以通過多種方法實現，包括調整光學活性層、使用半透明的彩色塗層、集成鏡子和透鏡，或設計光譜選擇性的發光分子。這些方法已被證明能有效地在能源生產和農作物生產之間共享陽光，但目前尚缺乏大規模評估作物和能源影響的研究。
3.植物對光譜的選擇性吸收
植物對430–480 nm和630–680 nm的光譜區域最為敏感。因此，在農業光電系統中，WSPV系統應設計為傳遞或重新定向這些有利的光譜區域，以便植物能夠有效利用這些光來進行光合作用，而剩餘的光譜則用於發電。WSPV系統的分類是基於光譜傳遞的方式或位置。例如，薄膜或超奈米薄膜光學活性層過濾吸收不需要的波段；空間分段光電系統則通過在傳統的矽光電模組上添加彩色濾光層來實現光譜選擇；而集中式光電系統（CPV）則通過二色鏡或稜鏡來實現光譜選擇。
這項研究為波長選擇性光電技術在農業光電系統中提供寶貴的意見，並提出幾種創新方法來優化農作物的生長，同時提高能源產量。隨著技術的進一步發展，這些WSPV系統可能成為解決農業光電中光照共享問題的關鍵技術。
圖3. 波長選擇性農業光電技術
(圖片來源：Mälardalen University)
圖4. 波長選擇性農業光電系統概念與技術分類
(圖片來源：Mälardalen
University)
參考資料
1.
Matthew
Lynas. 2024. pv magazine Roundtables Europe: EU guidance for PV confirmed in
agrivoltaics session. Refer to https://www.pv-magazine.com/2024/12/12/pv-magazine-roundtables-europe-eu-guidance-for-pv-confirmed-in-agrivoltaics-session/
2.
National
center for appropriate technology. 2022. Case Study: Sandbox Solar Agrivoltaics
Research Site at Colorado State University’s ARDEC South. Refer to https://www.agrisolarclearinghouse.org/case-study-sandbox-solar-agrivoltaics-research-site-at-colorado-state-universitys-agriculture-research-development-education-center-ardec-south/
3.
Colorado
State University Extension. 2024. Agrivoltaics in Colorado – 0.306. Refer to https://extension.colostate.edu/topic-areas/agriculture/agrivoltaics-in-colorado-0-306/
4. Lior Kahana. 2024. The impact of semi-transparent solar modules on agrivoltaics yield. Refer to https://www.pv-magazine.com/2024/08/22/the-impact-of-semi-transparent-solar-modules-on-agrivoltaics-yield/
5. Lu, S. M., Amaducci, S., Gorjian, S., Haworth, M., Hägglund, C., Ma, T., ... & Campana, P. E. 2024. Wavelength-selective solar photovoltaic systems to enhance spectral sharing of sunlight in agrivoltaics. Joule.