太陽能與農業的完美結合：最佳化農光共生系統

隨著全球對再生能源與糧食生產的需求日益增加，農光共生系統（Agrivoltaic Systems）提供了一個極具潛力的解決方案。這種系統將太陽能發電與農業生產結合，不僅能緩解土地使用的衝突，還能帶來多重效益，例如降低作物水分壓力、保護作物免受極端天氣影響，並促進生物多樣性。對於缺水地區的生態系統，農光共生系統已被證實能增加花卉產量並延遲開花時間，從而支援晚季授粉者。此外，研究顯示，太陽能板在農光共生系統中的表現更佳，這得益於其下方形成的微氣候。

隨著農光共生系統在全球能源轉型中扮演越來越重要的角色，如何最佳化其效能的需求也日益迫切。水平單軸追蹤系統（HSAT）在這方面展現了顯著的潛力，它能根據太陽的位置調整太陽能板的角度，從而最大化能源產出。有效的面板定位控制有助於平衡能源生成與農業產量的雙重目標，這對於符合補貼資格並提升經濟效益的農光共生系統尤為重要。

近期發表於《光子能源期刊》（Journal of Photonics for Energy）的一項研究，提供了關於如何最佳化太陽能板定位以達成此平衡的寶貴見解。該研究以德國西南部的蘋果園為案例，但其發現可廣泛應用於各種農業環境。研究團隊提出了一種基於作物光照需求動態最佳化太陽能板定位的新方法，與傳統的遮蔭策略不同，這種方法使用特定的輻射目標來滿足不同作物的精確光照需求。

研究團隊使用名為APyV的客製化工具進行模擬，評估不同太陽能板位置對作物光照的影響。APyV採用先進的光線追蹤技術，分析太陽輻射的分佈及其對太陽能板與作物的影響。該工具能自動化設計最佳化，並整合不同作物模型與特殊作物的模擬，從而更精確地計算作物接收的光照及其對系統的整體影響。

案例研究結果顯示，透過量身定製的太陽能板控制，蘋果樹全年所需的光照量達到了91%，而太陽能發電量僅減少20%。然而，研究也發現某些時期蘋果樹的光照需求未能完全滿足，這顯示出同時最佳化作物與能源效能的挑戰。儘管如此，這項研究為未來的研究奠定了堅實基礎，相關工作已在進行中。

該研究的通訊作者、弗勞恩霍夫太陽能系統研究所（Fraunhofer ISE）的博士候選人Maddelena Bruno表示：「我們的研究表明，透過智慧型太陽能追蹤器，根據天氣條件、作物型別及其生長階段調整太陽能板位置，可以進一步提升太陽能與農業的結合效果。這種方法確保了光合作用所需光照與發電所需光照之間的最佳平衡。」

Bruno指出，這項研究提出的輻射目標與追蹤策略將在Nussbach的當前生長季進行實地測試，以驗證或挑戰研究結果。這些實地測試將有助於更深入地瞭解農光共生系統對蘋果園及周邊環境的影響。最終，這項研究將提供關鍵見解，指導農光共生系統的最佳化，使其在平衡農業生產力與再生能源生成的同時，支援全球能源轉型。