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智能調節透光的太陽能板,營農型光電新契機

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農業與太陽能的發展常常在土地利用上產生衝突,太陽能需要大面積的土地架設太陽能板發電,然而良田一但蓋上太陽能板,不但糧食無法生產,農田生態系也因而崩壞,農地水土保持、淨化空氣和調節氣候的功能也將不復存在。

農業發展與再生能源之間的權衡問題,不只在台灣發生,全球有意發展綠能的國家都在關注此問題。近年來,「營農光電」模式的開展,為農業與綠能之間的平衡開了一條新的道路。事實上,遮陰對作物生長並不是全然有害,在陽光過強、溫度過高時的時候適當的遮陰,反而可以降溫並減少光呼吸對植物造成的損害,不但能增加產量,也可以降低土壤水分的蒸散,進而達到節水的目的。

但使用傳統不透明的太陽能發電矽板並不是營農型光電的最佳選擇,因為不透明矽板必需要間隔很遠才能最大限度地減少遮陰對農業生產的影響,而這會大幅減少發電效益,提高建設成本。另一方面,使用不透明矽板一但固定了遮陰面積,便很難再做調整,而使用可調式的機構結構成本又會太高,不適合大面積施作。因此,即使營農型光農的概念良好,至今卻無法大規模的推廣落實。

半透明太陽能光電板可能是營農光電的最好解方,在透光的同時也能發電,能同時顧及作物生產及發電效益,具有極大的應用潛力,但實際應用於田間時,由於惡劣的天氣條件、灰塵堆積以及牆紫外線及高溫,都可能都會降低半透明太陽能光電模組的電能轉換效率,並加速模組衰退,導致此技術至今都還沒大規模應用在營農型光電上。

近期,能源公司Romande Energie 與瑞士研究機構Agroscope合作的Insolight計畫,開發了一種名為THEIA (Translucency and High Efficiency In Agrivoltaics) 透明太陽能板,與傳統矽板及半透明板不同的是THEIA是由一層透鏡和一片布有微小發電板的透明背板組成。直射的陽光通過透鏡時會聚焦到高效的微小發電板上,藉以達到高效率的發電,而散射的光線則會穿過透明背板為下方作物提高光源。另一個特色是THEIA的透明發電背板可以小幅度的水平移動,這不但可以讓直射陽光一直保持聚焦在發電板上,在陽光不足或作物較需要陽光時,也可以讓光線直接透過透明背板為作物提供光源。由於發電元件在透明發電板上只佔0.5%的面積,THEIA的透光度比傳統相同發電效率太陽能板還高100倍。藉由這種聚光及可調整的機制,不但能讓發光效率提高,也能配合作物及環境調整光線,有利光電板下栽培作物。這個計畫自2021年7月起在瑞士開始進行為期四年的試驗,期待未來的成果。

圖/Solar Impulse Foundation
圖/Solar Impulse Foundation

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吳 秉祜
吳 秉祜
農業工作者,台大植病博士候選人,曾旅居中美洲,也喜歡攝影和旅遊。

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