农业光伏（APV）的发展受到多方面驱动，包括能源转型需求、土地利用效率提升、作物产量增加、经济效益提高及气候适应能力增强。随着全球向脱碳电网转型，如美国预计到2050年将大规模安装陆基光伏，土地资源的稀缺促使研究者探索高效土地利用方法，APV系统因此成为重要研究方向。APV不仅通过太阳能利用实现土地生产，还支持农业活动，农民可通过共享土地获得额外收入，同时维持农业主要功能。APV系统的成功整合需考虑气候、配置、作物、兼容性和协作等关键因素，这些因素构成了APV发展的基本框架。

此外，APV系统通过太阳能组件遮阳降低蒸发率，保持土壤水分，提高水资源利用效率，尤其在干旱地区效果显著。同时，太阳能组件的集成创造保护性小气候，减轻作物受极端天气影响。然而，光伏组件的定位和布置对底层作物光照有显著影响，传统不透明晶硅光伏组件可能改变微气候。为此，透光光伏组件（STPV）技术成为潜在解决方案，通过可调透光度等技术提供最佳植物生长条件。随着研究深入，STPV技术有望在全球不同作物类型和气候条件下成为最佳实践，具有非常巨大的市场应用前景。

科学家来自科罗拉多州立大学对位于具有不同透光度的光伏组件下方的蔬菜作物生长进行了实地研究。蔬菜生长在薄膜下，透光碲化镉组件(St-CdTe)的透光度为40%，双面单晶硅组件(BF-Si)的透明度为5%，不透明多晶硅组件(O-Si)的透明度为0%。“

透光光伏组件(STPV)技术已经成为一种潜在的解决方案，可以减轻种植系统中浓荫的负面影响，同时保持高模块密度，”学者们说。“据我们所知，这是第一个在灌溉菜地环境中评估组件透明度类型的重复研究实验。”

该实验在2020年和2021年两个生长季进行。研究地点位于美国科罗拉多州柯林斯堡的一个指定研究领域。总的来说，测试了六种蔬菜的生长:墨西哥胡椒、甜椒、莴苣、西葫芦、塔斯马尼亚巧克力番茄和红色赛车番茄。“

整个场地有三排种植——北、中、南，”该小组解释说。“莴苣、辣椒和番茄分两排种植在0.9米高的畦中，在北排和南排用黑色塑料薄膜覆盖。两年都只在中间一行种植南瓜，中间间隔1.2米。”

至于光伏组件，科学家们每种都用了三个。它们安装在朝南35度的固定位置，模块底边离地1220毫米，背面高度2360毫米。透光碲化镉组件的额定输出功率为57瓦，双面单晶硅组件为360瓦，多晶硅组件为325瓦。

“包括光伏阵列和对照地块在内的12个作物支线地块中的每一个都跨越了4.3米的宽度，相邻支线地块之间的间距为4.3米，”研究人员说。“由于单极安装配置，组件投射的阴影整天都在移动。这样，作物在一天的早些时候和晚些时候都可以直接接受阳光，在一天的高峰时段和模块下方可以获得最大的遮荫。”

根据结果，所有三种组件类型下的西葫芦显示出明显低于对照地块的产量，无论组件透明度类型如何。而在对照地块中，在全日照条件下，南瓜每株产量为5.1千克，在双面单晶硅组件方案中为3.2千克，在多晶硅组件方案中为3.2千克，在透光碲化镉组件方案中为4.1千克。

其他蔬菜在40%透光率碲化镉组件处理下具有与对照相等或更高的平均产量。墨西哥胡椒在全日照下每株产量为155克，在双面单晶硅组件下为161克，在多晶硅组件下为155克，在透光碲化镉组件下为162克；而甜椒在全日照下每株产量为295克，在双面单晶硅组件下为294克，在多晶硅组件下为278克，在透光碲化镉组件下为346克。

在全日照条件下，生菜每头重量为105克，双面单晶硅组件条件下为126克，多晶硅组件条件下为111克，透光碲化镉组件条件下为129克。塔斯马尼亚巧克力番茄在全日照下平均每株926克，在双面单晶硅组件下1060克，在多晶硅组件1069克，在透光碲化镉组件下1278克。最后，红色赛车番茄在全日照下每株含867克，在双面单晶硅组件下每株含733克，在多晶硅组件下每株含903克，在透光碲化镉组件下每株含962克。

研究人员总结道:“使用透光碲化镉光伏组件优化农业光伏阵列，可以增加农业产量，同时保持传统农业光伏系统中对通电树冠的额外保护。”“需要进行更多的研究，以更好地了解与蔬菜作物生产相比增加组件透光度之间的经济权衡，同时考虑组件双面性增加的能源产量。进一步的研究应探索模拟，不同光伏组件透光率和配置对半干旱气候下作物产量、土壤水分和蒸散率的影响。”