多样化光伏技术驱动的农光互补系统性能分析与环境可行性研究

本研究针对印度西北部地区，通过评估铜铟镓硒(CIS)、多晶硅(poly-Si)和非晶硅(a-Si:H)三种光伏(PV)技术在不同装机容量(2-1000 kWp)下的土地利用率、植物生长及能源产出，发现小容量CIS电站发电效率更高(模块效率7-17%，最终产量4.07-4.47 kWh/kWp/天)，阴影区作物生长因微气候改善而提升，为可持续农业-能源协同发展提供实证依据。

　　

随着全球能源转型与粮食安全双重挑战加剧，如何实现"一地双产"成为可持续发展的重要命题。印度作为农业大国，仍有21.3%人口缺电，传统农业与光伏(PV)系统争地矛盾日益突出。在此背景下，北方邦科学技术委员会资助的研究团队在《Sustainable Energy Technologies and Assessments》发表论文，首次系统评估了三种主流光伏技术——氢化非晶硅(a-Si:H)、多晶硅(poly-Si)和铜铟镓硒(CIS)在印度西北部农光互补(AV)系统中的综合表现。

研究采用多尺度实验设计，包含3组不同规模电站(2/10/1000 kWp)，通过PVSYST 6.8.8软件结合Meteonorm 7.2气象数据库进行仿真，实测参数涵盖模块效率、最终产量(Y_OF
)、性能比(PR)等IEA标准指标。同时监测阴影区作物对辐射平衡的响应，并计算CO₂
排放平衡(EB)与能源回收期(EPBT)。

The photovoltaics power plant
研究团队按IEC标准建设实验电站，发现地面安装系统(GmPV)存在谐波失真、孤岛效应等技术挑战，但不同技术路线表现迥异。

Methodology for evaluating the PVs performance
采用交直流能量比(E_AC
/E_DC
)、阵列效率(η_array
)等7项核心指标，发现温度每升高1℃会导致poly-Si模块功率下降0.5%，而CIS表现出更好温度稳定性。

Operational performance
在30年生命周期成本(LCC)模型中，小容量CIS电站意外展现出商业优势，其性能比(PR)达80.7%，远超a-Si:H的73.6%。政府推行的碳信用机制使2 kWp系统内部收益率提升2.3个百分点。

Balance of radiation at the surface of the land
双面玻璃薄膜组件允许15-22%的散射光穿透，形成"斑驳光照"微环境。监测显示，阴影区作物光合有效辐射(PAR)虽降低31%，但蒸腾速率下降40%，显著提升水分利用效率。

Simulation software and data inputs
PVSYST模拟揭示，CIS组件年衰减率仅0.35%，优于poly-Si的0.52%。软件将实际辐照度分解为直射、散射分量，建立光-电-作物耦合模型。

Results and Discussion
数据颠覆传统认知：2 kWp CIS系统单位产能比兆瓦级电站高11.3%，其EPBT仅2.4年。阴影区种植的土豆生物量增加17%，证实AV系统可创造"能-粮双赢"局面。

Conclusion
Utkarsh Shukla、Prabhakar Tiwari等学者通过一年期实证研究，确立CIS技术在热带农光系统中的优势地位。该技术组合使单位土地经济产出提升2.1倍，CO₂
减排量达42 kg/m²
/年。研究为发展中国家探索出一条兼顾能源安全与粮食生产的特色路径，后续将扩大至小麦、甘蔗等作物验证普适性。值得注意的是，双面组件引起的生态效应仍需长期监测，这为未来研究指明方向。