最新研究:太阳能板下农作物生长更好更省水产更多能源

新的研究发现,太阳能板不仅能为我们提供洁净的能源,它还能帮助农作物在干旱地区更有效的生长。Agrivoltaics(农电),也被称为「太阳能共享」(solar sharing),是农业和太阳能光伏板的结合。这个想法近年来越来越受到关注,不过,很少有涉及相关食品、能源和水系统所有方面的研究,而且没有研究是专注于旱地地区,也就是那些太阳能资源过剩,但却经历粮食生产困境和水资源短缺的地区。


地理与发展学院(School of Geography and Development)副教授Greg Barron-Gafford表示,「许多人都想要更多的再生能源,但你要把这么多的面板放在哪里?随着太阳能装置的增加,面板往往会出现在城市的边缘,而这里是过去我们已经在生长食物的地方。」

亚利桑那大学的研究发现,根据阳光照射、气温和相对湿度的分析,目前农田的「土地覆盖具有最大的太阳能光伏发电潜力」。

Barron-Gafford表示,「所以土地应该如何使用,食品或能源生产?这是人与环境上最大的挑战,而这正是地理学家们可以发光的地方!我们问,'为什么不能在同一个地方两种都生产?而从那时起,我们就一直在太阳能板的下方种植番茄、辣椒、甜菜、羽衣甘蓝和草药等作物。」

利用太阳能光伏系统和当地蔬菜,该团队创建了第一个农电研究基地叫做「生物圈2号」(Biosphere 2)。教授和学生们测量了从植物发芽,到从大气中吸收多少碳和释放出多少水,与整个季节的总产量。研究发现农电系统在三个方面明显影响农作物的生长:气温、阳光直射和大气对水的需求。与传统的露天种植系统相比,光伏电板的遮阳使白天气温更低,夜间温度更高,在农电系统中也存在较低的蒸气压不足,这表示空气中的水分更多。

Baron-Gafford表示,「我们发现许多农作物在太阳能板的阴影下生长得更好,因为它们不受阳光直射。事实上,在农电光伏系统中,光伏电板下智利辣椒的产量多了三倍,而番茄产量多了两倍!」,墨西哥辣椒在农电系统中和传统农地上的产量一样,但蒸发水分减少了65%。

Barron-Gafford表示。「同时,我们发现每次灌溉都可以支撑农作物生长达好几天,而不像一般农地只有数小时。这发现显示我们可以减少用水量,但仍保持食物的产量,而且农电用水系统的土壤水分比每隔一天灌溉的量高出约15%。」

除了对农作物有益以外,研究人员还发现农电系统提高了能源生产的效率。太阳能电板对温度特别敏感,因为当它们变热,效率也会下降。在光伏电板下面种农作物,能够降低电板的温度。

Barron-Gafford表示,「总结,在改善我们如何种植食物、利用宝贵水资源和生产再生能源方面,这是三赢的。」

研究员说,还需要对更多的植物进行研究。在还没有被研究的部分,他们还注意到对农民带来的影响,初步数据显示,在农电区工作时,皮肤温度可能比传统农业区低约18华氏度。

农业生态学家,该论文共同作者Gary Nabhan表示,「气候变迁已经破坏了亚利桑那州的粮食生产和农民的健康。美国西南部看到很多农民中暑和与热有关的死亡,农电也可能在那里产生直接的影响。」

Barron-Gafford和该团队正在与美国能源部的国家再生能源实验室(Department of Energy's National Renewable Energy Lab)合作,评估农电系统在美国其他地区的运作情况如何,以及区域政策如何促进采用新方法来解决这些普遍存在的问题。

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