Agrivoltaik viser gensidig fordel på tværs af fødevarer, vand, energiforbindelse

Opbygning af modstandsdygtighed inden for vedvarende energi og fødevareproduktion er en grundlæggende udfordring i dagens forandrede verden, især i områder, der er modtagelige for varme og tørke. Agrivoltaik, samlokalisering af landbrug og solcellepaneler, tilbyder en mulig løsning, med ny University-Arizona-ledet forskning, der rapporterer om positive virkninger på fødevareproduktion, vandbesparelser og effektiviteten af ​​elproduktionen.

Agrivoltaik, også kendt som soldeling, er en idé, der har vundet indpas i de seneste år; imidlertid, få undersøgelser har overvåget alle aspekter af den tilhørende mad, energi- og vandsystemer, og ingen har fokuseret på tørområder - regioner, der oplever udfordringer med fødevareproduktion og vandmangel, men har en overflod af solenergi.

"Mange af os ønsker mere vedvarende energi, men hvor placerer du alle disse paneler? Når solcelleanlæg vokser, de har en tendens til at være ude på kanterne af byer, og det er historisk her, hvor vi allerede har dyrket vores mad, "sagde Greg Barron-Gafford, en lektor på School of Geography and Development og hovedforfatter på papiret, der blev offentliggjort i dag i Naturens bæredygtighed .

En nylig profileret undersøgelse i Natur fandt ud af, at nuværende dyrkningsmarker er "landdækkene med det største solceller PV -potentiale" baseret på en omfattende analyse af indgående sollys, lufttemperatur og relativ luftfugtighed.

"Så hvilken arealanvendelse foretrækker du-mad eller energiproduktion? Denne udfordring rammer lige i skæringspunktet mellem forbindelser mellem mennesker og miljø, og det er her geograferne skinner! "sagde Barron-Gafford, som også er forsker med Biosphere 2. "Vi begyndte at spørge, 'Hvorfor ikke producere begge på samme sted?' Og vi har dyrket afgrøder som tomater, peberfrugter, mangold, grønkål, og urter i skyggen af ​​solpaneler lige siden. "

Ved hjælp af solceller, eller PV, paneler og regionale grøntsager, teamet oprettede det første agrivoltaik -forskningssted i Biosphere 2. Professorer og studerende, både bachelor og kandidat, målte alt fra, da planter spirede til mængden af ​​kulstofplanter sugede ud af atmosfæren og vandet, de frigav, til deres samlede fødevareproduktion i hele vækstsæsonen.

Undersøgelsen fokuserede på chiltepin peber, jalapeno- og cherrytomatplanter, der var placeret under et PV -array. Gennem den gennemsnitlige tre måneders sommervækstsæson, forskere overvåger løbende indgående lysniveauer, lufttemperatur og relativ fugtighed ved hjælp af sensorer monteret over jordoverfladen, og jordoverfladetemperatur og fugtighed i en dybde på 5 centimeter. Både det traditionelle beplantningsområde og det agrivoltaiske system modtog lige store kunstvandingshastigheder og blev testet ved hjælp af to kunstvandingsscenarier - daglig kunstvanding og kunstvanding hver anden dag.

De fandt ud af, at agrivoltaiksystemet i betydelig grad påvirkede tre faktorer, der påvirker plantevækst og reproduktion - lufttemperaturer, direkte sollys og atmosfærisk efterspørgsel efter vand. Skyggen fra PV -panelerne resulterede i køligere dagtemperaturer og varmere nattemperaturer end de traditionelle, plantesystem til åben himmel. Der var også et lavere damptrykunderskud i agrivoltaiksystemet, hvilket betyder, at der var mere fugt i luften.

"Vi fandt ud af, at mange af vores madafgrøder klarer sig bedre i skyggen af ​​solpaneler, fordi de er skånet for den direkte sol, "Baron-Gafford sagde." Faktisk, den samlede produktion af chiltepin -frugt var tre gange større under PV -panelerne i et agrivoltaisk system, og tomatproduktionen var dobbelt så stor! "

Jalapenos producerede en lignende mængde frugt i både agrivoltaiksystemet og det traditionelle plot, men gjorde det med 65% mindre transpirational vandtab.

"På samme tid, vi fandt ud af, at hver kunstvandingsbegivenhed kan understøtte vækst i flere dage, ikke bare timer, som i den nuværende landbrugspraksis. Dette fund tyder på, at vi kunne reducere vores vandforbrug, men stadig opretholde fødevareproduktion, "Barron-Gafford tilføjede, bemærker, at jordfugtigheden forblev cirka 15% højere i agrivoltaiksystemet end kontrolplottet ved vanding hver anden dag.

Ud over fordelene for planterne, forskerne fandt også ud af, at agrivoltaiksystemet øgede effektiviteten af ​​energiproduktionen. Solpaneler er iboende følsomme over for temperatur - når de varmes op, deres effektivitet falder. Ved at dyrke afgrøder under PV -panelerne, forskere var i stand til at reducere panelernes temperatur.

"Disse overophedede solpaneler afkøles faktisk ved, at afgrøderne nedenunder udsender vand gennem deres naturlige transpirationsproces - ligesom misters på terrassen på din yndlingsrestaurant, "Sagde Barron-Gafford." Alt i alt, det er en win-win-win med hensyn til at forbedre vores måde at dyrke vores mad på, udnytte vores dyrebare vandressourcer, og producere vedvarende energi. "

Barron-Gaffords forskning i agrivoltaik er udvidet til at omfatte flere solcelleanlæg i Tucson Unified School District, eller TUSD, jord. Moses Thompson, der deler sin tid mellem TUSD og UA School of Geography and Development, bemærker, at teamet også bruger TUSD-solinstallationer til at interagere med K-12-studerende.

"Det, der trækker mig til dette arbejde, er, hvad der sker med K-12-eleven, når deres engagement er konsekvent, og forskningen lever i deres samfund, "Dette skifte i dynamik skaber studerende, der føler handlekraft i at håndtere store udfordringer som f.eks. Klimaændringer."

Forfatterne siger, at der er behov for mere forskning med yderligere plantearter. De noterer sig også den i øjeblikket uudforskede indvirkning agrivoltaik kan have på landmænds fysiske og sociale velbefindende. Foreløbige data viser, at hudtemperaturen kan være omkring 18 grader Fahrenheit køligere, når man arbejder i et agrivoltaikområde end i traditionelt landbrug.

"Klimaændringer forstyrrer allerede fødevareproduktion og landarbejdernes sundhed i Arizona, "sagde Gary Nabhan, en agroøkolog i UA Southwest Center og medforfatter på papiret. "Det sydvestlige USA ser en masse hedeslag og varmerelateret død blandt vores landarbejdere; dette kan have en direkte indvirkning der, også."

Barron-Gafford og teamet arbejder nu sammen med US Department of Energy's National Renewable Energy Lab for at vurdere, hvor godt en agrivoltaik-tilgang kan fungere i andre regioner i landet, og hvordan regionalpolitikker kan fremme vedtagelse af nye metoder til løsning af disse gennemgående problemer.

"Dette er UA -innovation, når det er bedst - et tværfagligt forskerteam, der arbejder på at løse nogle af vores mest udfordrende miljødilemmaer, "sagde medforfatter Andrea Gerlak, en professor på Geografisk og Udviklingsskolen i College of Social and Behavioral Sciences. "Forestil dig den indvirkning, vi kan få i vores samfund - og den større verden - ved mere kreativt at tænke på landbrug og produktion af vedvarende energi sammen."