最新研究:太陽能板下農作物生長更好 更省水 產更多能源

最新研究:太陽能板下農作物生長更好 更省水 產更多能源

新的研究發現,太陽能板不僅能為我們提供潔淨的能源,它還能幫助農作物在乾旱地區更有效的生長。Agrivoltaics(農電),也被稱為「太陽能共享」(solar sharing),是農業和太陽能光伏板的結合。 這個想法近年來越來越受到關注,不過,很少有涉及相關食品、能源和水系統所有方面的研究,而且沒有研究是專注於旱地地區,也就是那些太陽能資源過剩,但卻經歷糧食生產困境和水資源短缺的地區。

地理與發展學院(School of Geography and Development)副教授Greg Barron-Gafford表示,「許多人都想要更多的再生能源,但你要把這麼多的面板放在哪裡? 隨著太陽能裝置的增加,面板往往會出現在城市的邊緣,而這裡是過去我們已經在生長食物的地方。」

亞利桑那大學的研究發現,根據陽光照射、氣溫和相對濕度的分析,目前農田的「土地覆蓋具有最大的太陽能光伏發電潛力」。

Barron-Gafford表示,「所以土地應該如何使用,食品或能源生產? 這是人與環境上最大的挑戰,而這正是地理學家們可以發光的地方!我們問,’為什麼不能在同一個地方兩種都生產?而從那時起,我們就一直在太陽能板的下方種植番茄、辣椒、甜菜、羽衣甘藍和草藥等作物。」

利用太陽能光伏系統和當地蔬菜,該團隊創建了第一個農電研究基地叫做「生物圈2號」(Biosphere 2)。教授和學生們測量了從植物發芽,到從大氣中吸收多少碳和釋放出多少水,與整個季節的總產量。研究發現農電系統在三個方面明顯影響農作物的生長:氣溫、陽光直射和大氣對水的需求。 與傳統的露天種植系統相比,光伏電板的遮陽使白天氣溫更低,夜間溫度更高,在農電系統中也存在較低的蒸氣壓不足,這表示空氣中的水分更多。

Baron-Gafford表示,「我們發現許多農作物在太陽能板的陰影下生長得更好,因為它們不受陽光直射。 事實上,在農電光伏系統中,光伏電板下智利辣椒的產量多了三倍,而番茄產量多了兩倍!」,墨西哥辣椒在農電系統中和傳統農地上的產量一樣,但蒸發水分減少了65%。

Barron-Gafford表示。「同時,我們發現每次灌溉都可以支撐農作物生長達好幾天,而不像一般農地只有數小時。這發現顯示我們可以減少用水量,但仍保持食物的產量,而且農電用水系統的土壤水分比每隔一天灌溉的量高出約15%。」

除了對農作物有益以外,研究人員還發現農電系統提高了能源生產的效率。 太陽能電板對溫度特別敏感,因為當它們變熱,效率也會下降。 在光伏電板下面種農作物,能夠降低電板的溫度。

Barron-Gafford表示,「總結,在改善我們如何種植食物、利用寶貴水資源和生產再生能源方面,這是三贏的。」

研究員說,還需要對更多的植物進行研究。 在還沒有被研究的部分,他們還注意到對農民帶來的影響,初步數據顯示,在農電區工作時,皮膚溫度可能比傳統農業區低約18華氏度。

農業生態學家,該論文共同作者Gary Nabhan表示,「氣候變遷已經破壞了亞利桑那州的糧食生產和農民的健康。 美國西南部看到很多農民中暑和與熱有關的死亡,農電也可能在那裡產生直接的影響。」

Barron-Gafford和該團隊正在與美國能源部的國家再生能源實驗室(Department of Energy’s National Renewable Energy Lab)合作,評估農電系統在美國其他地區的運作情況如何,以及區域政策如何促進採用新方法來解決這些普遍存在的問題。

該研究已發表在Naure上。

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