Традиционна градина на открито е разположена до агроволтаична система, в която растенията се отглеждат под слънчеви фотоволтаични панели. Изследването е проведено в Biosphere 2, което може да се види на заден план. (Кредит: Патрик Мърфи/САЩ. Аризона)

Можете да споделите тази статия под лиценза Attribution 4.0 International.

Отглеждането на култури под слънчеви панели, процес, наречен агроволтаици, може да стимулира производството на храна, икономиите на вода и ефективността на производството на електроенергия, съобщават изследователите.

Изграждането на устойчивост при възобновяемата енергия и производството на храни е основно предизвикателство в днешния променящ се свят, особено в региони, податливи на топлина и суша.

Агриволтаикът, известен още като слънчево споделяне, е идея, която придоби популярност през последните години. Малко проучвания обаче са проследявали всички аспекти на свързаните с тях системи за храна, енергия и вода и нито едно не се е фокусирало върху сухите райони - региони, които изпитват предизвикателства при производството на храна и недостиг на вода, но имат изобилие от слънчева енергия.

„Много от нас искат повече възобновяема енергия, но къде поставяте всички тези панели? Тъй като слънчевите инсталации растат, те са склонни да се намират по краищата на градовете и исторически това е мястото, където вече сме отглеждали храната си “, казва Грег Барън-Гафорд, доцент в Училището по география и развитие в Университета на Аризона и водещ автор на статията в Nature Sustainability.

панели
Изследователите са използвали инструменти за непрекъснато наблюдение на няколко ключови фактора, включително нивата на входящата светлина, температурата на въздуха, относителната влажност, температурата на повърхността на почвата и почвената влага. (Снимка: Грег Барън-Гафорд/САЩ. Аризона)

Неотдавнашно проучване в Nature установи, че сегашните земеделски площи са „земните покриви с най-голям потенциал за слънчева фотоволтаична енергия“ въз основа на обширен анализ на входящата слънчева светлина, температура на въздуха и относителна влажност.

„И така, коя земя предпочитате - производството на храна или енергия? Това предизвикателство удря точно на пресечната точка на връзките между човека и околната среда и именно там блестят географите! " казва Барън-Гафорд, който също е изследовател на Биосфера 2. „Започнахме да питаме„ Защо да не правим и двете на едно и също място? “И отглеждаме култури като домати, чушки, манголд, зеле и билки в сянка на слънчеви панели оттогава. "

Изработен на сянка

Използвайки слънчеви фотоволтаични, или PV, панели и регионални зеленчуци, екипът създаде първия изследователски сайт за агроволтаици в Biosphere 2. Професори и студенти, както студенти, така и студенти, измерваха всичко от момента, в който растенията покълнаха до количеството въглеродни растения, които изсмукват от атмосферата и водата, която те освобождават, до общото им производство на храна през целия вегетационен период.

Изследването се фокусира върху растенията пипер чилтепин, халапеньо и чери домати, които са разположени под PV матрица. По време на средния тримесечен летен вегетационен период изследователите непрекъснато наблюдават нивата на входящата светлина, температурата на въздуха и относителната влажност, използвайки сензори, монтирани над повърхността на почвата, и температурата и влагата на повърхността на почвата на дълбочина 5 сантиметра. Както традиционната площ за засаждане, така и агроволтаичната система получиха еднакви напоителни нива и изследователите ги тестваха, използвайки два сценария за напояване - ежедневно напояване и напояване всеки втори ден.

Те открили, че агроволтаичната система значително е повлияла на три фактора, които оказват влияние върху растежа и размножаването на растенията - температурата на въздуха, пряката слънчева светлина и атмосферното търсене на вода. Сянката, която фотоволтаичните панели осигуряват, води до по-ниски дневни температури и по-топли нощни температури от традиционната система за засаждане на открито. Имаше и по-нисък дефицит на парно налягане в агроволтаичната система, което означава, че във въздуха имаше повече влага.

„Открихме, че много от нашите хранителни култури се справят по-добре в сянката на слънчевите панели, тъй като са пощадени от прякото слънце“, казва Барон-Гафорд. „Всъщност общото производство на плодове от чилтепин беше три пъти по-голямо под PV панелите в агроволтаична система, а производството на домати беше два пъти по-голямо!“

Jalapenos произвежда подобно количество плодове както в агроволтаичната система, така и в традиционния парцел, но го прави с 65% по-малко транспирационни загуби на вода.

„В същото време установихме, че всяко напоително събитие може да подпомогне растежа на реколтата за дни, а не само за часове, както е в сегашните земеделски практики. Това откритие предполага, че бихме могли да намалим използването на вода, но все пак да поддържаме нива на производство на храна “, добавя Барън-Гафорд, като отбелязва, че влагата в почвата е останала приблизително с 15% по-висока в системата за агроволтаици, отколкото контролната площадка, когато се напоява през ден.

По-добре и за слънчеви панели

В допълнение към ползите за растенията, изследователите също установиха, че агроволтаичната система повишава ефективността на производството на енергия. Слънчевите панели са изначално чувствителни към температурата - докато се затоплят, тяхната ефективност спада. Култивирането на култури под PV панелите позволи на изследователите да намалят температурата на панелите.

„Тези прегряващи слънчеви панели всъщност се охлаждат от факта, че културите отдолу излъчват вода чрез естествения си процес на транспирация - точно като господа на вътрешния двор на любимия ви ресторант“, казва Барън-Гафорд.

„Всичко казано, това е печеливша печалба от гледна точка на подобряване на начина, по който отглеждаме храната си, използваме нашите ценни водни ресурси и произвеждаме възобновяема енергия.“

Агроволтаици за по-зелено бъдеще

Изследванията на Barron-Gafford в областта на агроволтаиците се разшириха, като включиха няколко слънчеви инсталации в Tucson Unified School District или TUSD, земя. Мойсей Томпсън, който разделя времето си между TUSD и Училището по география и развитие, отбелязва, че екипът използва и слънчевите инсталации TUSD, за да се ангажира с ученици от K-12.

„Това, което ме привлича към тази работа, е какво се случва с учащия K-12, когато участието им е от значение и изследването живее в тяхната общност“, казва Томпсън. „Тази промяна в динамиката създава студенти, които се чувстват свободни да се справят с големи предизвикателства като изменението на климата.“

Авторите казват, че са необходими повече изследвания с допълнителни растителни видове. Те също така отбелязват неизследваното в момента въздействие на агроволтаиците върху физическото и социалното благосъстояние на земеделските работници. Предварителните данни показват, че температурата на кожата може да бъде около 18 градуса по Фаренхайт по-хладна, когато се работи в агроволтаична зона, отколкото в традиционното земеделие.

„Климатичните промени вече нарушават производството на храни и здравето на земеделските работници в Аризона“, казва съавторът Гари Набхан, агроеколог от Югозападния център. „Югозападната част на САЩ вижда много топлинен удар и свързана с топлината смърт сред нашите работници във фермите; това може да има пряко въздействие и там. "

Барън-Гафорд и екипът сега работят с Националната лаборатория за енергията от възобновяеми източници на Министерството на енергетиката на САЩ, за да оценят доколко агроволтаичният подход може да работи в други региони на страната и как регионалните политики могат да насърчават приемането на нови подходи за решаване на тези всеобхватни проблеми.

„Представете си въздействието, което можем да окажем в нашата общност - и по-големия свят - като мислим по-креативно за селското стопанство и производството на възобновяеми енергийни източници заедно“, казва съавторът Андреа Герлак, професор в Училището по география и развитие в Колежа по социални и поведенчески практики Науки.

Допълнителни съавтори са от университета в Аризона, университета в Мериленд и Националната лаборатория за възобновяема енергия. Финансирането на това проучване идва от Националната научна фондация и Националната лаборатория за възобновяема енергия на Министерството на енергетиката.