太阳能电池板得非常好和西红柿,辣椒和传粉者

世界需要更多的太阳能。它的清洁,可再生能源,它很快就超过了创造就业机会和可购性化石燃料。但最重要的是,越来越多的研究表明它可以提高农业领域,也帮助我们种植更多的粮食和传粉者的栖息地,同时节约土地和水。

大,可使用的“太阳能农场”是太阳能发电的一个重要来源,帮助补充更小、更集中来源等建筑的屋顶上的太阳能电池板。太阳能农场占用很多空间,不过,他们在的地方许多相同的品质深受粮食作物。作为最近一项研究发现,潜力最大的地区太阳能往往已经在使用耕地,这是讲得通的,因为阳光的的重要性。

“事实证明,在8000年前,农民发现最好的地方收获太阳能在地球上,“乍得希金斯说,这项研究的合作者和俄勒冈州立大学农业科学教授,在一个声明。

因为农作物已经占领的地方,这似乎把太阳能农场和食品农场作为房地产的竞争对手。尽管平衡是聪明的食品和能源生产,越来越多的研究表明,它还可以将两者结合在一起的智能。不像化石燃料,太阳能的一件事是,它仍然足够的清洁使用的土地用于粮食生产,无需担心污染。不仅可以共存于同一作物和太阳能电池板的土地,但是当在正确的地点正确的方法相结合,研究人员说每个可以帮助其他功能更有效地比独自一人。

这个想法——在美国被称为“agrivoltaics”,农业和mashup太阳能光电板——并不新鲜,但新的研究揭示如何有益。除了收获食物和清洁能源的好处从相同的土地,研究表明太阳能电池板也提高作物的性能——可能提高产量和减少水需求,而作物帮助面板工作更有效率。这可能会增加全球土地生产力73%从更少的水,同时产生更多的食物,因为一些作物在太阳能电池板328%的节水。

Agrivoltaics不一定对于每一个位置或每一个工作相同的作物,但我们不需要。根据希金斯的现有研究,即使只有不到1%的农田被转换为一个agrivoltaic系统,太阳能发电满足全球电力需求。仍然不会像听起来那么简单,但气候变化的紧迫性日益增长,能源需求和粮食不安全,这个想法似乎超过准备时刻太阳。

类型的agrivoltaic系统

三种不同类型的agrivoltaic系统:(a)使用太阳能电池板为作物之间的空间,(b)光伏温室,stilt-mounted系统(c)。(插图:Sekiyama et al。(CC 4.0) /环境)beplay体育官网电脑

的基本思想agrivoltaics至少可以追溯到1981年,当两个德国科学家提出了一种新的光伏电站”,允许更多农业所涉及的土地的使用。”It has evolved in the decades since, leading to new twists on the concept that have found success in several countries,包括日本——这已经成为全球的领导者”太阳能分享”,实践是已知的,以及法国、意大利和奥地利,等等。

有三大类agrivoltaic系统。最初的想法放置作物行之间的太阳能电池板,利用空间,否则大部分未使用(见例子上图中的“a”)。一个不同的策略,发展于2004年由日本工程师Akira长岛,涉及太阳能电池板踩着高跷离地面约3米(10英尺),创建一个pergola-like结构与空间低于作物(例如上面的“c”)。第三类类似于呆板的方法,但是把太阳能电池板的温室(例如“b”)。

是一回事种庄稼在阳光明媚的差距太阳能电池板,但播种下电池板意味着阳光被至少每天几个小时。如果目标是最大化的效率作物和太阳能电池板,为什么让一个块阳光从其他吗?

在树荫下

显然植物需要阳光,但是他们也有一定的局限性。一次植物利用阳光进行光合作用的能力增长高峰,更多的阳光会阻碍它的生产力。植物原产于干燥的气候条件下进化出了不同的方式来处理过度的太阳能,但亚利桑那大学的研究人员指出,我们的许多农作物不是desert-adapted。成功地把它们种植在沙漠,我们弥补他们缺乏适应密集的灌溉。

而不是使用所有的水,不过,我们也可以模仿一些自然适应干燥的气候所使用的植物。他们处理一些严厉的栖息地日益增长的其他植物在荫凉处,例如,这就是agrivoltaics倡导者的阴影正在模仿种植庄稼的太阳能电池板。

收益可观,根据作物和条件。根据一项2019年9月的研究发表在《自然》杂志上的可持续性agrivoltaics系统可以提高三个重要变量,影响植物的生长和繁殖:空气温度、阳光直射和大气对水的需求。

该研究的作者创建了一个agrivoltaics研究网站生物圈2号在亚利桑那州,在那里他们增长chiltepin辣椒、辣椒和樱桃番茄在光伏(PV)数组。整个夏天生长季节,他们不断地监控阳光,空气温度和相对湿度传感器安装在土壤表面,以及土壤温度和水分在5厘米(2英寸)的深度。作为控制,他们也建立一个传统的种植区域附近agrivoltaics网站,这两个收到平等的灌溉率和测试在两个灌溉时间表,每天或每隔一天。

帘板导致冷却器白天气温和温暖的夜间温度对植物下面,空气中可用以及更多的水分。这个影响每个作物不同,但所有这三个看到显著的好处。

“我们发现,我们的许多粮食作物太阳能电池板在树荫下做得更好,因为他们是免于太阳直接,”主要作者格雷格Barron-Gafford说,教授亚利桑那大学的地理位置和发展声明。“事实上,chiltepin水果总产量是三倍下光伏电池板agrivoltaic系统,和番茄产量的两倍棒!”

墨西哥胡椒生产类似数量的水果agrivoltaic和传统的场景,但也用agrivoltaic设置transpirational失水少65%。

”与此同时,我们发现每个灌溉事件可以支持作物生长数日,不是几个小时,在当前的农业实践,“Barron-Gafford说。“这一发现表明我们可以减少用水量,但仍保持水平的粮食产量。”Soil moisture remained about 15% higher in the agrivoltaics system than in the control plot when irrigating every other day.

这与其他最近的研究,包括2018年的研究发表在《PLOS One》杂志上太阳能电池板,测试环境影响在一个干旱牧beplay体育官网电脑场经常体验水的压力。它发现区域光伏电池板节水高出328%,同时也表现出“在赛季中段生物量显著增加,”比在其他领域更多的生物量在太阳能电池板90%。

太阳能电池板的存在似乎是一个头痛的时候收获作物,但正如Barron-Gafford最近告诉美国生态学会(ESA),面板可以安排的方式,让农民继续使用同样的设备。“我们提出了板,以便他们离地面3米(10英尺)的低端,这样典型的拖拉机可以访问网站。这是第一件事是,在该地区农民说必须在他们考虑任何形式的采用一个agrivoltaic系统。”

当然,agrivoltaics千差万别的细节根据作物,当地气候和太阳能电池板的具体设置。在任何情况下它不会工作,但研究人员正忙着试图确定和它如何工作。

“三赢”

作物本身的潜在福利agrivoltaics值得的,更不用说减少对土地的竞争和对水的需求。但还有更多。首先,研究发现,agrivoltaic系统还可以增加能源生产的太阳能电池板的效率。

太阳能电池板在本质上是对温度敏感,变得不那么有效,因为它们来热身。Barron-Gafford和他的同事发现在最近的研究中,培育作物面板的温度降低开销。

“太阳能电池板是冷却过热的下面的作物蒸腾的排放水通过自然过程——就像水在院子里你最喜欢的餐厅,“Barron-Gafford说。“总的来说,这是一个三赢的改善我们如何种植我们的食物,利用我们宝贵的水资源和产生可再生能源。”

或者也许是win-win-win-win ?而太阳能电池板和作物酷彼此,他们可能会做同样的的人在田里干活。初步数据显示人体皮肤温度的温度18度agrivoltaics面积比传统农业,亚利桑那大学的研究表明。“气候变化已经影响粮食生产和农场工人健康在亚利桑那州,“说agroecologist加里•Nabhan自然可持续发展研究的合作者。“美国西南部看到很多中暑和热死在我们的农场工人;这可能有直接的影响。”

反响

除了上述好处agrivoltaics——农作物、太阳能电池板、土地可用性、水供应和工人——这种组合可能是蜜蜂的大事,连同其他传粉者。

昆虫是负责所有作物的授粉近75%人类,和大约80%的开花植物,但现在他们是来自世界各地的栖息地的消失。蜜蜂的困境往往会得到更多的关注,但各种各样的传粉者多年来一直下降,很大程度上是由于栖息地的丧失、农药暴露,入侵物种和疾病等威胁。包括大黄蜂和其他本地蜜蜂——其中一些是更好的比家养蜜蜂授粉粮食作物——以及甲虫、蝴蝶、飞蛾和黄蜂。

很多有价值的农作物严重依赖昆虫授粉,包括大多数水果、坚果、浆果和其他新鲜农产品。食物,如杏仁、巧克力、咖啡和香草不可以没有昆虫传粉者,根据Xerces无脊椎动物保护协会,和许多乳制品将是有限的,也考虑到大量的牛食pollinator-dependent植物紫花苜蓿和三叶草。甚至许多作物不需要昆虫传粉者——比如大豆或草莓,例如,如果他们靠昆虫授粉产生更高的收益。

这背后的动力是推动更多太阳能发电厂的传粉者的栖息地,特别是在农业领域传粉者可以发挥最大的经济作用。这是英国的,where a solar company began letting beekeepers set up hives at some of its solar farms in 2010,根据CleanTechnica。传播,现在和英国有一个“长和证据确凿的成功使用太阳能网站上的传粉者的栖息地,“明尼苏达州的非营利组织新鲜的能量描述它。

传粉者和太阳能的配对是越来越受欢迎的在美国,特别是在明尼苏达州颁布了传粉者友好太阳能行动在2016年。法律是首次,建立科学的标准如何授粉栖息地合并到太阳能农场。此后,紧随其后的是类似的法律在其他州,包括马里兰,伊利诺斯州和佛蒙特州。

就像庄稼,野花可以帮助冷却太阳能电池板开销,而面板的阴影可以帮助野花茁壮成长在炎热,干燥的地方没有水供应征税。但是最主要的受益者将是蜜蜂和其他授粉者,他们应该把好运给附近的农民。

对于一个2018年的研究发表在《环境科学与技术》杂志上beplay体育官网电脑,阿贡国家实验室的研究人员观察了2800个现有和计划太阳能能源(USSE)设施连续的美国,发现“周边地区太阳能电池板可以为植物提供一个理想的位置,吸引传粉者。”These areas are often just filled with gravel or turf grass, they noted, which would be easy to replace with native plants like prairie grasses and wildflowers.

一般,除了帮助传粉者——这可能是明智的,即使我们无法量化人类的回报——阿贡国家实验室的研究人员还研究了如何”solar-sited传粉者的栖息地“可能反过来促进当地农业。周围有更多的传粉者可以增加作物的生产力,农民可能提供更高的收益率不使用额外的资源,比如水、肥料或农药。

研究人员发现超过3500平方公里(1351平方英里(865000英亩)的农田附近现有和计划USSE设施附近可以受益于更多的传粉者的栖息地。他们看着三个例子作物(大豆、杏仁和小红莓),依靠昆虫传粉者的年度作物产量,研究更solar-sited传粉昆虫的栖息地可能如何影响他们。如果所有现有和计划太阳能设施附近这些作物包括授粉的栖息地,如果收益率仅上涨1%,作物价值将上升175万美元,400万美元和233000美元的大豆,杏仁和小红莓,分别时,他们发现。

最具启发性的研究

农业在美国最近变得越来越困难,由于混合的因素从干旱和洪水到美国中美贸易战,这减少了对许多美国作物的需求。《华尔街日报》报告,这是导致一些农民用他们的土地收获太阳能而不是食物,通过租赁土地能源公司或安装自己的电池板减少电费。

“有很少的利润在今年年底,”一个威斯康辛州的玉米和大豆的农民说,谁是租赁322英亩的太阳能公司每年每英亩700美元,据《华尔街日报》。“太阳变得多元化收入的好办法。”

Agrivoltaics可能不是一个快速的解决农民现在陷入困境,但这可能有变化,因为研究显示更多的见解可能通知政府的激励措施,使其更容易采取这种做法。这就是许多研究者关注现在,包括Barron-Gafford和他的同事们。他们与美国能源部的国家可再生能源实验室评估的可行性agrivoltaics超越美国西南部,并检查区域政策如何鼓励更多的小说之间的协同效应农业和清洁能源。

不过,农民和太阳能公司不一定需要等待更多的研究来利用我们已经知道的东西。从agrivoltaics马上赚钱,Barron-Gafford告诉《濒危物种法》,大多只是提升支撑太阳能电池板的桅杆。“这是目前的工作如此令人兴奋的一部分,”他说。“在规划一个小小的改变可以产生大量的巨大的好处!”