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事实证明 农电在食品水和能源方面互惠互利

2021-03-04 20:07:10

在当今不断变化的世界中,尤其是在容易受热和干旱影响的地区,增强可再生能源和粮食生产的抵御能力是一项根本性挑战。Agrivoltaics是农业和太阳能光伏板的共同定位,提供了一种可能的解决方案,亚利桑那大学领导的新研究报告对食品生产,节水和电力生产效率产生了积极影响。

Agrivoltaics,也称为太阳能共享,是一种近年来越来越受到关注的想法。然而,很少有研究监测相关粮食,能源和水系统的各个方面,并且没有一个研究集中在干旱地区,这些地区面临粮食生产挑战和水资源短缺,但太阳能过多。

“我们许多人想要更多的可再生能源,但是您将所有这些面板放在哪里?随着太阳能装置的增长,它们往往不在城市边缘,而从历史上看,这是我们一直在种植食物的地方,”格雷格·巴伦·加福德(Greg Barron-Gafford)是地理与发展学院的副教授,并且是今天发表在《自然可持续性》上的论文的主要作者。

最近对《自然》杂志进行的一项引人注目的研究发现,根据对入射阳光,气温和相对湿度的广泛分析,当前的农田是“太阳能光伏发电潜力最大的土地覆盖” 。

“那么,您更喜欢哪种土地用途(粮食还是能源生产?)这一挑战恰恰是在人与环境的交汇处,而这正是地理学家大放异彩的地方!” 也是生物圈2号(Biosphere 2)研究员的巴伦·加福德(Barron-Gafford)说。从那以后,我们一直在太阳能电池板的阴影下种植西红柿,辣椒,唐莴苣,羽衣甘蓝和草药等农作物。”

该团队使用太阳能光伏板或光伏板和区域蔬菜,在生物圈2号建立了第一个农用光伏研究站点。无论是本科生还是研究生,教授和学生都可以测量从植物发芽到植物从碳中吸出的碳的量。在整个生长季节中,它们释放出来的空气和水的量达到了它们的总食物产量。

该研究的重点是放在光伏阵列下的奇尔特平胡椒,墨西哥胡椒和樱桃番茄植物。在整个夏季平均三个月的整个生长季节中,研究人员使用安装在土壤表面上方的传感器以及5厘米深度的土壤表面温度和湿度,连续监测入射光水平,气温和相对湿度。传统种植区和农用发电系统均获得相同的灌溉速率,并使用两种灌溉方案进行了测试:每日灌溉和第二天灌溉。

他们发现,农用光伏系统显着影响了影响植物生长和繁殖的三个因素-气温,直射阳光和大气对水的需求。与传统的露天种植系统相比,光伏电池板提供的阴影使白天的温度更低,夜间的温度更高。农业光伏系统的蒸汽压差也更低,这意味着空气中的水分更多。

“我们发现我们的许多粮食作物在太阳能电池板的阴影下表现更好,因为它们可以避免阳光直射,” Baron-Gafford说。“事实上,在农用光伏系统中,辣椒素水果的总产量是光伏面板下的三倍,而番茄的产量是后者的两倍!”

墨西哥胡椒在农用光伏系统和传统地块中均产生相似量的果实,但蒸腾失水量减少了65%。

“与此同时,我们发现每个灌溉事件都可以支持几天的作物生长,而不仅仅是像当前的农业实践那样仅数小时。这一发现表明,我们可以减少用水量,但仍保持粮食生产水平,” Barron-Gafford补充说,注意到每隔一天灌溉时,农用光伏系统中的土壤湿度仍比对照样地高约15%。

除了给植物带来的好处外,研究人员还发现,农用光伏系统提高了能源生产的效率。太阳能电池板本质上对温度敏感,因为它们变暖会降低效率。通过在PV面板下方种植农作物,研究人员能够降低面板的温度。

Barron-Gafford说:“实际上,这些过热的太阳能电池板实际上是由于下面的农作物通过自然的蒸腾作用而散发出水的事实而冷却的,就像您最喜欢的餐厅的露台上的喷雾器一样。” “总的来说,这在改善我们的粮食种植方式,利用宝贵的水资源和生产可再生能源方面是双赢的。”

巴伦·加福德(Barron-Gafford)对农用光伏的研究已经扩展到包括图森联合学区(TUSD)土地上的多个太阳能装置。摩西·汤普森(Moses Thompson)在TUSD和UA地理与发展学院之间分配时间,并指出该团队还使用TUSD太阳能装置与K-12学生互动。

汤普森说:“让我从事这项工作的是当K-12学习者参与进来并且这项研究生活在他们的社区中时发生的事情。” “这种动态变化使学生在应对气候变化等重大挑战时感到有干劲。”

作者说,还需要对其他植物物种进行更多的研究。他们还指出,目前尚未探索的农用光伏技术可能对农场工人的身体和社会健康产生影响。初步数据显示,在农业光伏地区工作时,皮肤温度可能比传统农业低约18华氏度。

UA西南中心的农业生态学家加里·纳汉(Gary Nabhan)说:“气候变化已经在亚利桑那州破坏了粮食生产和农场工人的健康。” “美国西南部的农场工人中有很多中暑和与热有关的死亡;这也可能直接影响那里。”

Barron-Gafford及其团队现在正在与美国能源部的国家可再生能源实验室合作,以评估农用光伏方法在该国其他地区的运行情况,以及区域政策如何促进采用新颖的方法来解决这些普遍存在的问题。

社会与行为科学学院地理与发展学院教授安德里亚·杰拉克(Andrea Gerlak)表示:“这是UA最好的创新-一个跨学科的研究团队,致力于解决我们面临的一些最具挑战性的环境难题。” 。“想象一下,通过更创造性地一起考虑农业和可再生能源生产,我们可以对我们的社区以及整个世界产生影响。”

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