亚利桑那大学副教授格雷格·巴伦-加福德表示,将
太阳能电池板(光伏)基础设施和农业这两个系统结合起来,可以创造一种互利的关系。现在有一种农业模式,被称为
农业光伏,通过在太阳能电池板的阴影下种植作物来将两者同时放置
设想你是一个农民,由于日益紧张的气候而难以满足生产需求。或者你是一个可再生能源的生产者,与剧烈的高温和天气作斗争。随着气温的升高,太阳能电池板得太热,无法正常工作,农作物需要更多的水,干旱和气候条件加剧了这些问题。
巴伦-加福德说,在一个农业综合发电系统中,太阳能板下的环境在夏天要凉爽得多,而在冬天可以保持温暖。这不仅降低了夏季灌溉用水的蒸发速度,而且也意味着植物不会受到那么大的压力。在较低干旱胁迫下生长的作物需要更少的水,而且由于它们不容易在正午因高温而枯萎,因此它们能够进行更长时间的光合作用,并更有效地生长。
在美国西南部,阳光充足,安装太阳能电池板的主要方法是把它们密集地塞进一个地方。巴伦-加福德对agrivoltaics的好处的研究并没有改变这种密度,只是简单地抬高了面板,使作物生长在几乎完全阴凉的地方。超级有趣的是,他解释说,我们可以减少75%直射到植物上的阳光,但是仍然有很多漫射光,使得植物生长得很好。
巴伦-加福德和他的团队通过该大学的推广办公室与农民合作,同时也与图森地区的社区农场同事合作设计试验田。目前的阿格里光伏电池试验田占地约165平方米,但在未来的一年里,会在该农场开发更大的实验装置。他们还与国家可再生能源实验室(NREL)紧密合作,在制定共同安装计划方面力求一致。
农民们也帮助研究人员决定试验作物。每年春天和秋天,他们种豆子、西红柿和几种辣椒。他们种植高价值的草本植物和香料,这表明有意选择那些在典型条件下生长不好、但现在在太阳能电池板的阴影下能生长良好的作物,可能会带来潜在的额外利润。
他们也尝试种植绿叶蔬菜,如甜菜、莴苣、羽衣甘蓝等,这些似乎在这个系统中生长得更好。在强光环境下,植物的叶子往往更小,这是为了适应过强的阳光,从而抑制光合作用系统。在低光照环境下,植物会长出更大的叶子,以分散吸收阳光的叶绿素,使得把更多的光转化为能量。研究人员在他们的试验中发现:罗勒植物的叶子会长的更大,羽衣甘蓝的叶子长得更长更宽,甜菜的叶子长得更大。这是这些作物的关键,因为农民收获的是这些植物的叶子部分。
太阳能电池板本身也受益于这种协同环境。在阳光充足,温度超过75华氏度(24摄氏度)的地方,太阳能电池板开始表现不佳,因为它们变得太热了。从农作物中蒸发出来的水份会产生局部的冷却作用,从而降低头顶太阳能板的热应力,提高太阳能板的性能。简而言之,这是食品、水和能源之间的三赢关系。
巴伦-加福德解释说,当收割农作物的时候,这实际上并不是一个大问题,因为农民可以使用很多相同的设备。我们将面板抬高到离地面约3米(10英尺)的低处,这样典型的拖拉机就可以进入现场作业。这是该地区农民说的第一件事,他们必须在适当的地方考虑采用任何一种农业光伏系统。
农业光伏发电系统的主要缺点是需要额外的钢材,这提升了系统的成本,但巴伦-加福德认为,食品产量的提高和水资源的节约将抵消这些额外的投资。
现在,有证据表明农业和光伏发电之间的这种关系的潜在好处,研究小组正在寻找更有效的方法来共同定位。他们想用可以完全垂直移动的太阳能电池板来做实验,让拖拉机穿过一排排的电池板到达土壤和作物,而根本不需要通过抬高电池板来实现。
巴伦-加福德表示,虽然农民并不需要等待这种未来的设计,太阳能公司也不需要,现在要从农业光伏获利,他们只需要抬高支撑着一排排面板的桅杆。但开发过程中这些惊喜的小发现也令人激动。