太陽能電池板與農(nóng)作物

太陽的光線出現(xiàn)在生活中的每一個(gè)地方，人們的生活已經(jīng)離不開太陽，太陽能不僅為植物生長(zhǎng)提供光源，而且也能為人類提供能源，現(xiàn)在的光伏發(fā)電就是很大程度上利用了太陽能。想象一下，你是一個(gè)農(nóng)民，由于日益緊張的氣候而難以滿足生產(chǎn)需求?；蛘吣闶且粋€(gè)可再生能源的生產(chǎn)者，與劇烈的高溫和天氣作斗爭(zhēng)。隨著氣溫的升高，太陽能電池板變得太熱，無法正常工作，農(nóng)作物需要更多的水，干旱和氣候條件加劇了這些問題。

亞利桑那大學(xué)副教授格雷格·巴倫-加福德(barron - gds)表示，將太陽能電池板(光伏)基礎(chǔ)設(shè)施和農(nóng)業(yè)這兩個(gè)系統(tǒng)結(jié)合起來，可以創(chuàng)造一種互利的關(guān)系。這種通過在太陽能電池板的陰影下種植作物來將兩者同時(shí)放置的做法被稱為農(nóng)業(yè)光伏(agrivoltaics)。

巴倫-加福德說，在一個(gè)農(nóng)業(yè)綜合發(fā)電系統(tǒng)中，太陽能板下的環(huán)境在夏天要涼爽得多，而在冬天可以保持溫暖。這不僅降低了夏季灌溉用水的蒸發(fā)速度，而且也意味著植物不會(huì)受到那么大的壓力。在較低干旱脅迫下生長(zhǎng)的作物需要更少的水，而且由于它們不容易在正午因高溫而枯萎，因此它們能夠進(jìn)行更長(zhǎng)時(shí)間的光合作用，并更有效地生長(zhǎng)。

在美國(guó)西南部，陽光充足，安裝太陽能電池板的主要方法是把它們密集地塞進(jìn)一個(gè)地方。巴倫-加福德對(duì)agrivoltaics的好處的研究并沒有改變這種密度，只是簡(jiǎn)單地抬高了面板，使作物生長(zhǎng)在幾乎完全陰涼的地方。超級(jí)有趣的是，他解釋說，我們可以減少75%直射到植物上的陽光，但是仍然有很多漫射光，使得植物生長(zhǎng)得很好。

巴倫-加福德和他的團(tuán)隊(duì)通過該大學(xué)的推廣辦公室與農(nóng)民合作，同時(shí)也與圖森地區(qū)的社區(qū)農(nóng)場(chǎng)同事合作設(shè)計(jì)試驗(yàn)田。目前的阿格里光伏電池試驗(yàn)田占地約165平方米，但在未來的一年里，會(huì)在該農(nóng)場(chǎng)開發(fā)更大的實(shí)驗(yàn)裝置。他們還與國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)緊密合作，在制定共同安裝計(jì)劃方面力求一致。

農(nóng)民們也幫助研究人員決定試驗(yàn)作物。每年春天和秋天，他們種豆子、西紅柿和幾種辣椒。他們種植高價(jià)值的草本植物和香料，這表明有意選擇那些在典型條件下生長(zhǎng)不好、但現(xiàn)在在太陽能電池板的陰影下能生長(zhǎng)良好的作物，可能會(huì)帶來潛在的額外利潤(rùn)。

他們也嘗試種植綠葉蔬菜，如甜菜、萵苣、羽衣甘藍(lán)等，這些似乎在這個(gè)系統(tǒng)中生長(zhǎng)得更好。在強(qiáng)光環(huán)境下，植物的葉子往往更小，這是為了適應(yīng)過強(qiáng)的陽光，從而抑制光合作用系統(tǒng)。在低光照環(huán)境下，植物會(huì)長(zhǎng)出更大的葉子，以分散吸收陽光的葉綠素，使得把更多的光轉(zhuǎn)化為能量。研究人員在他們的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：羅勒植物的葉子會(huì)長(zhǎng)的更大，羽衣甘藍(lán)的葉子長(zhǎng)得更長(zhǎng)更寬，甜菜的葉子長(zhǎng)得更大。這是這些作物的關(guān)鍵，因?yàn)檗r(nóng)民收獲的是這些植物的葉子部分。

太陽能電池板本身也受益于這種協(xié)同環(huán)境。在陽光充足，溫度超過75華氏度(24攝氏度)的地方，太陽能電池板開始表現(xiàn)不佳，因?yàn)樗鼈冏兊锰珶崃恕霓r(nóng)作物中蒸發(fā)出來的水份會(huì)產(chǎn)生局部的冷卻作用，從而降低頭頂太陽能板的熱應(yīng)力，提高太陽能板的性能。簡(jiǎn)而言之，這是食品、水和能源之間的三贏關(guān)系。

巴倫-加福德解釋說，當(dāng)收割農(nóng)作物的時(shí)候，這實(shí)際上并不是一個(gè)大問題，因?yàn)檗r(nóng)民可以使用很多相同的設(shè)備。我們將面板抬高到離地面約3米(10英尺)的低處，這樣典型的拖拉機(jī)就可以進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)。這是該地區(qū)農(nóng)民說的第一件事，他們必須在適當(dāng)?shù)牡胤娇紤]采用任何一種農(nóng)業(yè)光伏系統(tǒng)。

農(nóng)業(yè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是需要額外的鋼材，這提升了系統(tǒng)的成本，但巴倫-加福德認(rèn)為，食品產(chǎn)量的提高和水資源的節(jié)約將抵消這些額外的投資。他說：“我認(rèn)為，越來越多的生產(chǎn)商不使用這種系統(tǒng)的主要原因是他們對(duì)這種系統(tǒng)的潛力缺乏認(rèn)識(shí)。”

現(xiàn)在，有證據(jù)表明農(nóng)業(yè)和光伏發(fā)電之間的這種關(guān)系的潛在好處，研究小組正在尋找更有效的方法來共同定位。例如，他們想用可以完全垂直移動(dòng)的太陽能電池板來做實(shí)驗(yàn)，讓拖拉機(jī)穿過一排排的電池板到達(dá)土壤和作物，而根本不需要通過抬高電池板來實(shí)現(xiàn)。

盡管如此，巴倫-加福德表示，農(nóng)民并不需要等待這種未來的設(shè)計(jì)，太陽能公司也不需要?，F(xiàn)在要從農(nóng)業(yè)光伏獲利，他們只需要抬高支撐著一排排面板的桅桿。他補(bǔ)充說，這正是目前這項(xiàng)工作如此令人興奮的部分原因，計(jì)劃上的一個(gè)小小的改變就能帶來巨大的好處!相信再過幾年到幾十年，當(dāng)人類利用太陽能的技術(shù)很成熟的時(shí)候，這樣就有了無窮盡的能源供給社會(huì)的使用，再當(dāng)下就需要研究者更加努力研究新技術(shù)。