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€可再生能源的生產(chǎn)者，與劇烈的高溫和天氣作斗爭。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)基礎設施和農(nóng)業(yè)這兩個系統(tǒng)結合起來，可以創(chuàng)造一種互利的關系。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放置的做法被稱為農(nóng)業(yè)光伏(agrivoltaics)。

巴倫-加福德說，在一個農(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受到那么大的壓力。在較低干旱脅迫下生長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，因此它們能夠進行更長時間的光合作用，并更有效地生長。

在美國西南部，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一個地方。巴倫-加福德對agrivoltaics的好處的研究并沒有改變這種密度，只是簡單地抬高了面板，使作物生長在幾乎完全陰涼的地方。超級有趣的是，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，使得植物生長得很好。

巴倫-加福德和他的團隊通過該大學的推廣辦公室與農(nóng)民合作，同時也與圖森地區(qū)的社區(qū)農(nóng)場同事合作設計試驗田。目前的阿格里光伏電池試驗田占地約165平方米，但在未來的一年里，會在該農(nóng)場開發(fā)更大的實驗裝置。他們還與國家可再生能源實驗室(NREL)緊密合作，在制定共同安裝計劃方面力求一致。

農(nóng)民們也幫助研究人員決定試驗作物。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不好、但現(xiàn)在在太陽能電池板的陰影下能生長良好的作物，可能會帶來潛在的額外利潤。

他們也嘗試種植綠葉蔬菜，如甜菜、萵苣、羽衣甘藍等，這些似乎在這個系統(tǒng)中生長得更好。在強光環(huán)境下，植物的葉子往往更小，這是為了適應過強的陽光，從而抑制光合作用系統(tǒng)。在低光照環(huán)境下，植物會長出更大的葉子，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中發(fā)現(xiàn)：羅勒植物的葉子會長的更大，羽衣甘藍的葉子長得更長更寬，甜菜的葉子長得更大。這是這些作物的關鍵，因為農(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，因為它們變得太熱了。從農(nóng)作物中蒸發(fā)出來的水份會產(chǎn)生局部的冷卻作用，從而降低頭頂太陽能板的熱應力，提高太陽能板的性能。簡而言之，這是食品、水和能源之間的三贏關系。

巴倫-加福德解釋說，當收割農(nóng)作物的時候，這實際上并不是一個大問題，因為農(nóng)民可以使用很多相同的設備。我們將面板抬高到離地面約3米(10英尺)的低處，這樣典型的拖拉機就可以進入現(xiàn)場作業(yè)。這是該地區(qū)農(nóng)民說的第一件事，他們必須在適當?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這種系統(tǒng)的潛力缺乏認識。”

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的太陽能電池板來做實驗，讓拖拉機穿過一排排的電池板到達土壤和作物，而根本不需要通過抬高電池板來實現(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計，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。他補充說，這正是目前這項工作如此令人興奮的部分原因，計劃上的一個小小的改變就能帶來巨大的好處!相信再過幾年到幾十年，當人類利用太陽能的技術很成熟的時候，這樣就有了無窮盡的能源供給社會的使用，再當下就需要研究者更加努力研究新技術。