太陽能與農業在某些條件下未必不能共存( 圖:Agrstechnica)

植物靠陽光進行光合作用,太陽能板則用陽光來儲存能量,兩者一山不容二虎,互相競爭土地與陽光。但其實這不是一場零和遊戲。很多農作物會樂意與太陽能板共享空間。亞利桑那大學(University of Arizona)葛瑞格·巴倫-蓋佛(Greg Barron-Gafford)教授領導的一項研究表明,這種組合不一定是妥協,有一些共生關係可以為太陽能產業和農業都帶來利益。

實驗方式

巴倫-蓋佛教授的研究團隊專注於美國西南部,此處屬乾旱地區,灌溉用水受限,環境非常乾燥。研究人員認為,太陽能板提供的陰影可以降低土壤表面溫度和蒸發量,農作物植被比裸露的地表可以稍微降低太陽能板溫度,由於太陽能板的效率會因為升溫下降,這可能意味著產生更多電力。

為了測試這一點,研究人員在夏季設置了三種實驗農地:只有太陽能電池板,只有農作物以及兩者皆有。這個研究中,太陽能電池板的建造距離地面略高三公尺,高於一般裝設高度。三塊農地都有相同的灌溉量,並追踪溫度、濕度和土壤濕度。選擇小番茄、墨西哥辣椒和智利辣椒(chiltepin pepper)作為實驗作物。

結果出爐

結果正如預期,太陽能板與作物共存的確會改變溫度:白天的平均氣溫保持降低 1°C 以上,但是在夜間也提高約 0.5°C。而太陽能板下方在白天降低約 9°C,其下方的空氣濕度也提高,土壤在兩次灌溉之間乾得更慢。在作物方面,植物生長情形以二氧化碳吸收量比較,另觀察水分利用率、產出質量等。智利辣椒是一種耐陰性作物,在太陽能板下方種植的成果非常好,二氧化碳吸收量增加 33%,水分利用率沒有變化,因此它們在生長時會使用更多的土壤水分,並增加兩倍的產量。

墨西哥辣椒的二氧化碳吸收量減少 11%,表示其需要額外的陽光。即便如此,用水效率卻大大增加,減少了 65% 的用水量。產量略有下降,但不超過誤差值。

小番茄的二氧化碳吸收量和水分利用率都提高了 65%。在使用相同量的水時,增加兩倍的產量。

發展潛力

根據這些太陽能板的溫度-效率曲線,研究人員計算出,在夏季,較低的溫度可使發電量增加約 3%,全年平均增加 1%。

研究人員發現這種太陽能農業的潛力值得研究和優化。安裝太陽能板可能導致許多農用機具無法使用,並提高裝設高度增加成本。但在某些地區與某些作物的搭配可能會讓一切有意義。農民可以節約用水,透過販售電力獲利,甚至可以讓農民在陰影下工作而更加舒適和安全,同時允許太陽能板陣列在這些地區發展而不與農業競爭土地。

參考資料:

  1. Johnson, S. K. (2019, September 5). Crops under solar panels can be a win-win.
  2. Barron-Gafford, G. A., Pavao-Zuckerman, M. A., Minor, R. L., Sutter, L. F., Barnett-Moreno, I. T., Blackett, D. K., … Macknick, J. undefined. (2019). Agrivoltaics provide mutual benefits across the food–energy–water nexus in drylands. Nature Sustainability, 2(9), 848–855. doi: 10.1038/s41893-019-0364-5
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