2008年，马萨诸塞州阿默斯特市一家建筑公司的工程师 J. David Marley 有了一个想法。他刚刚在市中心办公楼的屋顶上建造了一个大型太阳能阵列。
他了解到，在那里安装它的人工和成本比在地面上建造太阳能阵列要高得多。
在人口稠密的马萨诸塞州，农田相对稀少，只有 10% 的食物是当地种植的。Marley 想知道，如果他把太阳能阵列放在农田中，会对粮食生产产生什么影响？
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经过十多年的实验，11 位科学家上个月撰写的一项研究为我们提供了一个答案。在许多情况下，农民和国家未来的粮食供应将受益于在他们的田地里安装太阳能阵列，尤其是在气候变化给农业地区带来更多干旱和酷热的情况下。
研究发现，安装太阳能阵列的传统方式往往会放大热量。这些阵列通常位于一层白色砾石之上，这种砾石会抑制植被并将阳光反射回阵列。这会提高其温度，并可能将发电量降低 1% 到 3%。
该研究指出，放牧动物和许多蔬菜作物可以从太阳能阵列下的部分阴影中获益。此外，由此产生的可再生电力流相当于另一种作物，为农民带来更多收入，并减少国家化石燃料发电的排放。
能源部下属的国家可再生能源实验室 (NREL) 支持了多项太阳能农业实验。它在最近的一份声明中表示，太阳能阵列的并置“可以在许多农业领域提供双赢”的结果。
上个月，NREL 帮助宣传了发表在《自然·可持续性》上的这项研究，该研究的名称冗长，叫做“农业光伏系统”。这是将太阳能阵列放置在活跃的农田中。研究发现，这些阵列“影响了植物活动的各个方面”，通常对三种不同的粮食作物都有好处。该研究预测，在干旱的亚利桑那州农田中，使用这些阵列的节水效果将是“巨大的”，研究作者在那里对它们进行了与传统种植作物的比较测试。
NREL 研究员 Jordan Macknick 自 2010 年以来一直在跟踪该机构的农业光伏研究，他说美国各地有 25 项实验。其中包括在科罗拉多州放牧动物，在俄勒冈州不灌溉种植西红柿、土豆和瓜类。其他实验包括在明尼苏达州由太阳能阵列遮蔽的鲜花周围养蜂，以及在马萨诸塞州的蔓越莓沼泽上放置太阳能阵列。
Macknick 解释说：“我们估计到 2030 年，美国将有大约 300 万英亩的土地上安装太阳能电池板”，用于农业和能源生产的结合。
早在 20 世纪 80 年代初，德国、法国和日本就进行了实验。它们暗示了太阳能阵列和农业之间的有益结合，但当 Marley 在 2008 年在阿默斯特开始他的实验时，他对这些一无所知。
但他确信，必须重新设计传统的太阳能阵列，才能将其引入农民手中。必须移除反光砾石以及传统的混凝土基础和钢管。传统的阵列低矮地位于地面之上，而 Marley 希望将它们抬高到至少 7 英尺。这将为动物放牧提供足够的空间，同时允许拖拉机在下面的裸露土地上耕作。
安妮·马利曾这样评价她的丈夫：他是一个有计划的人，并且急于为气候变化做些事情。“他认为我们已经晚了，”她说。“我们已经落后了，与其等待政府采取行动，不如我们自己动手。”
食物与能源之争
J. David Marley 成立了一家公司，Hyperion Systems LLC，并与他毕业的马萨诸塞大学阿默斯特分校建立了合作关系，在 2009 年建立了一个测试场地。他设想的阵列可以建在木杆结构上，如果农民想种植其他作物，可以将其移除。
这些阵列高达 15 英尺，为耕种腾出空间，并让雨雪流走。该大学的农学家 Stephen Herbert 帮助确定了面板之间的最佳间距，以便有足够的光线到达地面。
“这完全出乎意料，”Herbert 回忆说。将太阳能阵列与放牧牛羊的牧场结合起来的有利经济效益，正如他所说，“是不用动脑筋的”。牧场、家畜和电力输出都受益了。
Marley 后来获得了这些设计的专利，并获得了教育部 150 万美元的拨款，用于教技术学校的学生太阳能光伏系统的新用途，他于 2013 年去世。Herbert 在他的农学课程中延续了这一传统，解释了这些实验如何促成了各种蔬菜（包括羽衣甘蓝、瑞士甜菜、莴苣、豆类、西兰花和辣椒）和可再生电力在马萨诸塞州的各个地块上一起盈利地生长。
正如 Herbert 解释的那样，政府必须更多地参与进来，并就如何使用新系统做出决策，否则气候变暖将迫使农民“将土地从生产中剥离，而我们将有更多的人挨饿”。
“我告诉年轻人，这是你们的未来，而不是我的未来。他们必须将政策问题放在心上，”他说。
政府当然已经更多地参与进来了。自 2017 年以来，马萨诸塞州能源资源部和农业资源部一直在努力制定一项拨款计划，鼓励农民尝试可再生能源。与此同时，该计划试图限制销售阵列和太阳能的公司占用过多的农田。
2017 年，马萨诸塞州设定了到 2020 年实现 1600 兆瓦太阳能发电的目标，但它施加了一个旨在保护农田的限制。农场 50% 的土地必须保持阳光照射。现在，该州计划增加 800 兆瓦，并且正在考虑一项提案，如果农民继续扩大阵列覆盖的面积，则可以为他们提供较低的电价。
更多农民希望加入该计划，一些太阳能行业倡导者正在推动 4800 兆瓦的发电量。他们希望更多地利用农田，以便为附近的社区带来更高比例的可再生能源。Herbert 认为，没有太阳能阵列的农田比例可以略低于 50%，并且仍然对农民具有经济意义。除此之外，他认为现有的农田应该保留用于传统作物，而不是用于发电。
目前，该计划处于暂停状态，因为该州正在起草新的法规；这些法规应该在 2 月份发布。
与此同时，对农业光伏农业的兴趣继续蔓延。能源部计划在 2015 年保留 Marley 的公司 Hyperion 作为合作伙伴，并计划在波多黎各建立一个新的实验基地。这片土地用于饲养牛和种植咖啡。
该项目的顾问将是 Jake Marley，David Marley 的儿子，也是 Hyperion 的新经理。他说，能源部名为 InSPIRE 的项目，代表“创新场地准备和减少对环境的影响”，反映了他父亲对使用农田的保守态度。“他的主要重点不是将土地从生产中移除，”Jake Marley 说。“他认为食物第一，能源第二。”
最初的想法是 1981 年德国两位科学家的产物。他们发表了一篇名为“Kartoffeln Unterm Kollektor”（“面板下的土豆”）的论文，该论文首次展示了使用太阳能阵列进行农业的经济效益。
这个想法已经在世界各地传播开来，NREL 研究员 Macknick 说，它将产生更多的创新，包括印度的一些公司计划在灌溉渠上悬挂太阳能阵列，以发电并同时降低宝贵的灌溉水的蒸发。
他说，美国正在进行更多的创新，一些公司正在考虑使用半透明的太阳能阵列来引入更多的阳光，并建造太阳能温室来结合电力和植物生产。“太阳能”西红柿和蜂蜜正在农贸市场上销售。
实验仍在继续。“在小国或那些没有大量可用农田的国家，人们对此的需求将非常大，”Macknick 说。“在那里，你会看到很多食物与能源的冲突，你可以采取一些方法来尽量减少这些冲突。”
“但关于如何正确发展，仍然有很多悬而未决的问题，”他补充说。
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