太阳能发电场生产电力——以及食物

一些农作物在升高的太阳能电池板下比在阳光充足的环境中生长得更好

solar farm

来自恩西亚 (在此查找原始报道); 经许可转载。

在明尼阿波利斯最近举行的一次太阳能会议上,与会者在欢乐时光品尝了当地一家蜂蜜印度淡啤酒“Solarama Crush”的免费品脱。明尼苏达州的 56 Brewing 使用来自双子城郊外太阳能发电场蜂巢的蜂蜜酿造了这款顺滑的 IPA。

蜂蜜生产者特拉维斯和基亚拉·博尔顿在三个太阳能发电场养蜂,开发商在太阳能电池板下方和周围种植了本土植物。“这些场地的优势在于它们是专门为传粉媒介种植的,”特拉维斯·博尔顿说。“在这些地点,他们真的试图让它们恢复到原生草原,这对我们来说是有好处的。”


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本土植物已经取代了草皮和砾石,成为明尼苏达州太阳能花园的首选基床,这是 2016 年州标准的结果,该标准概述了开发商如何创建对传粉媒介友好的环境。在 2016 年和 2017 年建造的 4,000 英亩(1,600 公顷)以上的太阳能发电场中,超过一半的太阳能发电场以本土植物为特色,这些植物不仅有利于传粉媒介,而且还能美化场地。

尽管明尼苏达州可能处于鼓励太阳能发电场开发商种植本土植物的前沿,但它远非唯一一个研究太阳能发电场如何收获不仅仅是能源的地方。美国、德国和其他地方的大学正在测试“双重用途农业”的概念,正如一些倡导者所称的那样,农作物在太阳能电池板的顶篷下生长。他们发现它们生长得很好,而且,在某些情况下,比在阳光充足的环境中生长的农作物更好。

各种好处

在太阳能发电场中添加植物为设施减少碳排放和扩大可再生能源的主要目标提供了各种好处。“随着土地从农业用地或未利用土地转变为太阳能项目,太阳能开发正在大规模进行,”国家可再生能源实验室 (NREL) 的能源-水-土地首席分析师乔丹·麦克尼克说,该实验室资助了在太阳能发电场种植本土植物和农作物植物的影响研究。“这代表着一个绝佳的机会,可以在同时开发能源的同时改善我们的农业和提高我们的粮食安全。”

在太阳能发电场中添加植物为设施减少碳排放和扩大可再生能源的主要目标提供了各种好处。而且,本土和农作物植被可以帮助改善传粉媒介的健康状况,传粉媒介正受到栖息地丧失、杀虫剂中毒、营养不良、疾病、遗传多样性下降和许多其他因素的威胁。因此,用于蜂蜜生产的受管理的蜜蜂群落从 1940 年代的 570 万个减少到今天的约 270 万个。传粉媒介也对经济产生巨大影响,每年为美国经济贡献 240 亿美元

随着更多土地用于太阳能生产,使这些英亩土地对传粉媒介友好似乎在生态和经济上都具有意义。“将栖息地纳入全国各地的这些太阳能发电场是促进和保护传粉媒介健康的好方法,”总部位于旧金山的传粉媒介伙伴关系的总裁兼首席执行官瓦尔·多尔奇尼说,该组织是一个促进传粉媒介环境的非营利组织。

面板下的本土植物不仅有益于其直接的太阳能发电场周围环境,而且还有益于附近的农田。阿贡国家实验室的生态学家李·沃尔斯顿说,授粉昆虫漫游到太阳能装置以外的其他农田中,在那里它们帮助提高产量。他补充说,本土植物为帝王蝶和锈斑熊蜂等数量下降的物种提供了庇护所,同时还具有控制雨水径流和侵蚀的额外作用。

倡导者说,本土花园和蔬菜也提供了与面板或农业生产无关的美学益处。它们提供了更加丰富多彩和令人愉悦的视觉效果,而不是草皮的单一绿色或砾石的灰色,当一些社区因无休止的成排面板的单调而试图阻止太阳能花园扩张时,这一特点不容低估。

NREL 资助的研究发现,种植本土植物可以降低土地购置成本、降低杂草控制成本、减缓面板退化并减少许可费用。

试点项目

马萨诸塞州、亚利桑那州、德国、中国、克罗地亚、意大利日本法国的试点项目看起来很有希望将农作物与太阳能电池板混合使用,这被称为“双重用途”农场,因为它们提供农业和电力生产。“到目前为止,试点项目已经非常成功地表明,您可以同时种植农作物和发电,”麦克尼克说。

马萨诸塞大学阿默斯特分校运营的一个双重用途农场种植各种植物——辣椒、豆类、香菜、西红柿、瑞士甜菜、羽衣甘蓝——在高于地面约 7.5 到 9 英尺(3 米)或更高的太阳能电池板下方,以便主要通过手工更容易地收获。项目研究人员发现,面板集群之间 1 到 1.2 米(3 到 4 英尺)的间隙导致农作物产量几乎与阳光充足的地点相同。

最早的太阳能和农业混合概念之一,被称为“农业光伏”(APV),是三十多年前由物理学家阿道夫·戈茨伯格提出的。戈茨伯格创建的研究机构——弗劳恩霍夫太阳能系统研究所——最终在几年前在一个现有农业合作社的三分之一公顷(略多于四分之三英亩)的土地上建造了自己的双重用途农场。该研究所将 720 块太阳能电池板抬高到足够的高度,以便农业机械可以在下方和附近收割植物,根据 2017 年的新闻稿

研究人员在露天和面板下种植了小麦、土豆、芹菜和三叶草,并比较了产量。太阳能遮阳使产量降低了 5.3% 到 19%。然而,来自面板的电力(既捕捉间接光又捕捉直接光)被用于为农作物加工厂和电动农业机械供电,抵消了这些成本并将土地利用效率提高了 60%。

虽然该农场获得了利润,但研究团队似乎有点担心声称这种方法可以在任何规模的任何地方都奏效。项目经理斯蒂芬·辛德勒在新闻稿中表示,“为了在进入市场之前提供必要的概念验证,我们需要比较 APV 的进一步技术经济应用,证明其在其他区域的转移性,并实现更大的系统。”

同样,克罗地亚奥西耶克约瑟普·尤拉伊·斯特罗斯迈耶大学的农业学院成员在当地一个部分由教职员工经营的农场的太阳能顶篷下种植喜阴的有机蔬菜。产生的能量用于为农场的灌溉系统和农业机械供电。在奥地利,一位企业家创建了一个类似于 APV 的系统,但通过将面板放置在电缆基础设施中来减少固定杆的数量,以降低成本和潜在的涉及农业机械的事故。APV 系统正在德国的另一部分和其他几个国家进行测试。

亚利桑那大学地理与发展学院副教授格雷格·巴伦-加福德从事太阳能“农业光伏”试点项目——基本上是美国版的 APV——已有两年了。图森公立学校现有的太阳能顶篷以及大学的生物圈 2 号研究和公共教育中心正在使用中。该项目最初专注于减少太阳能电池板的热岛效应,后来演变成一个测试面板下农作物产量的项目。

巴伦-加福德说,第一次种植香菜、辣椒和西红柿的萨尔萨花园“非常棒”。在面板下种植的农作物仅需在露天种植的农作物一半的水,并且在面板下的微气候中生长良好。“植物似乎喜欢调节温度,”他说。

面板保护植物免受霜冻侵害,延长了鳄梨、香菜、辣椒、西红柿和芒果的生长季节。在春末,研究人员开始收获冬季作物胡萝卜、羽衣甘蓝、甜菜和柠檬草。“这真是一件值得关注的事情,”他说。

实验还发现了面板的其他优势。在面板下收获农作物的人的皮肤温度比在阳光下工作的人低 25 度,这在一个夏季酷热的州来说绝非小事。有些人声称,阴凉处种植的农产品比传统种植的农产品味道更好。

巴伦-加福德希望尝试与社区支持农业 (CSA) 农场合作进行双重用途概念,该农场将涉及至少 10 英亩太阳能电池板下的农田,他说。亚利桑那州面板发电量增加 5%、减少维护和太阳能种植农产品的溢价可以支付在农作物上增加太阳能顶篷的额外成本。

尽管双重农场试点项目的结果令人鼓舞,但在不久的将来,美国农场将被太阳能顶篷覆盖的想法不太可能实现。罗伯·戴维斯是圣保罗非营利组织 Fresh Energy 能源传粉媒介中心的负责人。他说,支撑太阳能电池板的巨大支架花费巨大,而且农用拖拉机驾驶员的一次错误转弯撞到柱子可能会导致数十万美元的太阳能电池板倒塌。

在农业用地紧张且电价高昂的欧洲等地,经济效益可能会有利于双重用途农场。然而,在美国,农田仍然相对充足,除非能源和农业市场发生变化,否则数英亩的顶篷不太可能可行,他说。

“有很多不同的方法来设计太阳能阵列,为农业提供显着的好处,”戴维斯说。“其中一种最经济有效的方法——并继续加速应对气候变化所需的大规模太阳能发展速度——是在太阳能项目内部和周围创建传粉媒介栖息地。”

本土植物也有其自身的挑战,例如更高的前期种植成本的看法,部分原因是所需维护较少。并非所有太阳能发电场的邻居都喜欢本土植物,部分原因是它们有时看起来不太整洁。然而,戴维斯认为美国农民赞成更多的本土栖息地,因为如果没有传粉媒介,他们的生计可能会受到威胁。

“他们了解保持传粉媒介存活和繁衍的必要性”,以便为他们种植的水果和蔬菜授粉,最大限度地提高产量并避免更多监管,他补充道。“这个机会释放了私营部门的资金,并将太阳能资本投入到农业迫切需要的高质量传粉媒介栖息地的投资中。”

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