研究人员表示，下一代太阳能园区使能源和食品生产以及节水在同一地块上协同工作，可以帮助解决太阳能日益增长的土地使用问题。
“关于将土地用于太阳能与将其用于农业存在一场大辩论，”科罗拉多州立大学研究员Jennifer Bousselot说。“我只是翻白眼，因为你不必选择。它们可以组合在一起。
“这对能源行业的未来绝对至关重要，”谢菲尔德大学的Richard Randle-Boggis补充道。“特别是在像英国这样的地方，可持续的土地利用是一个关键的挑战。
植物和面板可以“共生”存在
农业光伏太阳能公园看到光伏(PV)面板间隔得更远，以允许更多的阳光到达地面，并在空中抬高，以便农作物 - 甚至小牲畜，如羔羊 - 可以在下面饲养。
如果安排得当，研究发现这种方法实际上可以提供复合优势，例如保护植物免受过热、过冷和紫外线的伤害，从而提高某些作物的产量。
"一项研究发现，某些辣椒的产量将是其三倍，“Bousselot说。“这是一个令人震惊的数字。
随着全球气温上升，这些面板还可以通过减少植物和土壤的蒸发来帮助保护日益减少的淡水供应。
根据谢菲尔德大学研究助理Randle-Boggis的说法，在面板下方发生的蒸发具有冷却光伏并提高其发电量的额外好处。
“这是一种共生关系，因为它们都使彼此受益，”他告诉Dezeen。
因此，农业光伏发电不仅更可持续地利用土地，还有助于增加人类发展所需的最不可或缺的资源——食物、水和能源——的供应。
“我们需要的三种资源都可以在农业光伏系统中更有效地管理，”Bousselot解释说。
“当你想到我们的未来人口，到本世纪中叶将有90亿人，我们必须开始关注这一点以建立复原力。
农业光伏发电的产能增加了三千倍
随着世界的目标是根据《巴黎协定》到 2050 年实现净零排放——以及欧洲试图在乌克兰入侵后减少对俄罗斯碳氢化合物的依赖——各国正在竞相提高太阳能产能。
英国的目标是到2035年将产能增加五倍，而的目标是在未来三年内将其产能翻一番。
与此同时，如果美国希望实现净零排放，就需要建造足够的太阳能农场来覆盖整个西弗吉尼亚州。
但太阳能项目越来越多地被拒绝规划许可，并面临农村社区和农民的抵制，他们担心光伏阵列会“破坏”当地景观并使肥沃的农田停产。
“太阳能行业面临很多反弹，尤其是目前，”Randle-Boggis解释说。“它变得松弛了很多。”
野花和太阳能电池板位于同一地点可以吸引传粉者。照片由Hollie Blaydes提供
为了应对这些土地使用冲突，越来越多的研究表明，太阳能电池板下方的未使用空间如何被重新利用，以造福人类和自然。
在更基本的层面上，这可能涉及在光伏阵列旁边种植鲜花盛开的草地，为传粉媒介创造栖息地，这可以改善生物多样性，甚至可能增加周围农田的作物产量。
更先进的农业光伏系统，将太阳能电池板与粮食作物放在一起，在过去的15年里，欧洲以及东亚和美国的部分地区一直在开发，现在开始变得越来越普遍。
从研究项目到商业运营，这些系统最近达到了与整个英国相同的太阳能容量，在 2012 年至 2021 年间从 5 兆瓦飙升至 14，000 兆瓦。
“在过去的三四年里，它真的起飞了，”兰德尔 - 博吉斯说。
尽管产量较低，但农业光伏地块的生产力更高
一个农业光伏项目可以产生多少食物和能源在很大程度上取决于系统的位置、种植的作物和面板的位置。
德国或丹麦等较暗、较冷的国家的农民必须使用较低密度的面板，并将它们隔开得更远，以免剥夺作物有限的可用阳光。
在这里，能源和作物产量通常略低于专门用于农业或太阳能的土地。
但总体而言，农业光伏地块的生产率仍然更高，Randle-Boggis说，因为它同时产生两种不同的产出。
“减产总比什么都不种要好，”他说。“这是关于找到经济上的最佳平衡。
研究人员还在试验新技术，如半透明太阳能电池板、垂直光伏“围栏”或安装在传统电池板底部的生长灯，以提高农业光伏系统在缺光环境中的产量。
系统对干旱地区至关重要
到目前为止，农业光伏系统的一些最佳结果是在恶劣，炎热的生长条件下实现的，例如在亚利桑那州，一项研究发现，在太阳能电池板下，樱桃番茄的产量翻了一番，奇尔特平辣椒的产量增加了两倍。
“在这些环境中，天气非常炎热，我们也开始面临干旱，”能源公司Sandbox Solar的Thomas Hickey解释说。“因此，如果你能在这些作物上多加一点阴影，那么它将对它们有益。
Randle-Boggis在肯尼亚的一个测试地块上发现了类似的结果，其中面板以更高的密度放置，以保护作物免受阳光和紫外线的伤害，从而提高发电量，同时将灌溉所需的水量减少47%，种植的卷心菜大24%。
兰德尔-博吉斯表示，这在肯尼亚这样的国家尤其重要，全球变暖造成的前所未有的干旱已经影响了粮食和水的安全，而且从国家电网购买电力非常昂贵。
“我们减少了他们对国家电网的依赖，因此他们变得更加自给自足，”他解释说。
“而且还有气候变化适应能力的潜力，因为你基本上是在创造一个更有利的生长环境，并遏制其中一些极端条件。
屋顶光伏发电确保城市资源安全
农业光伏发电可以胜任的另一个恶劣生长环境是在屋顶农场，那里有限的水和较高的温度会阻碍面板的功能和作物的生长。
“当温度超过25摄氏度时，太阳能电池板开始失去效率，”Bousselot说。“到了40度，它们几乎偏离了。
“屋顶在夏天很快就会达到这个温度。因此，这些植物实际上使面板受益，因为它们是蒸发冷却器。
在像科罗拉多州这样的气候下，Bousselot正在运行一些专门用于屋顶农业光伏的第一批测试地块，这些面板也被证明可以通过在夜间保持温暖来延长一些作物的生长季节。
“这就像有一个没有侧面的迷你温室，”她解释道。
最终，Bousselot认为，屋顶农业光伏发电可以帮助将基本资源集中在最需要的地方，因为预计到2050年，世界人口的三分之二以上将居住在城市。
“这是一个非常巧妙的想法，因为你只是从一个已经高度开发的地区获得最大的生产利用，”兰德尔 - 博吉斯同意。
不确定性是采用的障碍
农业光伏发电目前还处于起步阶段，研究人员仍处于绘制在不同气候下应该使用哪些配置和作物以创造最佳产量的早期阶段。
“由于所有未知的变量，采用是困难的，”希基说。“走得很慢。”
“我们得到的结果有如此多的可，只是因为有很多因素，这是一个新的研究领域，”Randle-Boggis补充道。
“它不会适用于所有情况。因此，太阳能的主要焦点仍将是典型的地面安装太阳能公园。
为了将农民和开发商转变为这一事业，Hickey的公司Sandbox Solar目前正在与国家可再生能源实验室(NREL)合作开发一种名为Spade的农业光伏设计和建模软件。
它将允许用户大致了解他们可以在当地气候中使用的作物和配置，以及基于现有研究的相关成本和利润。
“因此，你可以了解投入成本和产出 - 来自太阳能和潜在的作物 - 以及基础设施的投资回报将持续多长时间，”Hickey说。
安装系统更昂贵、碳密集且更具破坏性
将农业光伏纳入主流还有其他实际挑战。
一般来说，两用太阳能系统的安装成本更高，因为需要更大和更复杂的安装系统来支撑面板。
例如，根据Bousselot的说法，安装屋顶农业光伏发电的成本可能是安装传统平屋顶的三倍。
科罗拉多州朗蒙特杰克斯太阳能花园的农业光伏阵列
“这是一个很高的初始资本成本，”她解释说。“但长期的投资回报是惊人的，因为你最终会保护这些[水，能源和食品]系统。
由于农业光伏发电比传统的太阳能电池板高出地面，Randle-Boggis说，它们还需要更深的钢基础，因此具有更高的隐含碳足迹。
“它们也可能在视觉上更不受欢迎，”他补充说。“如何平衡你维护农业用地的事实，我们需要找出答案。
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