Agrivoltaics พิสูจน์แล้วว่ามีประโยชน์ร่วมกันในอาหาร น้ำ และพลังงาน

Agrivoltaics หรือที่เรียกว่าการแบ่งปันพลังงานแสงอาทิตย์เป็นแนวคิดที่ได้รับความนิยมอย่างมากในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา อย่างไรก็ตาม มีงานวิจัยเพียงไม่กี่ชิ้นที่ตรวจสอบทุกแง่มุมของระบบอาหาร พลังงาน และน้ำที่เกี่ยวข้อง และไม่มีงานวิจัยใดมุ่งเน้นไปที่พื้นที่แห้งแล้ง ซึ่งเป็นภูมิภาคที่ประสบปัญหาด้านการผลิตอาหารและขาดแคลนน้ำ แต่มีพลังงานแสงอาทิตย์มากเกินไป "พวกเราหลายคนต้องการพลังงานหมุนเวียนมากขึ้น แต่คุณจะเอาแผงเหล่านี้ไปไว้ที่ไหน เมื่อการติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์เติบโตขึ้น พวกเขาก็มักจะอยู่ตามชายขอบของเมือง และนี่คือประวัติศาสตร์ที่เราได้ปลูกอาหารของเรา" Greg Barron-Gafford รองศาสตราจารย์จาก School of Geography and Development และผู้เขียนนำในบทความที่ตีพิมพ์ในวารสารNature Sustainability การศึกษาที่มีชื่อเสียงระดับสูงเมื่อเร็วๆ นี้ใน Nature พบว่าพื้นที่เพาะปลูกในปัจจุบันเป็น "พื้นที่ปกคลุมที่มีศักยภาพในการผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์มากที่สุด" โดยพิจารณาจากการวิเคราะห์อย่างละเอียดของแสงแดด อุณหภูมิอากาศ และความชื้นสัมพัทธ์ "คุณชอบการใช้ที่ดินแบบใด - การผลิตอาหารหรือพลังงาน? ความท้าทายนี้เกิดขึ้นที่จุดตัดของความเชื่อมโยงระหว่างมนุษย์กับสิ่งแวดล้อม และนั่นคือจุดที่นักภูมิศาสตร์เปล่งประกาย!" Barron-Gafford ซึ่งเป็นนักวิจัยของ Biosphere 2 กล่าว "เราเริ่มถามว่า 'ทำไมไม่ผลิตทั้งสองอย่างในที่เดียวกัน' และเราได้ปลูกพืชต่างๆ เช่น มะเขือเทศ พริก ชาร์ด คะน้า และสมุนไพรในร่มเงาของแผงโซลาร์เซลล์ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา" ทีมงานใช้เซลล์แสงอาทิตย์หรือ PV แผงและผักในภูมิภาคสร้างไซต์วิจัยเกษตรโวลตาแห่งแรกที่ Biosphere 2 อาจารย์และนักศึกษาทั้งในระดับปริญญาตรีและบัณฑิตศึกษาวัดทุกอย่างตั้งแต่เวลาที่พืชงอกจนถึงปริมาณคาร์บอนที่พืชดูดออกจาก บรรยากาศและน้ำที่ปล่อยออกมาสู่การผลิตอาหารทั้งหมดตลอดฤดูเพาะปลูก การศึกษามุ่งเน้นไปที่พริก chiltepin, jalapeno และมะเขือเทศเชอรี่ที่อยู่ในตำแหน่งภายใต้อาร์เรย์ PV ตลอดฤดูปลูกฤดูร้อนเฉลี่ยสามเดือน นักวิจัยเฝ้าติดตามระดับแสงที่เข้ามา อุณหภูมิอากาศ และความชื้นสัมพัทธ์อย่างต่อเนื่องโดยใช้เซ็นเซอร์ที่ติดตั้งเหนือพื้นผิวดิน ตลอดจนอุณหภูมิพื้นผิวดินและความชื้นที่ระดับความลึก 5 เซนติเมตร ทั้งพื้นที่เพาะปลูกดั้งเดิมและระบบเกษตรโวลตาได้รับอัตราการให้น้ำเท่ากัน และทดสอบโดยใช้สถานการณ์การให้น้ำสองแบบ ได้แก่ การให้น้ำทุกวันและการให้น้ำทุก ๆ วันที่สอง พวกเขาพบว่าระบบเกษตรโวลตามีผลกระทบอย่างมากต่อปัจจัยสามประการที่ส่งผลต่อการเจริญเติบโตและการสืบพันธุ์ของพืช ได้แก่ อุณหภูมิอากาศ แสงแดดส่องโดยตรง และความต้องการน้ำในชั้นบรรยากาศ ร่มเงาที่ได้จากแผงเซลล์แสงอาทิตย์ส่งผลให้อุณหภูมิในตอนกลางวันเย็นลงและอุณหภูมิในตอนกลางคืนอุ่นขึ้นกว่าระบบการปลูกแบบเปิดโล่งแบบดั้งเดิม นอกจากนี้ยังมีการขาดดุลความดันไอที่ต่ำกว่าในระบบเกษตรโวลตา หมายความว่ามีความชื้นในอากาศมากขึ้น Baron-Gafford กล่าวว่า "เราพบว่าพืชอาหารหลายชนิดของเราทำได้ดีกว่าในร่มเงาของแผงโซลาร์เซลล์ เพราะไม่โดนแสงแดดโดยตรง" พลังงาน "ในความเป็นจริง การผลิตผลไม้ทั้งหมดมีมากกว่าสามเท่าภายใต้แผงเซลล์แสงอาทิตย์ในระบบเกษตรโวลตาอิก และการผลิตมะเขือเทศก็มากขึ้นเป็นสองเท่า!" Jalapenos ผลิตผลไม้ในปริมาณที่ใกล้เคียงกันทั้งในระบบเกษตรโวลตาอิกส์และแปลงแบบดั้งเดิม แต่ทำได้โดยสูญเสียน้ำที่คายออกน้อยลง 65% "ในขณะเดียวกัน เราพบว่าการชลประทานแต่ละครั้งสามารถสนับสนุนการเติบโตของพืชผลได้เป็นเวลาหลายวัน ไม่ใช่แค่ชั่วโมงเหมือนในแนวทางปฏิบัติทางการเกษตรในปัจจุบัน การค้นพบนี้ชี้ให้เห็นว่าเราสามารถลดการใช้น้ำของเราแต่ยังคงรักษาระดับการผลิตอาหารไว้ได้" Barron-Gafford กล่าวเพิ่มเติม โดยสังเกตว่าความชื้นในดินในระบบเกษตรโวลตาอิกยังคงสูงกว่าแปลงควบคุมประมาณ 15% เมื่อให้น้ำวันเว้นวัน นอกจากประโยชน์ต่อพืชแล้ว นักวิจัยยังพบว่าระบบเกษตรโวลตาอิกช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตพลังงาน แผงโซลาร์เซลล์มีความไวต่ออุณหภูมิโดยเนื้อแท้ เมื่อร้อนขึ้น ประสิทธิภาพจะลดลง โดยการปลูกพืชใต้แผงเซลล์แสงอาทิตย์ นักวิจัยสามารถลดอุณหภูมิของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ได้ Barron-Gafford กล่าวว่า "แผงโซลาร์เซลล์ที่ร้อนจัดเหล่านี้ได้รับการทำให้เย็นลงโดยข้อเท็จจริงที่ว่าพืชผลข้างใต้ปล่อยน้ำออกมาผ่านกระบวนการคายน้ำตามธรรมชาติ "ทั้งหมดที่กล่าวมาเป็น win-win-win ในแง่ของการพัฒนาวิธีการผลิตอาหารของเราให้ดีขึ้น ใช้ทรัพยากรน้ำอันมีค่าของเรา และผลิตพลังงานหมุนเวียน" การวิจัยของ Barron-Gafford เกี่ยวกับเกษตรกรรมได้ขยายไปถึงการติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์หลายแห่งบนที่ดิน Tucson Unified School District หรือ TUSD โมเสส ธอมป์สัน ผู้แบ่งเวลาระหว่าง TUSD และ UA School of Geography and Development สังเกตว่า ทีมงานยังใช้การติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์ TUSD เพื่อมีส่วนร่วมกับนักเรียนระดับ K-12 "สิ่งที่ดึงดูดให้ฉันสนใจงานนี้คือสิ่งที่เกิดขึ้นกับผู้เรียนระดับ K-12 เมื่อการมีส่วนร่วมของพวกเขาเป็นผลสืบเนื่องและการวิจัยอาศัยอยู่ในชุมชนของพวกเขา" ทอมป์สันกล่าว "การเปลี่ยนแปลงในพลวัตนั้นทำให้นักเรียนรู้สึกมีอิสระในการจัดการกับความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ เช่น การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ"