A napelemek alatt történő gazdálkodás megtakarítja a vizet és energiát teremt

A hagyományos nyitott égbolt kert egy agrotechnikai rendszer mellett helyezkedik el, amelyben növényeket termesztenek napelemek alatt. A vizsgálatot a Biosphere 2-n végezték, amely a háttérben látható. (Hitel: Patrick Murphy/U, Arizona)

Ön szabadon megoszthatja ezt a cikket az Attribution 4.0 International licenc alatt.

A kutatók szerint a napelemek alatti növénytermesztés, az úgynevezett agrárelektromos folyamat növelheti az élelmiszertermelést, a víztakarékosságot és az áramtermelés hatékonyságát.

A megújuló energia és az élelmiszer-termelés rugalmasságának megteremtése alapvető kihívás a mai változó világban, különösen a hőre és az aszályra hajlamos régiókban.

Az agrárelektromos elem, más néven napelem-megosztás, olyan ötlet, amely az elmúlt években tapadást nyert. Kevés tanulmány figyelemmel kísérte a kapcsolódó élelmiszer-, energia- és vízrendszerek minden szempontját, és egyik sem a szárazföldi területekre összpontosított - olyan régiókra, amelyek élelmiszer-termelési kihívásokkal és vízhiánnyal küzdenek, de túl sok a napenergia.

„Sokan szeretnénk több megújuló energiát, de hová teszi ezeket a paneleket? Ahogy a napelemes létesítmények növekszenek, általában a városok szélén vannak, és történelmileg ez az, ahol már növeltük ételeinket. ”- mondja Greg Barron-Gafford, az Egyetemi Földrajzi és Fejlesztési Iskola docense. Arizona és a Nature Fenntarthatóság című cikk vezető szerzője.

történő
A kutatók eszközök segítségével folyamatosan nyomon követték számos kulcsfontosságú tényezőt, beleértve a bejövő fényszintet, a levegő hőmérsékletét, a relatív páratartalmat, a talaj felszíni hőmérsékletét és a talaj nedvességét. (Fotó: Greg Barron-Gafford/U. Arizona)

A Nature egyik nemrégiben végzett tanulmánya a bejövő napfény, a levegő hőmérsékletének és a relatív páratartalom átfogó elemzése alapján megállapította, hogy a jelenlegi termőföldek a „legnagyobb napfény-potenciállal rendelkező földterületek”.

„Tehát melyik földhasználatot részesíti előnyben - élelmiszer- vagy energiatermelést? Ez a kihívás közvetlenül az ember és a környezet közötti kereszteződésekben ütközik, és ott ragyognak a földrajzkutatók! " - mondja Barron-Gafford, aki szintén a Bioszféra 2 kutatója. „Elkezdtük kérdezni:„ Miért ne tennénk mindkettőt ugyanazon a helyen? ”És olyan növényeket termesztettünk, mint a paradicsom, a paprika, a mángold, a kelkáposzta és a gyógynövények. árnyalatú napelemek azóta.

Árnyékban készült

A napelemes fotovoltaikus vagy PV panelek és a regionális zöldségek felhasználásával a csapat létrehozta az első agrárelektromos kutatóhelyet a Bioszféra 2-ben. Professzorok és hallgatók, hallgatók és hallgatók egyaránt mértek mindent, a növények csíráztatásától kezdve a szénmennyiségig. légkört és a kibocsátott vizet az egész vegetációs időszak teljes élelmiszertermeléséhez.

A tanulmány a chiltepin paprika, a jalapeno és a cseresznye paradicsom növényekre összpontosított, amelyeket PV tömb alatt helyeztek el. Az átlagos három hónapos nyári tenyészidőszakban a kutatók folyamatosan figyelték a beérkező fényszintet, a levegő hőmérsékletét és a relatív páratartalmat a talaj felszínére szerelt érzékelők, valamint a talaj felszínének hőmérsékletét és nedvességét 5 centiméter mélységben. Mind a hagyományos ültetési terület, mind az agrotechnika egyenlő öntözési arányt kapott, és a kutatók két öntözési szcenárió segítségével tesztelték őket - napi öntözés és minden második napos öntözés.

Megállapították, hogy az agrárelektromos rendszer jelentősen befolyásolta a növények növekedését és szaporodását befolyásoló három tényezőt - a levegő hőmérsékletét, a közvetlen napfényt és a légköri vízigényt. A PV panelek árnyéka hűvösebb nappali hőmérsékletet és melegebb éjszakai hőmérsékletet eredményezett, mint a hagyományos, nyílt égboltú ültetési rendszer. Alacsonyabb gőznyomás-hiány volt az agrárelektromos rendszerben is, vagyis több nedvesség volt a levegőben.

"Megállapítottuk, hogy számos étkezési növényünk jobban jár a napelemek árnyékában, mert megkímélte őket a közvetlen napsugárzástól" - mondja Gaon-báró. "Valójában az összes chiltepin gyümölcstermelés háromszor nagyobb volt a PV panelek alatt egy agrárelektromos rendszerben, és a paradicsomtermelés kétszer akkora volt!"

A jalapenók hasonló mennyiségű gyümölcsöt termeltek mind az agrotechnikai rendszerben, mind a hagyományos parcellán, de ezt 65% -kal kevesebb transzpirációs vízveszteséggel tették meg.

„Ugyanakkor azt tapasztaltuk, hogy minden öntözési esemény napokig, nem csak órákig támogathatja a növények növekedését, mint a jelenlegi mezőgazdasági gyakorlatban. Ez a megállapítás azt sugallja, hogy csökkenthetnénk vízfelhasználásunkat, de továbbra is fenntartanánk az élelmiszertermelés szintjét. ”- teszi hozzá Barron-Gafford, megjegyezve, hogy a talaj nedvességtartalma az agrotechnikában körülbelül 15% -kal magasabb maradt, mint a kontroll parcella, ha minden másnapi öntözést végeztek.

Jobb a napelemek számára is

Az üzemek számára nyújtott előnyök mellett a kutatók azt is megállapították, hogy az agrotechnikai rendszer növelte az energiatermelés hatékonyságát. A napelemek eredendően érzékenyek a hőmérsékletre - melegedésük közben csökken a hatékonyságuk. A növények termesztése a PV panelek alatt lehetővé tette a kutatók számára, hogy csökkentse a panelek hőmérsékletét.

"Azokat a túlmelegedő napelemeket hűti le az a tény, hogy az alatta lévő növények természetes átfolyási folyamatuk révén vizet bocsátanak ki, akárcsak a kedvenc étterme teraszán lévő ködösök" - mondja Barron-Gafford.

"Mindent elmondva, ez mindenki számára előnyös abból a szempontból, hogy javítsuk az élelmiszerek termesztését, értékes vízkészleteink hasznosítását és a megújuló energia előállítását."

Agrivoltaics a zöldebb jövő érdekében

Barron-Gafford agrotechnikával kapcsolatos kutatása kibővült, több napelemes telepítéssel a Tucson Unified School District vagy TUSD földterületen. Moses Thompson, aki megosztja az idejét a TUSD és a Földrajzi és Fejlesztési Iskola között, megjegyzi, hogy a csapat a TUSD napelemes létesítményeit is használja a K-12 diákokkal való kapcsolattartáshoz.

"Ami engem vonz erre a munkára, az történik a K-12 tanulóval, ha részvétele következményes, és a kutatás a közösségükben él" - mondja Thompson. "Ez a dinamikaváltás olyan hallgatókat hoz létre, akik ügyességet éreznek az olyan nagy kihívások kezelésében, mint az éghajlatváltozás."

A szerzők szerint további kutatások szükségesek további növényfajokkal. Megjegyzik azt is, hogy az agrotechnika jelenleg nem vizsgálta a mezőgazdasági munkások fizikai és társadalmi jólétét. Az előzetes adatok azt mutatják, hogy a bőr hőmérséklete körülbelül 18 Fahrenheit fokkal hűvösebb lehet agrárelektromos területen dolgozva, mint a hagyományos mezőgazdaságban.

"Az éghajlatváltozás már megzavarja az élelmiszer-termelést és a mezőgazdasági dolgozók egészségét Arizonában" - mondja Gary Nabhan társszerző, a Southwest Center agroökológusa. „Az Egyesült Államok délnyugati részén sok hőguta és hő okozta haláleset tapasztalható mezőgazdasági munkásaink között; ennek ott is közvetlen hatása lehet. ”

Barron-Gafford és a csapat most az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának Nemzeti Megújuló Energia Laboratóriumával dolgozik annak felmérésében, hogy az agrárelektromos megközelítés mennyire képes működni az ország más régióiban, és hogy a regionális politikák hogyan segíthetik elő az újfajta megközelítések alkalmazását ezen átható problémák megoldására.

"Képzelje el, milyen hatást gyakorolhatunk a közösségünkre - és a világra is - ha együtt kreatívabban gondolkodunk a mezőgazdaságról és a megújuló energia termeléséről" - mondja Andrea Gerlak társszerző, a Szociális és Magatartási Főiskola Földrajzi és Fejlesztési Iskolájának professzora. Tudományok.

További társszerzők az Arizonai Egyetem, a Marylandi Egyetem és a Nemzeti Megújuló Energia Laboratórium részéről. A tanulmány finanszírozását a Nemzeti Tudományos Alapítvány és az Energiaügyi Minisztérium Nemzeti Megújuló Energia Laboratóriuma kapta.