افزایش انعطافپذیری تولید مواد غذایی در طول تغییرات آب و هوایی مداوم و تقویت تولید انرژیهای تجدیدپذیر، هر دو چالش اساسی در دنیای امروز هستند.
با این حال، تولید انرژی خورشیدی در حال تبدیل شدن به یک استفاده سودآور برای زمینهای زراعی است، که این نگرانیها را در مورد اینکه مزارع خورشیدی جایگزین تولید مواد غذایی میشوند، ایجاد کرده است.
یکی از راهحلهای ممکن، agrivoltaics – قرار دادن هممکانهای کشاورزی و پانلهای فتوولتائیک خورشیدی – است که میتواند تولید محصول را حفظ کند، انرژیهای تجدیدپذیر تولید کند، مصرف آب را کاهش دهد و سودآوری مزرعه را افزایش دهد.
با این حال، کشاورزان برای تعیین محصولات و مکان های مناسب برای سیستم های agrivoltaic، و همچنین طراحی و قرار دادن پنل خورشیدی که عملکرد محصول را حفظ یا افزایش می دهد، به کمک نیاز دارند.
کمک مالی جدید 10 میلیون دلاری از سوی موسسه ملی غذا و کشاورزی در وزارت کشاورزی ایالات متحده به محققان این امکان را می دهد تا چگونگی بهینه سازی طراحی سیستم های agrivoltaic در انواع مختلف زمین و سناریوهای آب و هوایی را مطالعه کنند.
مؤسسه اصلی این پروژه چهار ساله، با عنوان «همنشینی پایدار سیستمهای برق کشاورزی و فتوولتائیک» یا SCAPES، دانشگاه ایلینویز Urbana-Champaign است. موسسات شریک شامل دانشگاه آریزونا، دانشگاه ایالتی کلرادو، دانشگاه آبرن، دانشگاه ایلینوی شیکاگو و آزمایشگاه ملی انرژی های تجدیدپذیر هستند. این پروژه از طریق برنامه سیستم های کشاورزی پایدار موسسه تحقیقات کشاورزی و غذا تامین می شود. دانشگاه آریزونا 1.725 میلیون دلار از کمک مالی را دریافت خواهد کرد.
تیم تحقیقاتی Greg Barron-Gafford شامل دانشجویان کارشناسی و کارشناسی ارشد UArizona است. بارون-گافورد، سمت راست، با دانش آموزان آلیسا سالازار، لئاندرو فلپس-گارسیا و آیزایا بارنت-مورنو تصویر شده است.
گرگ بارون-گافورد، استاد دانشگاه دانشکده جغرافیا، توسعه و محیط زیست دانشکده علوم اجتماعی و رفتاری، رهبر علوم فیزیکی پروژه خواهد بود. در سال 2017، تیم تحقیقاتی Barron-Gafford، که شامل دانشجویان کارشناسی و کارشناسی ارشد UArizona است، شروع به کشت محصولات زیر آرایه های خورشیدی 9 فوتی در دانشگاه کرد. زیست کره 2 تاسیساتی که بارون-گافورد مدیر راه حل های مقاوم سازی غذا، انرژی و آب است.
بارون-گافورد رهبری کرد اولین ارزیابی داده های میدانی agrivoltaics در ایالات متحده. او دریافت که agrivoltaics کارایی پنل های خورشیدی و تولید محصول را افزایش می دهد. آب آزاد شده توسط گیاهان، پنل های خورشیدی را خنک می کند که باعث افزایش کارایی و خروجی الکتریکی آنها می شود. بارون گافورد گفت که سایه از پانل ها باعث افزایش بهره وری گیاه و صرفه جویی در مصرف آب می شود، که به ویژه مهم است زیرا تغییرات آب و هوایی تعداد مناطق مستعد به گرمای شدید و خشکسالی را افزایش می دهد.
پروژه SCAPES از یک آزمایشگاه جدید یادگیری Agrivoltaics با مساحت 1.5 هکتار در دانشگاه آریزونا به عنوان یکی از سه سایت تحقیقاتی Agrivoltaics - با سایر سایتها در ایلینویز و کلرادو - برای ارزیابی واکنشهای میکرو اقلیم و گیاهان به حضور پنلهای خورشیدی استفاده خواهد کرد. آرایه های اندازه گیری از پروتکل های توسعه یافته توسط Barron-Gafford پیروی می کنند.
در سال 2017، تیم تحقیقاتی Barron-Gafford شروع به کشت محصولات زیر آرایه های خورشیدی 9 فوتی در تاسیسات Biosphere 2 دانشگاه کرد.
بارون-گافورد گفت: "این برنامه USDA اولین بار است که ما تاسیسات واقعا بزرگی خواهیم داشت." دائماً از ما می پرسند که آیا تمام این فوایدی که می بینید هنوز هم زمانی اتفاق می افتد که این را افزایش دهید یا به اشکال دیگر کشاورزی نگاه کنید؟ این واقعاً کاری است که این پروژه انجام میدهد: نگاه کردن به فرصتها و موانعی که با این مقیاس به وجود میآیند.»
بارون-گافورد افزود: با این کمک هزینه، ما قادر خواهیم بود محصولات غذایی بسیار بیشتری را به یکباره اندازه گیری کنیم. و ما میتوانیم دستکاریهای بسیار بیشتری انجام دهیم، مانند اینکه ببینیم چقدر میتوانیم مصرف آب خود را کاهش دهیم و همچنان نیازهای غذایی را برآورده کنیم.»
مادو خانا، محقق اصلی کمک مالی و مدیر موقت مؤسسه پایداری، انرژی و محیط زیست دانشگاه ایلینویز Urbana-Champaign، گفت: «پروژه ما تجزیه و تحلیل جامعی از پتانسیل دگرگونکننده agrivoltaics ارائه خواهد کرد. "هدف ما حفظ یا حتی افزایش عملکرد محصول، افزایش بهره وری ترکیبی - غذا و برق - زمین، و تنوع بخشیدن و افزایش سود کشاورزان با محصولات ردیفی و علوفه و محصولات ویژه در طیف وسیعی از محیط ها است."
آندریا گرلاک، استاد UArizona در دانشکده جغرافیا، توسعه و محیط زیست و مدیر موقت مرکز مطالعات Udall در سیاست عمومی، معاون تحقیقات علوم اجتماعی این پروژه خواهد بود. گرلاک و همکارانش گروههای متمرکزی را با ذینفعان مختلف مانند کشاورزان، افراد صنعت خورشیدی و سیاستمداران برگزار میکنند تا بیاموزند چه چیزی باعث تصمیمگیری آنها در مورد استفاده از سیستمهای agrivoltaics میشود و چگونه نظرات آنها با در دسترس قرار گرفتن نتایج تحقیقات جدید تغییر میکند.
این کمک هزینه همچنین شامل یک جزء آموزشی برای کودکان K-12، دانش آموزان کالج و عموم است. موسی تامپسون، مدیر UArizona برنامه باغ مدرسه و جامعهو تیم او یک سری پروتکلها و طرحهای درسی را برای درگیر کردن دانشآموزان و عموم با باغهای مدرسه و آزمایشگاههای آموزشی Agrivoltaics نصب شده در دبیرستان/دانشگاه عالی Rincon و مدرسه ابتدایی Manzo در ناحیه مدرسه واحد توسان ایجاد کردهاند. او از تلاش برای ادغام یادگیری تجربی و عملی در هر سه سایت تحقیقاتی SCAPES حمایت خواهد کرد.
رکن "چالش های بزرگ" برنامه استراتژیک ما بر استفاده از نقاط قوت ما در تحقیقات برای مقابله با مشکلات در سطح ملی و جهانی متمرکز است. رئیس دانشگاه آریزونا گفت: اطمینان از در دسترس بودن مواد غذایی از طریق استفاده از یک منبع انرژی تجدیدپذیر، نمونه برجسته ای از این است که چگونه محققان ما در حال توسعه راه حل های نوآورانه برای مشکلات مهم هستند. Robert C. Robbins. "من بسیار خوشحالم که می بینم کار پیشرفته دکتر بارون-گافورد با این کمک مالی از طرف USDA به سطح بعدی می رود و مشتاقانه منتظر هستم که او، دکتر گرلاک و آقای تامپسون را در حین پیشرفت این تلاش مشترک دنبال کنم."
- لوری هاروود، کالج علوم اجتماعی و رفتاری دانشگاه آریزونا
عکس بالا: این کمک مالی تا حدی از تلاش برای ادغام یادگیری تجربی و عملی در هر سه سایت تحقیقاتی SCAPES حمایت می کند. عکس: موزس تامپسون/برنامه باغ مدرسه و جامعه آریزونا