Підвищення стійкості виробництва продуктів харчування під час триваючих змін клімату та стимулювання виробництва енергії з відновлюваних джерел є фундаментальними викликами в сучасному світі.
Однак виробництво сонячної енергії стає все більш прибутковим використанням орних земель, що призвело до побоювань, що сонячні ферми витіснять виробництво продуктів харчування.
Одним із можливих рішень є агрівольтаїка – спільне розміщення сільського господарства та сонячних фотоелектричних панелей, які можуть підтримувати виробництво сільськогосподарських культур, виробляти відновлювану енергію, зменшити використання води та підвищити прибутковість ферми.
Проте фермерам потрібна допомога у визначенні сільськогосподарських культур і місць, які найкраще підходять для агроелектричних систем, а також у конструкції та розміщенні сонячних панелей, які підтримують або збільшують урожайність.
Новий грант у розмірі 10 мільйонів доларів від Національного інституту продовольства та сільського господарства Міністерства сільського господарства США дозволить дослідникам вивчити, як найкраще оптимізувати дизайн агроелектричних систем у різних типах землі та кліматичних сценаріях.
Провідним інститутом чотирирічного проекту під назвою «Стайке розміщення сільськогосподарських і фотоелектричних систем електроенергії» або SCAPES є Іллінойський університет Урбана-Шампейн. Партнерські інститути включають Університет Арізони, Університет штату Колорадо, Університет Оберн, Університет Іллінойсу в Чикаго та Національну лабораторію відновлюваної енергії. Проект фінансується через програму Sustainable Agriculture Systems Інституту досліджень сільського господарства та харчових продуктів. Університет Арізони отримає $1.725 млн гранту.
До дослідницької групи Грега Баррона-Гаффорда входять студенти та аспіранти університету Аризони. Беррон-Геффорд, праворуч, на фото зі студентами Алісою Салазар, Леандро Фелпс-Гарсія та Ісаєю Барнетт-Морено.
Грег Баррон-Гаффорд, професор Школа географії, розвитку та навколишнього середовища Коледж соціальних та поведінкових наук, буде керівником проекту з фізичних наук. У 2017 році дослідницька група Баррона-Гаффорда, до якої входять студенти та аспіранти університету Аризони, почала вирощувати зернові культури під 9-футовими сонячними батареями в університеті Біосфера 2 закладу, де Баррон-Гаффорд є директором із рішень для харчової, енергетичної та водної стійкості.
Баррон-Гаффорд очолив перша оцінка польових даних агровольтаїки в Сполучених Штатах. Він виявив, що агрівольтаїка підвищує ефективність як сонячних панелей, так і рослинництва. Вода, що виділяється рослинами, охолоджує сонячні батареї, що підвищує їх ефективність і електричну потужність. Тінь від панелей підвищує продуктивність рослин і економить воду, що особливо важливо, оскільки зміна клімату збільшує кількість районів, сприйнятливих до екстремальної спеки та посухи, сказав Баррон-Геффорд.
Проект SCAPES використовуватиме нову навчальну лабораторію агровольтаїки площею 1.5 акра в Університеті Арізони як один із трьох дослідницьких центрів агровольтаїки – разом з іншими в Іллінойсі та Колорадо – для оцінки реакції мікроклімату та рослин на наявність сонячних панелей. Вимірювальні масиви будуть відповідати протоколам, розробленим Barron-Gafford.
У 2017 році дослідницька група Баррона-Гаффорда почала вирощувати зернові культури під 9-футовими сонячними батареями на університетському об’єкті Biosphere 2.
«Ця програма Міністерства сільського господарства США — це перший випадок, коли ми збираємося мати дійсно великі установки», — сказав Баррон-Геффорд. «Нас постійно запитують: «Чи все ще відбуваються всі ці переваги, які ви бачите, коли ви розширюєте це чи розглядаєте інші форми сільського господарства?» Ось що насправді робить цей проект: дивлячись на можливості та бар’єри, пов’язані з таким масштабом».
Завдяки цьому гранту, додав Баррон-Геффорд, «ми зможемо вимірювати набагато більше продовольчих культур одночасно. І ми зможемо зробити набагато більше маніпуляцій, наприклад, побачити, наскільки ми можемо скоротити споживання води та все ще задовольняти потреби в їжі».
«Наш проект забезпечить комплексний аналіз трансформаційного потенціалу агровольтаїки», — сказав Мадху Ханна, головний дослідник гранту та тимчасовий директор Інституту стійкості, енергетики та навколишнього середовища Університету Іллінойсу Урбана-Шампейн. «Наша мета полягає в тому, щоб зберегти або навіть підвищити врожайність сільськогосподарських культур, підвищити комбіновану (харчову та електроенергію) продуктивність землі, а також диверсифікувати та збільшити прибутки фермерів за допомогою просапних, фуражних і спеціальних культур у різних середовищах».
Андреа Герлак, професор Університету Аризони в Школі географії, розвитку та навколишнього середовища та тимчасовий директор Udall Center for Studies in Public Policy, буде заступником директора проекту з досліджень соціальних наук. Ґерлак і його колеги проведуть фокус-групи з різними зацікавленими сторонами, такими як фермери, працівники сонячної промисловості та політики, щоб дізнатися, що спонукає їх приймати рішення щодо використання агроелектричних систем і як змінюються їхні думки, коли з’являються нові результати досліджень.
Грант також включає освітній компонент для дітей K-12, студентів коледжів та громадськості. Мозес Томпсон, директор UArizona Програма громадського та шкільного саду, і його команда розробили серію протоколів і планів уроків для залучення учнів і громадськості до шкільних садів і навчальних лабораторій Agrivoltaics, встановлених у середній школі Рінкон/Університетській середній школі та початковій школі Манзо в Тусонському об’єднаному шкільному окрузі. Він підтримуватиме зусилля з інтеграції експериментального та практичного навчання на всіх трьох дослідницьких майданчиках SCAPES.
«Стовп «Великі виклики» нашого стратегічного плану зосереджується на використанні наших сильних сторін у дослідженнях для вирішення проблем на національному та глобальному рівнях. Забезпечення доступності їжі за рахунок використання відновлюваних джерел енергії є видатним прикладом того, як наші дослідники розробляють інноваційні рішення критичних проблем», — сказав президент Університету Арізони. RОберт С. Роббінс. «Мені дуже приємно бачити, що передова робота доктора Баррона-Гаффорда переходить на наступний рівень завдяки цьому гранту від Міністерства сільського господарства США, і я з нетерпінням чекаю, щоб слідкувати за ним, доктором Герлаком і містером Томпсоном у процесі спільної роботи».
- Лорі Гарвуд, Коледж соціальних і поведінкових наук Університету Арізони
Фото вгорі: Грант частково підтримає зусилля з інтеграції експериментального та практичного навчання на всіх трьох дослідницьких сайтах SCAPES. фото: Мозес Томпсон/Програма спільноти та шкільного саду UArizona