Meningkatkan daya tahan pengeluaran makanan semasa perubahan iklim yang berterusan dan memperkukuh pengeluaran tenaga boleh diperbaharui merupakan kedua-dua cabaran asas dalam dunia hari ini.
Walau bagaimanapun, penjanaan tenaga suria menjadi penggunaan yang semakin menguntungkan untuk tanah pertanian, yang telah membawa kepada kebimbangan bahawa ladang solar akan menggantikan pengeluaran makanan.
Satu penyelesaian yang mungkin ialah agrivoltaics - penempatan bersama panel fotovoltaik pertanian dan solar - yang boleh mengekalkan pengeluaran tanaman, menghasilkan tenaga boleh diperbaharui, mengurangkan penggunaan air dan meningkatkan keuntungan ladang.
Petani memerlukan bantuan, walau bagaimanapun, dalam menentukan tanaman dan lokasi yang paling sesuai untuk sistem agrivolta, serta reka bentuk dan penempatan panel solar yang mengekalkan atau meningkatkan hasil tanaman.
Geran baharu $10 juta daripada Institut Makanan dan Pertanian Kebangsaan di Jabatan Pertanian AS akan membolehkan para penyelidik mengkaji cara terbaik untuk mengoptimumkan reka bentuk untuk sistem agrivolta dalam pelbagai jenis tanah dan senario iklim.
Institut peneraju projek empat tahun itu, bertajuk "Sistem Elektrik Pertanian dan Fotovoltaik Berkekalan," atau SCAPES, ialah Universiti Illinois Urbana-Champaign. Institut rakan kongsi termasuk Universiti Arizona, Colorado State University, Auburn University, Universiti Illinois Chicago dan Makmal Tenaga Boleh Diperbaharui Kebangsaan. Projek ini dibiayai melalui program Sistem Pertanian Lestari Institut Penyelidikan Pertanian dan Makanan. Universiti Arizona akan menerima $1.725 juta daripada pembiayaan geran.
Pasukan penyelidikan Greg Barron-Gafford termasuk pelajar sarjana dan siswazah UArizona. Barron-Gafford, kanan, bergambar bersama pelajar Alyssa Salazar, Leandro Phelps-Garcia dan Isaiah Barnett-Moreno.
Greg Barron-Gafford, profesor dalam Pusat Pengajian Geografi, Pembangunan dan Alam Sekitar Kolej Sains Sosial dan Tingkah Laku, akan menjadi peneraju sains fizikal dalam projek itu. Pada 2017, pasukan penyelidikan Barron-Gafford, yang termasuk pelajar sarjana dan siswazah UArizona, mula menanam tanaman di bawah tatasusunan suria 9 kaki di universiti Biosfera 2 kemudahan, di mana Barron-Gafford ialah pengarah penyelesaian ketahanan makanan, tenaga dan air.
Barron-Gafford mengetuai penilaian data medan pertama agrivoltaics di Amerika Syarikat. Beliau mendapati bahawa agrivoltaics meningkatkan kecekapan kedua-dua panel solar dan pengeluaran tanaman. Air yang dikeluarkan oleh tumbuhan menyejukkan panel solar, yang meningkatkan kecekapan dan pengeluaran elektriknya. Naungan dari panel meningkatkan produktiviti tumbuhan dan menjimatkan air, yang amat penting kerana perubahan iklim meningkatkan bilangan kawasan yang terdedah kepada haba melampau dan kemarau, kata Barron-Gafford.
Projek SCAPES akan menggunakan Makmal Pembelajaran Agrivoltaik baru seluas 1.5 ekar di Universiti Arizona sebagai salah satu daripada tiga tapak penyelidikan agrivoltaiknya - dengan yang lain di Illinois dan Colorado - untuk menilai tindak balas mikroklimat dan tumbuhan terhadap kehadiran panel solar. Tatasusunan pengukuran akan mengikut protokol yang dibangunkan oleh Barron-Gafford.
Pada 2017, pasukan penyelidik Barron-Gafford mula menanam tanaman di bawah tatasusunan suria 9 kaki di kemudahan Biosfera 2 universiti.
"Program USDA ini adalah kali pertama kami akan mempunyai pemasangan yang sangat besar," kata Barron-Gafford. “Kami sentiasa ditanya 'Adakah semua faedah yang anda lihat ini masih berlaku apabila anda meningkatkan ini atau melihat bentuk pertanian lain?' Itulah yang dilakukan oleh projek ini: Melihat peluang dan halangan yang datang dengan skala itu.
Dengan pemberian ini, Barron-Gafford menambah, “kami akan dapat mengukur lebih banyak tanaman makanan sekaligus. Dan kami akan dapat melakukan lebih banyak manipulasi, seperti melihat sejauh mana kami boleh mendail kembali penggunaan air kami dan masih memenuhi keperluan makanan.”
"Projek kami akan menyediakan analisis komprehensif tentang potensi transformatif agrivoltaics," kata Madhu Khanna, penyiasat utama geran dan pengarah interim Universiti Illinois Urbana-Champaign untuk Kelestarian, Tenaga dan Alam Sekitar. "Matlamat kami adalah untuk mengekalkan atau bahkan meningkatkan hasil tanaman, meningkatkan gabungan - makanan dan elektrik - produktiviti tanah, dan mempelbagaikan serta meningkatkan keuntungan petani dengan tanaman baris dan makanan ternakan dan tanaman khusus merentasi pelbagai persekitaran."
Andrea Gerlak, profesor UArizona di Sekolah Geografi, Pembangunan dan Alam Sekitar dan pengarah sementara Pusat Kajian dalam Dasar Awam Udall, akan menjadi timbalan pengarah penyelidikan sains sosial projek itu. Gerlak dan rakan sekerja akan mengendalikan kumpulan fokus dengan pelbagai pihak berkepentingan, seperti petani, ahli industri solar dan ahli politik, untuk mengetahui perkara yang mendorong mereka membuat keputusan tentang menggunakan sistem agrivoltaik dan cara pendapat mereka berubah apabila hasil penyelidikan baharu tersedia.
Geran itu juga termasuk komponen pendidikan untuk kanak-kanak K-12, pelajar kolej dan orang ramai. Moses Thompson, pengarah UArizona Program Komuniti dan Taman Sekolah, dan pasukannya telah membangunkan satu siri protokol dan rancangan pengajaran untuk melibatkan pelajar dan orang ramai dengan taman sekolah dan Makmal Pembelajaran Agrivoltaik yang dipasang di Sekolah Menengah Tinggi/Universiti Rincon dan Sekolah Rendah Manzo di Daerah Sekolah Bersepadu Tucson. Beliau akan menyokong usaha untuk mengintegrasikan pembelajaran berasaskan pengalaman dan praktikal di ketiga-tiga tapak penyelidikan SCAPES.
“Tunjang 'Cabaran Besar' dalam pelan strategik kami memberi tumpuan kepada memanfaatkan kekuatan kami dalam penyelidikan untuk menangani masalah di peringkat nasional dan global. Memastikan ketersediaan makanan melalui penggunaan sumber tenaga boleh diperbaharui ialah contoh yang luar biasa tentang cara penyelidik kami membangunkan penyelesaian inovatif untuk masalah kritikal,” kata Presiden Universiti Arizona. Robert C. Robbins. "Saya sangat gembira melihat kerja canggih Dr. Barron-Gafford meningkat ke peringkat seterusnya dengan geran daripada USDA ini dan saya tidak sabar-sabar untuk mengikutinya, Dr. Gerlak dan Encik Thompson semasa usaha kerjasama ini berkembang."
- Lori Harwood, Kolej Sains Sosial dan Tingkah Laku Universiti Arizona
Foto di atas: Pemberian ini sebahagiannya akan menyokong usaha untuk mengintegrasikan pembelajaran berasaskan pengalaman dan praktikal di ketiga-tiga tapak penyelidikan SCAPES. Foto: Program Komuniti dan Taman Sekolah Moses Thompson/UArizona