2008年，馬薩諸塞州阿默斯特市一家建築公司的工程師 J. David Marley 有了一個想法。他剛剛在市中心辦公樓的屋頂上建造了一個大型太陽能陣列。
他了解到，在那裡安裝它的人工和成本比在地面上建造太陽能陣列要高得多。
在人口稠密的馬薩諸塞州，農田相對稀少，只有 10% 的食物是當地種植的。Marley 想知道，如果他把太陽能陣列放在農田中，會對糧食生產產生什麼影響？
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經過十多年的實驗，11 位科學家上個月撰寫的一項研究為我們提供了一個答案。在許多情況下，農民和國家未來的糧食供應將受益於在他們的田地裡安裝太陽能陣列，尤其是在氣候變化給農業地區帶來更多幹旱和酷熱的情況下。
研究發現，安裝太陽能陣列的傳統方式往往會放大熱量。這些陣列通常位於一層白色礫石之上，這種礫石會抑制植被並將陽光反射回陣列。這會提高其溫度，並可能將發電量降低 1% 到 3%。
該研究指出，放牧動物和許多蔬菜作物可以從太陽能陣列下的部分陰影中獲益。此外，由此產生的可再生電力流相當於另一種作物，為農民帶來更多收入，並減少國家化石燃料發電的排放。
能源部下屬的國家可再生能源實驗室 (NREL) 支援了多項太陽能農業實驗。它在最近的一份宣告中表示，太陽能陣列的並置“可以在許多農業領域提供雙贏”的結果。
上個月，NREL 幫助宣傳了發表在《自然·可持續性》上的這項研究，該研究的名稱冗長，叫做“農業光伏系統”。這是將太陽能陣列放置在活躍的農田中。研究發現，這些陣列“影響了植物活動的各個方面”，通常對三種不同的糧食作物都有好處。該研究預測，在乾旱的亞利桑那州農田中，使用這些陣列的節水效果將是“巨大的”，研究作者在那裡對它們進行了與傳統種植作物的比較測試。
NREL 研究員 Jordan Macknick 自 2010 年以來一直在跟蹤該機構的農業光伏研究，他說美國各地有 25 項實驗。其中包括在科羅拉多州放牧動物，在俄勒岡州不灌溉種植西紅柿、土豆和瓜類。其他實驗包括在明尼蘇達州由太陽能陣列遮蔽的鮮花周圍養蜂，以及在馬薩諸塞州的蔓越莓沼澤上放置太陽能陣列。
Macknick 解釋說：“我們估計到 2030 年，美國將有大約 300 萬英畝的土地上安裝太陽能電池板”，用於農業和能源生產的結合。
早在 20 世紀 80 年代初，德國、法國和日本就進行了實驗。它們暗示了太陽能陣列和農業之間的有益結合，但當 Marley 在 2008 年在阿默斯特開始他的實驗時，他對這些一無所知。
但他確信，必須重新設計傳統的太陽能陣列，才能將其引入農民手中。必須移除反光礫石以及傳統的混凝土基礎和鋼管。傳統的陣列低矮地位於地面之上，而 Marley 希望將它們抬高到至少 7 英尺。這將為動物放牧提供足夠的空間，同時允許拖拉機在下面的裸露土地上耕作。
安妮·馬利曾這樣評價她的丈夫：他是一個有計劃的人，並且急於為氣候變化做些事情。“他認為我們已經晚了，”她說。“我們已經落後了，與其等待政府採取行動，不如我們自己動手。”
食物與能源之爭
J. David Marley 成立了一家公司，Hyperion Systems LLC，並與他畢業的馬薩諸塞大學阿默斯特分校建立了合作關係，在 2009 年建立了一個測試場地。他設想的陣列可以建在木杆結構上，如果農民想種植其他作物，可以將其移除。
這些陣列高達 15 英尺，為耕種騰出空間，並讓雨雪流走。該大學的農學家 Stephen Herbert 幫助確定了面板之間的最佳間距，以便有足夠的光線到達地面。
“這完全出乎意料，”Herbert 回憶說。將太陽能陣列與放牧牛羊的牧場結合起來的有利經濟效益，正如他所說，“是不用動腦筋的”。牧場、家畜和電力輸出都受益了。
Marley 後來獲得了這些設計的專利，並獲得了教育部 150 萬美元的撥款，用於教技術學校的學生太陽能光伏系統的新用途，他於 2013 年去世。Herbert 在他的農學課程中延續了這一傳統，解釋了這些實驗如何促成了各種蔬菜（包括羽衣甘藍、瑞士甜菜、萵苣、豆類、西蘭花和辣椒）和可再生電力在馬薩諸塞州的各個地塊上一起盈利地生長。
正如 Herbert 解釋的那樣，政府必須更多地參與進來，並就如何使用新系統做出決策，否則氣候變暖將迫使農民“將土地從生產中剝離，而我們將有更多的人捱餓”。
“我告訴年輕人，這是你們的未來，而不是我的未來。他們必須將政策問題放在心上，”他說。
政府當然已經更多地參與進來了。自 2017 年以來，馬薩諸塞州能源資源部和農業資源部一直在努力制定一項撥款計劃，鼓勵農民嘗試可再生能源。與此同時，該計劃試圖限制銷售陣列和太陽能的公司佔用過多的農田。
2017 年，馬薩諸塞州設定了到 2020 年實現 1600 兆瓦太陽能發電的目標，但它施加了一個旨在保護農田的限制。農場 50% 的土地必須保持陽光照射。現在，該州計劃增加 800 兆瓦，並且正在考慮一項提案，如果農民繼續擴大陣列覆蓋的面積，則可以為他們提供較低的電價。
更多農民希望加入該計劃，一些太陽能行業倡導者正在推動 4800 兆瓦的發電量。他們希望更多地利用農田，以便為附近的社群帶來更高比例的可再生能源。Herbert 認為，沒有太陽能陣列的農田比例可以略低於 50%，並且仍然對農民具有經濟意義。除此之外，他認為現有的農田應該保留用於傳統作物，而不是用於發電。
目前，該計劃處於暫停狀態，因為該州正在起草新的法規；這些法規應該在 2 月份釋出。
與此同時，對農業光伏農業的興趣繼續蔓延。能源部計劃在 2015 年保留 Marley 的公司 Hyperion 作為合作伙伴，並計劃在波多黎各建立一個新的實驗基地。這片土地用於飼養牛和種植咖啡。
該專案的顧問將是 Jake Marley，David Marley 的兒子，也是 Hyperion 的新經理。他說，能源部名為 InSPIRE 的專案，代表“創新場地準備和減少對環境的影響”，反映了他父親對使用農田的保守態度。“他的主要重點不是將土地從生產中移除，”Jake Marley 說。“他認為食物第一，能源第二。”
最初的想法是 1981 年德國兩位科學家的產物。他們發表了一篇名為“Kartoffeln Unterm Kollektor”（“面板下的土豆”）的論文，該論文首次展示了使用太陽能陣列進行農業的經濟效益。
這個想法已經在世界各地傳播開來，NREL 研究員 Macknick 說，它將產生更多的創新，包括印度的一些公司計劃在灌溉渠上懸掛太陽能陣列，以發電並同時降低寶貴的灌溉水的蒸發。
他說，美國正在進行更多的創新，一些公司正在考慮使用半透明的太陽能陣列來引入更多的陽光，並建造太陽能溫室來結合電力和植物生產。“太陽能”西紅柿和蜂蜜正在農貿市場上銷售。
實驗仍在繼續。“在小國或那些沒有大量可用農田的國家，人們對此的需求將非常大，”Macknick 說。“在那裡，你會看到很多食物與能源的衝突，你可以採取一些方法來儘量減少這些衝突。”
“但關於如何正確發展，仍然有很多懸而未決的問題，”他補充說。
經 E&E 新聞許可，轉載自 Climatewire。E&E 在www.eenews.net提供有關重要能源和環境新聞的每日報道。