Stelt u zich eens voor dat u een boer bent die moeite heeft om aan de productie-eisen te voldoen vanwege het steeds stressvoller wordende klimaat. Of misschien bent u een producent van hernieuwbare energie die worstelt met dramatische hitte en weer. Met stijgende temperaturen, zonnepanelen worden te heet om goed te functioneren, en gewassen hebben meer water nodig, problemen die worden verergerd door droogte en klimaatomstandigheden.

Greg Barron-Gafford, universitair hoofddocent aan de Universiteit van Arizona, laat zien dat het combineren van deze twee systemen - zonnepaneel (fotovoltaïsche) infrastructuur en landbouw - een wederzijds voordelige relatie kan creëren. Deze praktijk om de twee samen te plaatsen door gewassen in de schaduw van zonnepanelen te planten, wordt agrivoltaics genoemd.

"In een agrivoltaïsch systeem, "Barron-Gafford zegt, "de omgeving onder de panelen is veel koeler in de zomer en blijft warmer in de winter. Dit vermindert niet alleen de verdampingssnelheid van irrigatiewater in de zomer, maar het betekent ook dat planten minder gestrest raken." Gewassen die onder minder droogtestress groeien, hebben minder water nodig, en omdat ze 's middags niet zo gemakkelijk verwelken door de hitte, ze kunnen langer fotosynthetiseren en efficiënter groeien.

In het zuidwesten van de VS, er is een overvloed aan zonlicht, en de belangrijkste manier om zonnepanelen te installeren, is om ze dicht op een site te plaatsen. De studie van Barron-Gafford over de voordelen van agrivoltaïsche energie verandert niets aan die dichtheid, maar verhoogt eenvoudigweg de panelen zodat de gewassen in bijna de volle schaduw groeien. "Wat super interessant is, " hij legt uit, "is dat we ongeveer 75% van het directe zonlicht dat op de planten valt, kunnen verminderen, maar er is nog zoveel diffuus licht dat het onder de panelen maakt dat de planten heel goed groeien."

Barron-Gafford en zijn team werken samen met boeren via het voorlichtingsbureau van de universiteit, evenals met collega's van gemeenschapsboerderijen in de omgeving van Tucson, bij het ontwerpen van de proefpercelen. De huidige agrivoltaïsche proeven beslaan ongeveer 165 vierkante meter, maar komend jaar worden grotere installaties op werkende boerderijen ontwikkeld. Ze werken ook nauw samen met het National Renewable Energy Lab (NREL) van het Department of Energy om te werken aan consistentie bij het ontwikkelen van plannen voor co-locatie-installaties.

Ook helpen de boeren de onderzoekers bij het bepalen van proefgewassen. Elke lente en herfst verbouwen ze bonen, tomaten, en een paar soorten paprika's. Ze verbouwen hoogwaardige kruiden en specerijen, het tonen van de potentiële extra winst die kan voortvloeien uit het opzettelijk selecteren van gewassen die anders niet goed zouden groeien in typische omstandigheden, maar dat kan nu goed groeien in de schaduw van zonnepanelen.

Ze werken ook met bladgroenten zoals sla, snijbiet, en boerenkool, die in dit systeem beter lijken te groeien. Planten in omgevingen met veel licht hebben meestal kleinere bladeren - een aanpassing om niet te veel zonlicht vast te leggen en het fotosynthesesysteem te overweldigen. Planten in omgevingen met weinig licht laten grotere bladeren groeien om het lichtvangende chlorofyl te verspreiden dat planten licht in energie laat veranderen. Dat zien de onderzoekers in hun proeven:basilicumplanten maken grotere bladeren, boerenkoolbladeren zijn langer en breder, en snijbietbladeren zijn groter. Dit is essentieel voor deze gewassen omdat boeren de bladdelen van deze planten oogsten.

Ook de zonnepanelen zelf profiteren van de co-locatie. Op plaatsen waar het bij zonnig weer boven de 75 graden Fahrenheit is, zonnepanelen beginnen onder te presteren omdat ze te warm worden. Door de verdamping van water uit de gewassen ontstaat er plaatselijk koeling, wat de hittestress op de panelen boven het hoofd vermindert en hun prestaties verbetert. Kortom, het is een win-win-win op de voedsel-water-energie nexus.

Als het tijd is om de gewassen te oogsten, het is eigenlijk geen groot probleem, legt Barron-Gafford uit, omdat boeren veel van dezelfde apparatuur kunnen gebruiken. "We hebben de panelen zo verhoogd dat ze aan de onderkant ongeveer 3 meter (10 voet) van de grond waren, zodat typische tractoren het terrein konden bereiken. Dit was het eerste dat boeren in het gebied zeiden dat ze op hun plaats moesten zijn voor hen om elke vorm van adoptie van een agrivoltaïsch systeem te overwegen."

Het belangrijkste nadeel van een agrivoltaïsch systeem zijn de kosten van extra staal om de panelen op te tillen, maar Barron-Gafford gelooft dat een verhoging van de opbrengst van voedselproducten en besparingen op water deze extra investering zouden compenseren. "Ik denk dat de belangrijkste reden waarom meer producenten dit systeem nog niet gebruiken, is een gebrek aan bewustzijn of onzekerheid over het potentieel, " stelt hij vast.

Nu met bewijs van de voordelen van deze relatie tussen landbouw en fotovoltaïsche energie, het team is op zoek naar nog efficiëntere manieren om samen te werken. Bijvoorbeeld, ze willen experimenteren met zonnepanelen die volledig verticaal kunnen worden verplaatst, waardoor tractoren door de rijen panelen kunnen rijden om bij de grond en gewassen te komen zonder de panelen te hoeven optillen.

Dat gezegd hebbende, Barron-Gafford stelt dat boeren niet hoeven te wachten op dergelijke toekomstplannen om deze praktijk over te nemen, en zonne-energiebedrijven ook niet. Om nu te profiteren van agrivoltaics, ze hoeven niet meer te doen dan de masten omhoog te brengen die de rijen panelen vasthouden.

"Dat maakt deel uit van wat dit huidige werk zo spannend maakt, " hij voegt toe, "een kleine wijziging in de planning kan een hoop grote voordelen opleveren!"