Солнечные панели полезны и для урожая, и для экологии

Опубликованное в журнале Nature Sustainability новое исследование приводит первые научные доказательства, собранные с полей после многолетних опытов, пользы агривольтаики — использования одной территории для сельского хозяйства и солнечной энергетики одновременно. Исследование фокусировалось на засушливых регионах.

Устойчивое развитие возобновляемой энергетики и сельского хозяйства превратилось в основную проблему в странах с жарким и засушливым климатом. Агривольтаика (термин, применяемый для обозначения использования сельскохозяйственного производства вместе с солнечными панелями на одном и том же участке) предлагает удобное решение сразу двух этих проблем. Однако до недавнего времени не было научных доказательств практической пользы агривольтаики в комплексе, и ни одно исследование не проводилось в засушливых регионах. Университет Аризоны провёл специальное исследование для оценки влияния агривольтаики на урожай, экономию воды и эффективность производства электроэнергии.

Идея агривольтаики приобрела популярность только в последние годы. Она возникла на волне интереса к возобновляемой энергетике. Проблема в том, что для солнечных электростанций нужны большие площади и обычно их строят на окраинах городов, а эти территории зачастую отведены для овощеводства и садоводства, к тому же земля там нередко относительно дорогая. Возникает столкновение интересов: плодородные земли используются для производства электроэнергии или ценные для энергетики площади заняты сельским хозяйством. Агривольтаика предлагает использовать площади для двух целей одновременно, а не выбирать что-то одно.

В теории от расположения солнечных панелей прямо над овощами одна польза — тени больше, влажность выше, ещё и электроэнергия производится. Но это только умозаключения, которые ещё нужно было доказать при помощи результатов многолетних полевых исследований.

Ученые решили использовать солнечные панели в овощеводстве на участке в Аризоне около города Тусон, названном ими Biosphere 2. На этой территории измеряли всё — от параметров развития растений до объёма углекислого газа, поглощаемого растениями из атмосферы, и испарения ими воды. После каждого сбора урожая фиксировали его рост или снижение.

На грядках выращивали сорта острого перца (халапеньо и чилтепин) и томаты черри. Они росли прямо под солнечными панелями. Во время сезона роста, длившегося в среднем три месяца в летний период, сенсорами измерялись параметры освещения, температура воздуха под панелями и влажность воздуха, а также температура почвы и её влажность на глубине 5 см.

Для сравнения результатов рядом с агривольтаикой расположили обычные грядки, где одновременно замеряли те же параметры теми же способами. Оба участка получали одинаковое количество воды. На контрольных и опытных грядках сравнивали ещё и эффект от ночной и дневной ирригации — их меняли каждые два дня.

Как и ожидалось, агривольтаика значительно влияла на три важных фактора: температуру воздуха, освещение и потребность в воде. Тень, которую давали панели, снижала температуру днём и сохраняла тепло ночью. Панели также препятствовали испарению воды, поэтому влажность почвы под ними была выше, чем на контрольных грядках.

Большинство растений во время опыта чувствовали себя лучше под солнечными панелями, потому что там они были защищены от прямого солнечного света. Особенно это было заметно на примере перца чилтепин, у которого при применении агривольтаики урожайность была в среднем в три раза выше, чем на обычных грядках. У томатов черри урожай под панелями был выше вдвое. Халапеньо давал сходный урожай, но в случае с агривольтаикой растения испаряли на 65 % меньше влаги благодаря нахождению в тени.

Под тенью солнечных панелей каждая ирригация позволяла растениям существовать несколько дней, в то время как под открытым солнцем им хватало влаги только на несколько часов. Влажность почвы под панелями была примерно на 15 % выше.

Оказалось, что не только растения приобретают выгоду от производства электроэнергии над ними, но и энергетика выигрывает от сельского хозяйства. Так, агривольтаика увеличивала эффективность производства энергии. Дело в том, что растущие под электростанциями растения помогают снижать температуру самих панелей путём испарения воды.

Ученые предупреждают, что сейчас необходимы опыты с другим культурными растениями для более однозначных выводов и подробных рекомендаций. В статье также подчёркивается, что не были проведены исследования по влиянию агривольтаики на жизнь фермеров и рабочих, которым придётся собирать урожай под панелями. Есть только предварительные данные, что температура кожи может быть на 18 градусов по Фаренгейту ниже под панелями, по сравнению с открытыми участками.

К слову, бытует мнение, что изменение климата отрицательно влияет и на рабочих, которые страдают от жары, — уже сейчас отмечается рост смертей сельскохозяйственных рабочих от жары. Так что, потенциально, агривольтаика сможет не только повысить эффективность сельхозпроизводства, но и уберечь рабочих.

Источник: Университет Аризоны