你讓我長得更好，我讓你更長壽！研究顯示太陽能電池板與農業作物之間存在共生關系

　　共生：1、生活在緊密物理聯系中的兩種不同生物之間的相互作用，通常對雙方都有利；2、不同的人或團體之間互惠互利的關系。根據這些定義，康奈爾大學研究生亨利·威廉姆斯(Henry Williams)領導的研究團隊已經確定了太陽能電池板和農業之間的共生關系。他們的研究結果發表在2月15日的《應用能源（Applied Energy）》雜志上，題為《農業光伏發電增強太陽能電站冷卻的潛力》。

　　在這項研究中，研究人員開發了一個數值模型來調查太陽能電站的小氣候。該模型測量了蒸發蒸騰、面板高度和地面反照率對作物和太陽能電池板的影響。這些發現被用來比較農業光伏系統和傳統的太陽能電池板系統。結果表明，在農業光伏系統中，作物可以為太陽能電池板提供高達10°C的冷卻效益。

　　在這項研究的摘要中，研究人員說：

　　“人類社會正處于一個關鍵時刻，迅速采用可再生能源替代品是緩解氣候變化影響、同時滿足全球能源需求的必要條件。與此同時，到本世紀中葉，農業生產必須大幅增加，以養活全世界即將到來的100億人口。這些迫在眉睫的糧食與能源需求造成了作物和能源生產之間的土地使用競爭，特別是與太陽能光伏之間的競爭。將農業和太陽能光伏共存是一個有吸引力的解決方案，但由于人們認為共存的地點將在糧食和能源生產之間進行重大權衡，因此阻礙了其廣泛采用。”

　　“在這里，我們研究了農業光伏設計特征影響太陽能發電場微氣候和太陽能光伏組件表面溫度的潛力。我們開發了一個基于CFD的微氣候模型，并根據大量的實驗數據進行評估，以研究太陽能光伏站點中面板高度、地面反照率和蒸散量的影響。”

　　“我們的研究表明，與安裝在裸露土壤上0.5米的太陽能電站相比，安裝在4米高的地下種植大豆的農業+光伏組件溫度降低了10°C。這些結果表明，地面條件和面板高度在太陽能電站冷卻中發揮著重要作用，農業光伏系統可以通過提高太陽能光伏轉換效率，同時在同一土地上實現農業生產，從而潛在地幫助解決全球糧食和能源危機。”

照片作者：Werner Slocum， NREL

　　在康奈爾大學關于這項研究的一篇博客文章中，威廉姆斯說：“我們現在第一次有了一個基于物理學的工具，從提高能量轉換效率和太陽能電池板壽命的角度來估計太陽能電池板和商業農業共存的成本和收益。”

　　“與傳統太陽能農場相比，農業和太陽能電池板共存的農業光伏系統有潛力通過更高的面板高度、更多的反射性地面覆蓋和更高的蒸發速率提供更多的被動冷卻，”康奈爾大學西布里機械與航空航天工程學院教授、資深作者Max Zhang補充說，“我們可以通過農業光伏系統產生可再生電力并保護農田。”

　　例如，在紐約，大約40%的公用事業規模的太陽能發電場容量已經開發在農業土地上，而大約84%的農業土地被認為適合公用事業規模的太陽能開發，根據張教授的團隊之前的一項研究。

　　通過使用基于計算流體動力學的微氣候模型和太陽能電池板溫度數據，該小組評估了太陽能電池板的高度、地面的光反射率和蒸發速率(水蒸氣從植物和土壤上升的過程)。他們發現，農業光伏系統可能有助于解決未來的全球糧食和能源問題。

　　工程師們表示，與建在裸露地面上的太陽能電池板相比，安裝在植被上的太陽能電池板顯示地表溫度下降。太陽能電池板安裝在大豆作物上方4米的地方，與安裝在裸露土壤上方半米的太陽能電池板相比，太陽能電池板的溫度降低了10攝氏度。

　　根據該論文，由于植被和土壤的蒸發作用和表面反照率的增強而產生的冷卻效果，比提升電池板高度所產生的冷卻效果更顯著，并且與暴露的土壤或礫石相比，被動冷卻增加了太陽能電池板的效率。更好的方面是，溫度的下降可以提高太陽能電池板的壽命，并提高長期的經濟潛力。

　　“當你降低太陽能電池板的工作溫度時，你可以提高效率并延長太陽能模塊的壽命，”威廉姆斯說，“我們展示了雙重好處。一方面，你可以為農民生產糧食，另一方面，我們已經為太陽能開發商展示了延長壽命和提高轉換效率。”

　　根據世界資源研究所(World Resources Institute)的數據，到2050年，全球糧食需求預計將增加50%，以養活預計將達到100億的人口，因此理解這一互利概念正值農業生產的關鍵時刻。與此同時，必須加快可再生能源的部署，以緩解氣候變化的影響。在像美國西部這樣的炎熱氣候地區，光伏農場將是理想的選擇。

　　“到目前為止，農業光伏系統的大部分好處都圍繞著炎熱和干旱的氣候區，”張說，他也是康奈爾阿特金森可持續未來中心的主任，“這篇論文朝著評估農業光伏在美國東北部氣候代表中的可行性邁出了一步，以緩解世界面臨的土地利用競爭。”

　　農民傾向于規避風險。他們的制度記憶可以追溯到幾個世紀以前，他們有一種強烈的偏好，就是按照他們一直以來的方式做事。但隨著由電池驅動并由自動駕駛系統引導的拖拉機開始出現，美國各地的農場正在發生變化。有些團體反對在農田上安裝太陽能電池板，因為他們認為這樣做會導致饑餓和災荒。

　　顯然，并不是所有的農場都應該轉變為農業光伏電站。也并不是每一種作物都能在太陽能電池板下茁壯成長，但是仍有大量的選擇存在。例如，西紅柿可以從太陽能電池板提供的部分蔭涼和較低的溫度中受益，農民也可以從太陽能電池板帶來的額外收入中受益。

　　共生關系是指兩個或兩個以上的參與者(在這種情況下是農民和作物)在合作時表現更好。今天我們稱之為雙贏局面。如果它能幫助農民提高產量，賺更多的錢，這就是雙贏。

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