การเพิ่มความยืดหยุ่นของการผลิตอาหารในระหว่างการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศอย่างต่อเนื่องและการสนับสนุนการผลิตพลังงานหมุนเวียนเป็นความท้าทายพื้นฐานในโลกปัจจุบัน
อย่างไรก็ตาม การผลิตพลังงานแสงอาทิตย์กลายเป็นการใช้ที่ทำกำไรได้มากขึ้นสำหรับพื้นที่เพาะปลูก ซึ่งทำให้เกิดความกังวลว่าโซลาร์ฟาร์มจะเข้ามาแทนที่การผลิตอาหาร
ทางออกหนึ่งที่เป็นไปได้คือการเกษตร - ที่ตั้งร่วมกันของการเกษตรและแผงโซลาร์เซลล์พลังงานแสงอาทิตย์ - ซึ่งสามารถรักษาการผลิตพืชผล ผลิตพลังงานหมุนเวียน ใช้น้ำน้อยลง และเพิ่มผลกำไรของฟาร์ม
อย่างไรก็ตาม เกษตรกรต้องการความช่วยเหลือในการกำหนดพืชผลและที่ตั้งที่เหมาะสมที่สุดสำหรับระบบการเกษตร เช่นเดียวกับการออกแบบและการจัดวางแผงโซลาร์เซลล์ที่รักษาหรือเพิ่มผลผลิตพืชผล
ทุนใหม่มูลค่า 10 ล้านดอลลาร์จากสถาบันอาหารและการเกษตรแห่งชาติในกระทรวงเกษตรของสหรัฐฯ จะช่วยให้นักวิจัยได้ศึกษาวิธีเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบสำหรับระบบการเกษตรในดินและสภาพอากาศที่หลากหลาย
สถาบันชั้นนำในโครงการสี่ปีที่มีชื่อว่า "Sustainably Colocating Agricultural and Photovoltaic Electricity Systems" หรือ SCAPES คือมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ Urbana-Champaign สถาบันพันธมิตร ได้แก่ มหาวิทยาลัยแอริโซนา มหาวิทยาลัยแห่งรัฐโคโลราโด มหาวิทยาลัยออเบิร์น มหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ ชิคาโก และห้องปฏิบัติการพลังงานทดแทนแห่งชาติ โครงการนี้ได้รับทุนจากโครงการระบบการเกษตรที่ยั่งยืนของสถาบันวิจัยการเกษตรและอาหาร มหาวิทยาลัยแอริโซนาจะได้รับเงินสนับสนุนจำนวน 1.725 ล้านดอลลาร์
ทีมวิจัยของ Greg Barron-Gafford ประกอบด้วยนักศึกษาระดับปริญญาตรีและบัณฑิตศึกษาของ UArizona Barron-Gafford (ขวา) ถ่ายภาพร่วมกับนักเรียน Alyssa Salazar, Leandro Phelps-Garcia และ Isaiah Barnett-Moreno
Greg Barron-Gafford ศาสตราจารย์ใน คณะวิชาภูมิศาสตร์ การพัฒนา และสิ่งแวดล้อม วิทยาลัยสังคมศาสตร์และพฤติกรรมศาสตร์จะเป็นผู้นำวิทยาศาสตร์กายภาพในโครงการ ในปี 2017 ทีมวิจัยของ Barron-Gafford ซึ่งรวมถึงนักศึกษาระดับปริญญาตรีและบัณฑิตศึกษาของ UArizona ได้เริ่มปลูกพืชผลภายใต้แผงเซลล์แสงอาทิตย์ขนาด 9 ฟุตที่มหาวิทยาลัย ชีวมณฑล2 ซึ่ง Barron-Gafford เป็นผู้อำนวยการด้านการแก้ปัญหาด้านอาหาร พลังงาน และน้ำ
Barron-Gafford เป็นผู้นำ การประเมินข้อมูลภาคสนามครั้งแรกของ agrivoltaics ในสหรัฐอเมริกา. เขาพบว่า agrivoltaics เพิ่มประสิทธิภาพของทั้งแผงโซลาร์เซลล์และการผลิตพืชผล น้ำที่ปล่อยออกมาจากพืชจะทำให้แผงโซลาร์เย็นลง ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและกำลังไฟฟ้า ร่มเงาจากแผงผนังช่วยเพิ่มผลผลิตของพืชและช่วยประหยัดน้ำ ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศจะเพิ่มจำนวนพื้นที่เสี่ยงต่อความร้อนจัดและภัยแล้ง บาร์รอน-แกฟฟอร์ดกล่าว
โครงการ SCAPES จะใช้ Agrivoltaics Learning Lab แห่งใหม่ขนาด 1.5 เอเคอร์ที่มหาวิทยาลัยแอริโซนา ให้เป็นหนึ่งในสามไซต์การวิจัยด้านการเกษตร - ร่วมกับสถานที่อื่นๆ ในรัฐอิลลินอยส์และโคโลราโด เพื่อประเมินการตอบสนองของสภาพภูมิอากาศและพืชต่อสภาวะแวดล้อมที่มีแผงโซลาร์เซลล์ อาร์เรย์การวัดจะเป็นไปตามโปรโตคอลที่พัฒนาโดย Barron-Gafford
ในปี 2017 ทีมวิจัยของ Barron-Gafford ได้เริ่มปลูกพืชผลภายใต้แผงโซลาร์เซลล์ขนาด 9 ฟุตที่โรงงาน Biosphere 2 ของมหาวิทยาลัย
“โครงการ USDA นี้เป็นครั้งแรกที่เราจะต้องมีการติดตั้งขนาดใหญ่จริงๆ” Barron-Gafford กล่าว “เรามักถูกถามอยู่เสมอว่า 'ผลประโยชน์ทั้งหมดที่คุณเห็นยังคงเกิดขึ้นเมื่อคุณขยายขนาดขึ้นหรือดูที่การเกษตรรูปแบบอื่น ๆ หรือไม่' นั่นคือสิ่งที่โครงการนี้ทำจริงๆ: พิจารณาถึงโอกาสและอุปสรรคที่มาพร้อมกับขนาดนั้น”
ด้วยเงินช่วยเหลือนี้ Barron-Gafford กล่าวเสริมว่า “เราจะสามารถวัดพืชอาหารได้มากขึ้นในคราวเดียว และเราจะสามารถปรับเปลี่ยนสิ่งต่างๆ ได้มากขึ้น เช่น ดูว่าเราจะลดการใช้น้ำของเราได้มากน้อยเพียงใดและยังตอบสนองความต้องการด้านอาหารได้”
Madhu Khanna ผู้ตรวจสอบหลักของทุนสนับสนุนและผู้อำนวยการชั่วคราวของ University of Illinois Urbana-Champaign Institute for Sustainability, Energy และ Environment กล่าวว่า "โครงการของเราจะให้การวิเคราะห์ที่ครอบคลุมถึงศักยภาพในการเปลี่ยนแปลงของ agrivoltaics “เป้าหมายของเราคือการรักษาหรือเพิ่มผลผลิตพืชผล เพิ่มผลผลิตทางการเกษตรที่รวมกัน - อาหารและไฟฟ้า - และกระจายและเพิ่มผลกำไรของเกษตรกรด้วยพืชแถวและอาหารสัตว์และพืชพิเศษในสภาพแวดล้อมที่หลากหลาย”
Andrea Gerlak ศาสตราจารย์ UArizona ใน School of Geography, Development and Environment และผู้อำนวยการชั่วคราวของ Udall Center for Studies in Public Policy จะเป็นรองผู้อำนวยการฝ่ายวิจัยทางสังคมศาสตร์ของโครงการ Gerlak และเพื่อนร่วมงานจะจัดการสนทนากลุ่มกับผู้มีส่วนได้ส่วนเสียที่หลากหลาย เช่น เกษตรกร คนในอุตสาหกรรมพลังงานแสงอาทิตย์ และนักการเมือง เพื่อเรียนรู้ว่าอะไรเป็นตัวขับเคลื่อนการตัดสินใจของพวกเขาเกี่ยวกับการใช้ระบบการเกษตรและความคิดเห็นของพวกเขาเปลี่ยนไปอย่างไรเมื่อผลการวิจัยใหม่พร้อมใช้งาน
ทุนนี้ยังรวมถึงองค์ประกอบด้านการศึกษาสำหรับเด็ก K-12 นักศึกษาและประชาชนทั่วไป โมเสส ทอมป์สัน, ผู้อำนวยการ UArizona โครงการสวนชุมชนและโรงเรียนและทีมของเขาได้พัฒนาชุดโปรโตคอลและแผนการสอนเพื่อให้นักเรียนและสาธารณชนมีส่วนร่วมกับสวนของโรงเรียนและ Agrivoltaics Learning Labs ที่ติดตั้งที่ Rincon High School/University High School และ Manzo Elementary School ในเขต Tucson Unified School เขาจะสนับสนุนความพยายามที่จะบูรณาการการเรียนรู้จากประสบการณ์และภาคปฏิบัติที่ไซต์วิจัยทั้งสามแห่งของ SCAPES
“เสาหลัก 'ความท้าทายที่ยิ่งใหญ่' ในแผนกลยุทธ์ของเรามุ่งเน้นไปที่การใช้ประโยชน์จากจุดแข็งของเราในการวิจัยเพื่อจัดการกับปัญหาในระดับประเทศและระดับโลก การตรวจสอบความพร้อมของอาหารโดยใช้แหล่งพลังงานหมุนเวียนเป็นตัวอย่างที่โดดเด่นของวิธีที่นักวิจัยของเรากำลังพัฒนาโซลูชันที่เป็นนวัตกรรมเพื่อแก้ไขปัญหาที่สำคัญ” อธิการบดีมหาวิทยาลัยแอริโซนากล่าว Rโอเบิร์ต ซี. ร็อบบินส์. “ผมรู้สึกยินดีเป็นอย่างยิ่งที่ได้เห็นผลงานล้ำสมัยของ Dr. Barron-Gafford ที่ก้าวหน้าไปอีกระดับด้วยเงินช่วยเหลือจาก USDA นี้ และผมตั้งตารอที่จะติดตามเขา Dr. Gerlak และ Mr. Thompson ในขณะที่ความร่วมมือนี้ดำเนินไปอย่างต่อเนื่อง”
- Lori Harwood วิทยาลัยสังคมและพฤติกรรมศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยแอริโซนา
ภาพด้านบน: ทุนสนับสนุนส่วนหนึ่งจะสนับสนุนความพยายามในการบูรณาการการเรียนรู้จากประสบการณ์และการปฏิบัติจริงที่ไซต์การวิจัยของ SCAPES ทั้งสามแห่ง รูปถ่าย: โครงการ Moses Thompson/Uarizona Community and School Garden