Die Erhöhung der Widerstandsfähigkeit der Nahrungsmittelproduktion während des anhaltenden Klimawandels und die Stärkung der erneuerbaren Energieerzeugung sind beides grundlegende Herausforderungen in der heutigen Welt.
Die Erzeugung von Solarenergie wird jedoch zu einer zunehmend profitablen Nutzung von Ackerland, was zu Bedenken geführt hat, dass Solarfarmen die Nahrungsmittelproduktion verdrängen werden.
Eine mögliche Lösung ist Agrivoltaik – die gemeinsame Ansiedlung von Landwirtschaft und Photovoltaikmodulen – die die Pflanzenproduktion aufrechterhalten, erneuerbare Energie erzeugen, den Wasserverbrauch senken und die Rentabilität der landwirtschaftlichen Betriebe steigern kann.
Landwirte benötigen jedoch Unterstützung bei der Bestimmung der für Agrivoltaiksysteme am besten geeigneten Pflanzen und Standorte sowie bei der Gestaltung und Platzierung von Solarmodulen, die die Ernteerträge aufrechterhalten oder steigern.
Ein neuer Zuschuss in Höhe von 10 Millionen US-Dollar vom National Institute of Food and Agriculture im US-Landwirtschaftsministerium wird es Forschern ermöglichen, zu untersuchen, wie das Design für Agrovoltaiksysteme in einer Vielzahl von Landtypen und Klimaszenarien am besten optimiert werden kann.
Das federführende Institut des vierjährigen Projekts mit dem Titel „Sustainably Colocating Agricultural and Photovoltaic Electricity Systems“ oder SCAPES ist die University of Illinois Urbana-Champaign. Zu den Partnerinstituten gehören die University of Arizona, die Colorado State University, die Auburn University, die University of Illinois Chicago und das National Renewable Energy Laboratory. Das Projekt wird durch das Programm Sustainable Agriculture Systems des Agriculture and Food Research Institute finanziert. Die University of Arizona erhält 1.725 Millionen US-Dollar der Zuschussfinanzierung.
Das Forschungsteam von Greg Barron-Gafford besteht aus Studenten und Doktoranden der UArizona. Barron-Gafford, rechts, abgebildet mit den Studenten Alyssa Salazar, Leandro Phelps-Garcia und Isaiah Barnett-Moreno.
Greg Barron-Gafford, Professor an der Schule für Geographie, Entwicklung und Umwelt Hochschule für Sozial- und Verhaltenswissenschaften, wird die wissenschaftliche Leitung des Projekts übernehmen. Im Jahr 2017 begann das Forschungsteam von Barron-Gafford, dem Studenten und Doktoranden von UArizona angehören, mit dem Anbau von Pflanzen unter 9-Fuß-Solaranlagen an der Universität Biosphere 2 Einrichtung, in der Barron-Gafford Direktor für Lebensmittel-, Energie- und Wasserresilienzlösungen ist.
Barron-Gafford führte die erste Felddatenauswertung der Agrivoltaik in den Vereinigten Staaten. Er fand heraus, dass Agrivoltaik die Effizienz sowohl der Solarmodule als auch der Pflanzenproduktion erhöht. Von Pflanzen freigesetztes Wasser kühlt die Solarmodule, was deren Effizienz und elektrische Leistung erhöht. Schatten von den Paneelen erhöht die Pflanzenproduktivität und spart Wasser, was besonders wichtig ist, da der Klimawandel die Anzahl der Gebiete erhöht, die für extreme Hitze und Dürre anfällig sind, sagte Barron-Gafford.
Das SCAPES-Projekt wird ein neues 1.5 Hektar großes Agrarvoltaik-Lernlabor an der Universität von Arizona als einen seiner drei Agrarvoltaik-Forschungsstandorte – zusammen mit den anderen in Illinois und Colorado – nutzen, um das Mikroklima und die Reaktionen der Pflanzen auf das Vorhandensein von Sonnenkollektoren zu bewerten. Die Messarrays folgen den von Barron-Gafford entwickelten Protokollen.
Im Jahr 2017 begann das Forschungsteam von Barron-Gafford mit dem Anbau von Nutzpflanzen unter 9-Fuß-Solaranlagen in der Biosphere 2-Einrichtung der Universität.
„Dieses USDA-Programm ist das erste Mal, dass wir wirklich große Installationen haben werden“, sagte Barron-Gafford. „Wir werden ständig gefragt, ob all diese Vorteile, die Sie sehen, immer noch eintreten, wenn Sie dies vergrößern oder sich andere Formen der Landwirtschaft ansehen? Das ist es, was dieses Projekt wirklich tut: Die Chancen und Hindernisse zu betrachten, die mit dieser Größenordnung einhergehen.“
Mit diesem Zuschuss, fügte Barron-Gafford hinzu, „werden wir in der Lage sein, viel mehr Nahrungspflanzen auf einmal zu messen. Und wir werden in der Lage sein, viel mehr Manipulationen vorzunehmen, wie zum Beispiel zu sehen, wie viel wir unseren Wasserverbrauch zurückfahren und trotzdem den Nahrungsbedarf decken können.“
„Unser Projekt wird eine umfassende Analyse des transformativen Potenzials der Agrivoltaik liefern“, sagte Madhu Khanna, Hauptforscher des Stipendiums und Interimsdirektor des University of Illinois Urbana-Champaign Institute for Sustainability, Energy, and Environment. „Unser Ziel ist es, den Ernteertrag aufrechtzuerhalten oder sogar zu steigern, die kombinierte Produktivität des Bodens – Nahrung und Strom – zu steigern und die Gewinne der Landwirte mit Reihenkulturen, Futter- und Spezialkulturen in einer Reihe von Umgebungen zu diversifizieren und zu steigern.“
Andrea Gerlak, UArizona-Professorin an der School of Geography, Development and Environment und vorläufige Direktorin des Udall Center for Studies in Public Policy, wird die stellvertretende Direktorin der sozialwissenschaftlichen Forschung des Projekts sein. Gerlak und Kollegen werden Fokusgruppen mit verschiedenen Interessengruppen wie Landwirten, Vertretern der Solarindustrie und Politikern durchführen, um zu erfahren, was ihre Entscheidungsfindung über die Verwendung von Agrivoltaiksystemen antreibt und wie sich ihre Meinungen ändern, wenn neue Forschungsergebnisse verfügbar werden.
Das Stipendium umfasst auch eine Bildungskomponente für K-12-Kinder, College-Studenten und die Öffentlichkeit. Mose Thompson, Direktor der UArizona Gemeinschafts- und Schulgartenprogramm, und sein Team haben eine Reihe von Protokollen und Unterrichtsplänen entwickelt, um Schüler und die Öffentlichkeit mit Schulgärten und den an der Rincon High School/University High School und der Manzo Elementary School im Tucson Unified School District installierten Agrivoltaics Learning Labs zu begeistern. Er wird die Bemühungen unterstützen, Erfahrungs- und praktisches Lernen an allen drei SCAPES-Forschungsstandorten zu integrieren.
„Die Säule ‚Große Herausforderungen' unseres Strategieplans konzentriert sich darauf, unsere Stärken in der Forschung wirksam einzusetzen, um Probleme auf nationaler und globaler Ebene anzugehen. Die Sicherstellung der Verfügbarkeit von Nahrungsmitteln durch die Nutzung einer erneuerbaren Energiequelle ist ein hervorragendes Beispiel dafür, wie unsere Forscher innovative Lösungen für kritische Probleme entwickeln“, sagte der Präsident der University of Arizona RObert C. Robbins. „Ich freue mich sehr zu sehen, dass Dr. Barron-Gaffords Spitzenarbeit mit diesem Stipendium des USDA auf die nächste Stufe gehoben wird, und ich freue mich darauf, ihn, Dr. Gerlak und Herrn Thompson im weiteren Verlauf dieser Zusammenarbeit zu begleiten.“
- Lori Harwood, College für Sozial- und Verhaltenswissenschaften der Universität von Arizona
Foto oben: Der Zuschuss wird teilweise die Bemühungen unterstützen, Erfahrungs- und praktisches Lernen an allen drei SCAPES-Forschungsstandorten zu integrieren. Foto: Moses Thompson/UArizona Gemeinde- und Schulgartenprogramm